地下深層廢棄井管高效處理關(guān)鍵技術(shù)

陳衛(wèi)東

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

1 工程背景

上海軌道交通某車站位于市中心地段，車站主體總長219 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬28 m，底板埋深27 m，為地下3層結(jié)構(gòu)，采用明挖順作法施工。場地位于上海市鬧市區(qū)，周圍現(xiàn)有建（構(gòu)）筑物眾多，基坑南側(cè)距離周邊建筑大廈最近處為5 m。

地下水類型主要有淺部土層中的潛水和深部⑦、⑨層中的承壓水。其中第⑦層粉（砂）性土，為上海地區(qū)第一承壓含水層，且與⑨層連通，賦存地下水量豐富。場地勘察期間測得第一承壓含水層水位埋深為5.29 m，標(biāo)高為－1.19 m，按照該水頭驗(yàn)算，主體基坑開挖需抽降承壓水。標(biāo)準(zhǔn)段臨界開挖深度約為15.6 m。

在基坑開挖至6.7 m后，發(fā)現(xiàn)基坑內(nèi)存在一口壁厚20 mm、φ360 mm的鑄鐵井管（圖1、圖2），該井管內(nèi)不斷有地下水涌出，且權(quán)屬單位不詳，通過低應(yīng)變檢測及金屬探測法檢測，得知該不明井管深度至少達(dá)地面以下26.7 m，且與承壓水層連通。此時(shí)如繼續(xù)基坑開挖將存在重大風(fēng)險(xiǎn)[1-2]，但考慮到基坑已開挖6.7 m，且廢棄井管位于鋼支撐下方，導(dǎo)致空間受限，常規(guī)的降水井封井方案難以實(shí)施，因此需要采取特殊措施對廢棄管井進(jìn)行處理。

圖1 廢棄管井平面位置

圖2 廢棄井管

2 技術(shù)路線

為確保基坑開挖的安全，同時(shí)避免由于基坑開挖進(jìn)度延遲造成的其他負(fù)面影響，決定采用如下技術(shù)方案：在廢棄井管外側(cè)施工鋼管樁，鋼管樁深度宜隔斷承壓水層；繼續(xù)進(jìn)行基坑開挖，開挖期間應(yīng)注意對鋼管樁的保護(hù)；完成基坑底板的施工；在廢棄井管內(nèi)部注漿，外部施工高壓旋噴樁；逐層割除廢棄井管后完善底板孔洞施工。

該方案的核心理念在于開挖階段維持廢棄井管的現(xiàn)狀，利用管內(nèi)的余土平衡承壓水壓力，同時(shí)在其外側(cè)使用鋼管樁隔斷承壓水層，杜絕風(fēng)險(xiǎn)（預(yù)處理），待基坑開挖完成后，再使用注漿及其他工藝進(jìn)行封井（后處理）。

3 工藝流程

3.1 鋼管樁預(yù)處理措施

為隔斷廢棄井管同承壓水層的連通，在其外側(cè)施工直徑1 m的鋼管樁，樁長48 m，隔斷本工程⑦層承壓水。現(xiàn)場采用ICE 50RF免共振振動錘及配套吊車完成上述作業(yè)（圖3）。此外，在附近位置施工降水井兼觀測井，作為后續(xù)施工過程中的監(jiān)控及應(yīng)急手段。

圖3 鋼管樁施工

3.2 基坑開挖

預(yù)處理完成后繼續(xù)開挖基坑，開挖期間需注意對已完成鋼管樁的保護(hù)，特別注意避免基坑下設(shè)備行駛及回轉(zhuǎn)過程中的碰撞情況發(fā)生。根據(jù)正常施工流程逐層開挖至基坑底（圖4）。

圖4 開挖過程

3.3 結(jié)構(gòu)底板施工

基坑開挖至底板澆筑前，為避免底板下承壓水突涌，于鋼管樁外側(cè)焊燒環(huán)形外止水鋼板，鋼板厚度與降水井井壁厚度（6 mm）保持一致，寬度為200 mm。底板完成后，對鋼套管外壁與結(jié)構(gòu)間縫隙進(jìn)行堵漏預(yù)注漿，降水井停抽后未見滲水。

3.4 注漿及旋噴加固

底板完成后，對廢棄井管內(nèi)部進(jìn)行注漿，并在廢棄井管及鋼套管間進(jìn)行高壓旋噴樁加固，于不明井管與鋼套管夾層間等距布設(shè)4根高壓旋噴樁（圖5、圖6），樁體直徑不小于800 mm，樁體搭接不小于350 mm，加固區(qū)域?yàn)榈叵?6.8～42.0 m范圍；采用42.5級普通硅酸鹽水泥，可適當(dāng)添加早強(qiáng)劑，加固體單樁水泥含量不小于25%。

圖5 加固平面布置

圖6 加固剖面示意

注漿封井前，應(yīng)現(xiàn)場預(yù)拌水泥漿；水泥漿的水灰比宜為0.8～1.0，漿量宜為回填細(xì)石子量的1.5～2.0倍。注漿管應(yīng)居中下入井管內(nèi)，注漿管底端應(yīng)進(jìn)入濾管底部。注漿管安放到位后應(yīng)在井管口固定管位。固定注漿管后，應(yīng)向井管內(nèi)填入細(xì)石子，回填頂面不低于地面以下26.8 m。

注漿時(shí)應(yīng)控制注漿壓力不小于0.4 MPa，每注漿0.5～1.0 m高度的漿量后將注漿管上提相同高度，或以不大于15 cm/min的速度緩慢上提注漿管，注漿至細(xì)石子頂面后應(yīng)繼續(xù)注入水泥漿并緩慢上提約10 m，以保證注漿效果。

水泥漿終凝后，應(yīng)抽出井管內(nèi)余水，檢查注漿效果，必要時(shí)再次灌入微膨脹細(xì)石混凝土至底板面下。

不明井管注漿完成后，展開井管與鋼套管間高壓旋噴加固施工。

3.5 封井作業(yè)

高壓旋噴樁施工完成后盡快抽除管內(nèi)余水，并切除底板頂面上方井管。由于井管貼近結(jié)構(gòu)上翻梁導(dǎo)致作業(yè)面狹小，為保證封井質(zhì)量，人工挖清浮土至底板面1 m以下，并割除底板頂面下1 m范圍內(nèi)的不明井管，隨后封填細(xì)石混凝土至井管斷面，搗實(shí)并抹平，于鋼套管內(nèi)壁焊封一層止水鋼板，并于其上布設(shè)單排雙向φ32 mm@150 mm鋼筋，且與外層鋼套管焊接牢固；隨后由下至上逐層填實(shí)細(xì)石混凝土并焊封剩余2道止水鋼板與加強(qiáng)鋼筋；其中，頂層止水鋼板加強(qiáng)鋼筋應(yīng)與底板頂層主筋焊接牢固，完成后澆筑細(xì)石混凝土至底板頂面齊平（圖7）。

圖7 封井示意

4 質(zhì)量保證措施

4.1 高壓旋噴樁質(zhì)量保證措施

1）由專職人員負(fù)責(zé)測量放線及樁位的確定。

2）鉆機(jī)就位后應(yīng)進(jìn)行水平和垂直校正，鉆機(jī)應(yīng)與樁位一致，偏差在50 mm以內(nèi)，以保證樁垂直度。

3）漿液必須按照配合比進(jìn)行配制，采用P·O 42.5水泥。

4）在施工過程中，要防止噴嘴被泥砂堵塞，氣、漿壓力和流量必須符合設(shè)計(jì)值，一旦堵塞，要拔管清洗干凈后再重新插桿噴。插桿時(shí)應(yīng)采取邊射水邊插，高壓水噴嘴要用塑料布包裹，以防止泥土進(jìn)入管內(nèi)。

5）鉆機(jī)的旋轉(zhuǎn)和提升應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得中斷；拆卸鉆桿時(shí)要保持鉆桿伸入下節(jié)有100 mm以上的搭接長度，以免樁機(jī)脫節(jié)。鉆機(jī)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)立即停止提升鉆桿和旋噴，以防止斷樁，并應(yīng)立即檢修排除故障。

6）水泥漿液應(yīng)嚴(yán)格按預(yù)定配合比制作，為防止灰漿離析，放漿前必須攪拌30 s再倒入存漿桶。

7）壓漿階段不允許發(fā)生斷漿現(xiàn)象，輸漿管道不能堵塞，全樁須注漿均勻，不得發(fā)生夾心層。

8）在噴漿過程中往往有一定數(shù)量的土粒沿著注漿管壁冒出地面，如冒漿量小于注漿量的20%，可視為正常現(xiàn)象，超過者或出現(xiàn)不冒漿時(shí)，應(yīng)查明原因，采取相應(yīng)的措施。冒漿量過大通常是有效噴射范圍與注漿量不適應(yīng)所致，可采取提高噴射壓力、適當(dāng)減小噴嘴孔徑、加快提升和旋噴速度等措施，減小冒漿量；不冒漿大多數(shù)是地層中有較大空隙所致，可采取在漿液中摻加適量的速凝劑、縮短固結(jié)時(shí)間或增大注漿量等措施，填滿空隙后，再繼續(xù)旋噴。

4.2 封井質(zhì)量保證措施

1）高壓旋噴樁注漿完畢，水泥漿達(dá)到初凝的時(shí)間后，抽出井管內(nèi)壓板以上的殘留水，并及時(shí)觀測井管內(nèi)的水位深度或標(biāo)高的變化情況。一般觀測2～4 h后，井管內(nèi)的水位無明顯的升高，說明注漿的效果較好。

2）頂層鋼筋與底板主筋焊接，雙面焊長度不小于5d（d為鋼筋直徑），單面焊接長度不小于10d。

3）澆筑完成后安排人工灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)不小于28 d。

4）封完井后要嚴(yán)格做好封井效果的檢驗(yàn)工作，封堵后的井管如果有滲漏水現(xiàn)象，則在井點(diǎn)管內(nèi)注入聚氨酯，注漿壓力為0.5 MPa。

5 廢棄井管處理效果分析

5.1 基坑開挖期間處理效果

在對廢棄井管采取上述措施后，在整個(gè)基坑開挖全過程中，該井管口未出現(xiàn)冒水現(xiàn)象，鋼管樁側(cè)壁也未產(chǎn)生滲漏水的現(xiàn)象。觀測井的數(shù)據(jù)顯示，整個(gè)基坑內(nèi)的水位正常，說明本次廢棄井管的處理是安全可靠的。

5.2 處理方案的優(yōu)越性

方案通過簡單的預(yù)處理來封閉廢棄井管以保證基坑開挖安全，將常規(guī)封井的工藝安排在底板完成后再進(jìn)行，避免了因基坑開挖時(shí)間過長導(dǎo)致的支護(hù)變形，同時(shí)又滿足了現(xiàn)場空間狹小的施工條件。

6 結(jié)語

基坑開挖過程中廢棄井管的處理是較為困難的作業(yè)，傳統(tǒng)處理方法較難在受限空間使用，且容易影響基坑開挖進(jìn)度，增加支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。本文介紹的地下廢棄井管處理技術(shù)，為解決上述問題提供了一種安全可靠、施工簡便、成本低廉的路徑。希望通過本文的介紹能為類似工程提供借鑒，并進(jìn)一步推廣該技術(shù)。