基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏治理和修復(fù)加固技術(shù)的應(yīng)用研究

張少敏

上海遠(yuǎn)方基礎(chǔ)工程有限公司 上海 200436

圍護(hù)結(jié)構(gòu)在基坑開挖過程中最重要的作用是圍護(hù)和止水，其質(zhì)量缺陷所造成的滲水、漏水及涌砂對工程建設(shè)的危害極大，經(jīng)常造成周邊路面下沉、地下管線變形或破損、建筑物傾斜或結(jié)構(gòu)受損，致使基坑坍塌造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，社會影響非常大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的缺陷是基坑工程的重大安全隱患之一。

基坑開挖施工過程中的“滲漏涌”現(xiàn)象普遍存在，有“十坑九漏”之說，當(dāng)前滲漏治理和修復(fù)加固的技術(shù)有很多種，但是沒有形成系統(tǒng)的應(yīng)用成果，因此有必要在理論層面上梳理總結(jié)并作進(jìn)一步的研究[1-6]。

1 圍護(hù)工程滲漏水的類型

圍護(hù)結(jié)構(gòu)有多種形式，常用的幾種結(jié)構(gòu)有地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁、咬合樁、SMW工法樁等形式，由于施工工藝的不同，每種圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏的原因也不同。

1.1 地下連續(xù)墻的滲漏

地下連續(xù)墻作為一種安全有效的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于城市軌道交通等重大的基礎(chǔ)設(shè)施圍護(hù)工程中，施工工藝相對較為復(fù)雜，基坑開挖過程中地下連續(xù)墻的滲漏主要有接縫滲漏和墻體滲漏2種類型。

1.2 鉆孔灌注樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滲漏

排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)是由鉆孔灌注樁和高壓旋噴樁或者水泥土攪拌樁共同組成的，鉆孔灌注樁承載著周圍土體的壓力，高壓旋噴樁或者水泥土攪拌樁作為止水帷幕起到樁間止水作用。排樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏的主要原因是高壓旋噴樁或者三軸攪拌樁止水帷幕的質(zhì)量缺陷。

1.3 咬合樁的滲漏

咬合樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)由于接縫較多，滲漏點(diǎn)多存在于接縫處，這主要與咬合樁的成孔工藝有關(guān)，若采用全回轉(zhuǎn)鉆機(jī)或者搓管機(jī)成孔的垂直度能夠得到很好的保證，若采用旋挖鉆成孔則垂直度容易產(chǎn)生較大偏差，樁間咬合較差或者不能咬合造成接縫滲漏。

1.4 SMW土攪拌樁的滲漏

攪拌樁滲漏一般是由于圍護(hù)結(jié)構(gòu)承受的載荷較大，樁的變形較大從而造成樁身裂縫，繼而出現(xiàn)滲漏水的情況。

2 滲漏的應(yīng)急處理措施

基坑開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，首先是要對缺陷進(jìn)行診斷，根據(jù)滲水、漏水、涌水或者涌砂的現(xiàn)象，采取針對性的應(yīng)急搶險(xiǎn)措施，使之在可控的范圍之內(nèi)，最后通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)修復(fù)和加固，確?；拥陌踩_挖。

2.1 滲漏水的診斷

發(fā)生在軟土層、粉砂層和砂礫層的滲漏情況不同，應(yīng)根據(jù)具體情況采取不同的應(yīng)急措施，保障基坑安全的同時，又不能影響工程施工的質(zhì)量和進(jìn)度。

2.1.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滲水

1）接縫主要是由于在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工過程中接縫的處理不徹底，形成止水的薄弱點(diǎn)，在基坑外側(cè)地下水壓力和土壓力的作用下，水通過接縫中的孔隙滲出。

2）墻體滲水是混凝土澆筑的質(zhì)量控制出現(xiàn)問題，主要原因有以下3個方面：

① 混凝土離析導(dǎo)致的澆筑不密實(shí)，墻體的膠結(jié)材料含量少，沒有把粗骨料之間的縫隙完全填充。

② 混凝土澆筑的過程中導(dǎo)管埋深控制不準(zhǔn)確，在拆管過程中出現(xiàn)導(dǎo)管拔出混凝土面的現(xiàn)象，致使墻體局部出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

2.1.2 墻體或者接縫的漏水

相對于滲水基坑的漏水流速快，流量大（尤其是在礫砂層），安全隱患更大，在基坑開挖過程中圍護(hù)結(jié)構(gòu)漏水主要是以清水為主，主要有以下幾種：

1）接縫處夾雜大量的回填砂袋或者出現(xiàn)大量的混凝土繞流，地下連續(xù)墻施工時沒有有效地處理，或者相鄰的地下連續(xù)墻垂直度偏差較大，使得接縫出現(xiàn)“劈叉”。

2）墻底沉渣過厚或者局部塌方，混凝土澆筑過程沒有有效翻漿，將沉渣或者土體包裹形成空洞。

3）排樁圍護(hù)需要高壓旋噴或三軸攪拌樁止水帷幕的配合，止水帷幕的質(zhì)量缺陷不能有效止水，相鄰咬合樁的垂直度出現(xiàn)較大的偏差或者沒有咬合形成較大縫隙。

開挖過程中這種強(qiáng)度極低的軟土、松散沙土或水泥土，不能承受基坑外側(cè)土壓力和地下水壓力的作用，隨著基坑開挖深度的不斷增加必然出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，大量的地下水流出。

2.1.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的涌水、涌砂

在地下水比較豐富的地區(qū)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)若存在較大的質(zhì)量缺陷，則容易造成涌水，在砂性土地質(zhì)條件下則會出現(xiàn)涌砂，輕則造成路面下沉，嚴(yán)重的則有可能造成路面塌陷，基坑坍塌。

涌水涌砂不僅與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量有關(guān)，還受到水文地質(zhì)條件的影響。一般在砂礫層較多的是涌水，礫石體積較大，質(zhì)量較大，在富水層礫石不能懸浮，涌砂現(xiàn)象較少。在粉砂、細(xì)砂或中粗砂層則會出現(xiàn)涌砂現(xiàn)象，基坑涌砂是基坑工程最為嚴(yán)重的質(zhì)量事故。

墻體接縫的涌水、涌砂都是由于施工過程控制不嚴(yán)格造成的，而坑底的涌水涌砂則是由于設(shè)計(jì)的缺陷造成。當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的插入比較小，沒有將承壓水層隔斷，隨著基坑開挖的深度不斷增加，坑底卸載，若承壓水層以上的不透水層和土層壓力不足以支撐坑底承壓水的壓力，則會出現(xiàn)坑底的突涌。

2.2 滲漏水及涌水、涌砂的應(yīng)急措施

基坑開挖的過程中應(yīng)根據(jù)滲漏的情況，采用不同的應(yīng)急措施，通過現(xiàn)場滲漏水的診斷確定采取何種堵漏的應(yīng)急措施，常用的措施主要有：快速封堵、導(dǎo)流管引流、混凝土或者土體反壓等方式。

2.2.1 速凝材料的快速封堵

快速封堵主要是針對滲水的情況，基坑開挖過程中滲水是最常見的一種現(xiàn)象，在施工過程中常用速干水泥進(jìn)行抹面處理，或者在漏水部位打孔注入聚氨酯直接封堵。

2.2.2 導(dǎo)流管引流

一般基坑漏水采取的方案是先疏后堵，即在漏水處預(yù)埋導(dǎo)流管，將滲漏出的水導(dǎo)流出，然后在縫隙處使用速干水泥封堵，待水泥達(dá)到一定強(qiáng)度后再封堵導(dǎo)流管。

2.2.3 反壓

涌水、涌砂的現(xiàn)象出現(xiàn)，對于基坑來講是一個非常大的安全風(fēng)險(xiǎn)，鑒于其嚴(yán)重性，應(yīng)當(dāng)立即停止基坑的開挖并進(jìn)行人員與設(shè)備的疏散，利用現(xiàn)場的條件進(jìn)行反壓。初始反壓采用的是砂袋，不可使用砂土直接反壓，待砂袋反壓到一定程度，可以將水或砂的流速減緩后，在使用及大量的土方或澆筑混凝土，險(xiǎn)情得到控制后再采取其他措施對基坑進(jìn)行修復(fù)和加固。

3 圍護(hù)工程缺陷的修復(fù)與加固工藝

根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷的嚴(yán)重情況，處理方法主要分為被動堵漏措施和主動修復(fù)措施兩種?；静襟E是“先堵后修”，速凝材料封堵、引流、反壓等應(yīng)急措施都屬于在基坑內(nèi)側(cè)所采用的被動堵漏措施，基坑外側(cè)的注漿、高壓旋噴等措施屬于主動修復(fù)措施。

3.1 被動堵漏措施

被動堵漏修復(fù)措施，方便快捷、易于操作，對基坑開挖的影響較小，有利于整個工程的工期節(jié)點(diǎn)，針對一些相對較小的漏水險(xiǎn)情可采用這種措施。

3.1.1 工藝流程

清除表面混凝土→填充漏點(diǎn)縫隙→固定導(dǎo)流管→封堵縫隙→養(yǎng)護(hù)→封堵導(dǎo)流管→固定鋼板

1）鑿除滲漏部位表面的泥土和雜質(zhì)，露出新鮮混凝土面，同時讓漏點(diǎn)縫隙暴露在視野下。

2）使用棉麻填充漏點(diǎn)縫隙，棉麻可以起到阻隔泥沙、減緩水流的作用。若漏點(diǎn)縫隙中形成較大的空洞，可以鑿除漏點(diǎn)處混凝土，將鋼筋網(wǎng)片焊接在圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼筋上，再填充棉麻。

3）在縫隙合適的位置放置導(dǎo)流管，導(dǎo)流管要盡可能深入漏點(diǎn)縫隙之中，如果使用直徑較大的導(dǎo)流管，要安裝閥門開關(guān)。

4）使用速干水泥封堵漏點(diǎn)縫隙，封堵時要保持導(dǎo)流管暢通，并將導(dǎo)流管固定。

5）速干水泥養(yǎng)護(hù)到一定強(qiáng)度，才可以封堵導(dǎo)流管，使用橡膠或者塑料材質(zhì)的軟管時，可用綁扎或注入聚氨酯的方式進(jìn)行封堵。

3.1.2 缺點(diǎn)及解決方案

如果漏水壓力較大時，漏點(diǎn)被封堵住了，但水從其他薄弱部位突破，仍然要對其突破的部位繼續(xù)封堵，為了避免這種情況，二次封堵時，可以不封堵導(dǎo)流管。

3.2 主動修復(fù)措施

對于涌水、涌砂的漏點(diǎn)必須先反壓再進(jìn)行堵漏，此時被動堵漏措施已經(jīng)沒有作用，應(yīng)該采用主動堵漏技術(shù)，即反壓漏點(diǎn)后，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的背側(cè)采用注漿措施。

3.2.1 注漿工藝流程

確定漏點(diǎn)水平位置→鉆機(jī)引孔到漏點(diǎn)深度→注漿管插到漏水點(diǎn)→連接注漿機(jī)與注漿管→攪拌水泥漿→單液注漿→漏點(diǎn)有水泥漿滲出→水玻璃、水泥調(diào)制的雙液漿注入→養(yǎng)護(hù)→清理反壓土或砂袋

1）根據(jù)漏點(diǎn)在地面上確定其水平位置，并做好標(biāo)記。

2）鉆機(jī)就位標(biāo)記處引孔，在砂性土地層引孔時須用膨潤土護(hù)壁，引孔到漏點(diǎn)以下2 m。

3）注漿采用鍍鋅管，端頭套絲接駁方便連接，并下放到漏點(diǎn)以下1 m。

4）將注漿機(jī)與注漿管連接，水泥漿管和玻璃水管應(yīng)在鍍鋅管頂部使用三通進(jìn)行連接。

5）開啟后臺攪拌水泥漿，初始攪拌的水泥漿應(yīng)及時測量其相對密度，合格后方可使用。

6）用注漿機(jī)注單液水泥漿，在此過程中要將注漿壓力調(diào)整到合適的范圍內(nèi)，待壓力調(diào)整合適后，開始正式注漿并記錄時間。

7）待漏點(diǎn)有水泥漿滲出時，計(jì)算水泥漿到達(dá)漏點(diǎn)所需的時間，開始調(diào)制水玻璃，水玻璃的摻量與漿液到達(dá)漏點(diǎn)的時間有關(guān)。水玻璃不能過多，否則初凝時間過快會堵塞注漿管；也不能過少，否則水泥漿在漏點(diǎn)的凝固時間過長，擴(kuò)散到周圍水中起不到封堵效果。

8）準(zhǔn)備工作完成后開始雙液注漿，過程中注意注漿壓力，若壓力持續(xù)不增加，應(yīng)及時分析原因，采取措施。待注漿壓力增大至一定范圍，即可停止注漿。

9）養(yǎng)護(hù)一定時間后（4～6 h），清除反壓的土和砂袋，繼續(xù)開挖。

3.2.2 其他主動修復(fù)措施

主動堵漏除采用注單液漿、雙液漿和化學(xué)漿液的方式外，還可以在基坑背側(cè)采用高壓旋噴加固，對于30 m以上較深的基坑可采用全方位高壓噴射（MJS）、雙高壓旋噴（RJP）或超高壓噴射攪拌成樁（N-Jet）等加固工法進(jìn)行修復(fù)。

3.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)缺陷的加固措施

圍護(hù)結(jié)構(gòu)如果存在比較嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷會影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)的受力，進(jìn)而造成支撐體系的不穩(wěn)定，釀成災(zāi)難性后果，因此在圍護(hù)修復(fù)后基坑開挖前，應(yīng)先采取圍護(hù)結(jié)構(gòu)加固措施。

常用加固措施主要有：鉆孔灌注樁與高壓旋噴樁結(jié)合的措施、勁性水泥土攪拌墻（SMW）工法樁措施、補(bǔ)墻措施、人工地層凍結(jié)后的被動加固措施等5個方面。

4 防滲堵漏治涌的新技術(shù)新材料

近幾年，治理滲漏技術(shù)有了很大的發(fā)展，一些復(fù)雜特殊的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滲漏治理和結(jié)構(gòu)修復(fù)加固采用了凍結(jié)法施工技術(shù)，最新研發(fā)的微創(chuàng)修復(fù)高聚物注漿技術(shù)極大地促進(jìn)了基坑圍護(hù)工程的滲漏水治理和修復(fù)技術(shù)的發(fā)展，解決了很多堵漏技術(shù)難題。

4.1 凍結(jié)法施工技術(shù)

凍結(jié)法是利用人工制冷技術(shù)，使地層中的水凍結(jié)，把天然土變成凍土，增加其強(qiáng)度和穩(wěn)定性，形成隔絕地下水與地下工程聯(lián)系的凍結(jié)壁。尤其是在特殊地質(zhì)和工程條件下，它基本不受支護(hù)范圍和支護(hù)深度的限制，能夠有效地防止涌水、涌砂以及控制地下工程相鄰?fù)馏w的變形。

國內(nèi)外大量的工程實(shí)踐表明，應(yīng)用凍結(jié)法進(jìn)行滲漏治理具有安全可靠、適應(yīng)性廣、靈活性好、可控性好、污染性小、經(jīng)濟(jì)合理的特點(diǎn)，隨著加固深度的加大，經(jīng)濟(jì)性越來越明顯。

4.2 微創(chuàng)修復(fù)高聚物注漿技術(shù)

4.2.1 高聚物封閉注漿技術(shù)

通過高壓注射系統(tǒng)和注漿導(dǎo)管，將雙組分高聚物材料注入封閉的土工織物袋。材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后體積迅速膨脹并固化，從而快速封堵管涌通道，或封閉注漿孔，防止漏漿。

4.2.2 高聚物劈裂注漿技術(shù)

利用靜壓方法使“雙翼型”成槽板在圍護(hù)結(jié)構(gòu)背側(cè)形成定向劈裂槽。采用導(dǎo)管注漿技術(shù)向槽內(nèi)注入高聚物注漿材料。

材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后體積迅速膨脹，產(chǎn)生的膨脹力超過土體的抗拉強(qiáng)度時，即沿成槽板引導(dǎo)的方向?qū)⑼馏w劈開，連接形成超薄型高聚物防滲體系。

4.2.3 超薄型高聚物防滲墻注漿技術(shù)

采用特制的“三錐頭”成槽板和靜壓成槽裝備，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)背側(cè)形成連續(xù)的防滲墻槽模。通過注漿導(dǎo)管從槽底注射高聚物材料，并按一定速度連續(xù)提升注漿。材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后體積迅速膨脹，填充滿槽模并固化，并與相鄰槽模連續(xù)膠結(jié)，形成連續(xù)超薄型高聚物防滲墻。

4.3 非水反應(yīng)的發(fā)泡聚氨酯材料

非水溶性聚氨酯是由多異氰酸酯和多羥基化合物聚合而成的高分子材料。該材料不溶于水，只溶于有機(jī)溶劑中，其主要性能如下。

1）非水溶性的，遇水開始反應(yīng)，不易被地下水沖稀，可用于動水條件下堵漏，封堵各種形式的地下漏水，止水效果好。

2）漿液遇水反應(yīng)時，放出CO2氣體，使?jié){液產(chǎn)生膨脹，并向四周滲透擴(kuò)散，直到反應(yīng)結(jié)束時為止。由于膨脹而產(chǎn)生了二次擴(kuò)散現(xiàn)象，因而有較大的擴(kuò)散半徑和凝固體積比。

3）漿液黏度低，可注性能好，可與水泥注漿相結(jié)合；采用單液系統(tǒng)注漿，工藝設(shè)備簡單。

4）固砂體抗壓強(qiáng)度高，一般在0.6～1.0 MPa。

5）抗?jié)B性能好，滲透系數(shù)可達(dá)10-6～10-8cm/s。

5 結(jié)語

對本文相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，可以得到以下結(jié)論：

1）預(yù)防圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量缺陷的關(guān)鍵是加強(qiáng)施工過程中的質(zhì)量控制。

2）基坑滲水采取被動措施可以完全修復(fù)好。

3）大的漏水必須采取主動措施修復(fù)，修復(fù)前必須掌握漏水的位置和原因。

4）圍護(hù)工程的結(jié)構(gòu)損傷修復(fù)必須與相應(yīng)的加固措施配合，確?；娱_挖的安全。

5）新材料和新技術(shù)在防治圍護(hù)工程滲漏水方面的效果非常明顯，應(yīng)用前景廣闊，需要進(jìn)一步的推廣。