深基坑止水帷幕失效原因及對(duì)策研究

白乾本 陳佐洪 陳 強(qiáng) 劉雷華

（中國(guó)建筑土木建設(shè)有限公司，北京 100070）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程加快，城市建筑空間日益縮小，深基坑的數(shù)量不斷增加。止水帷幕作為控制深基坑工程地下水涌入的關(guān)鍵措施之一，其可靠性和有效性直接關(guān)系到基坑工程的安全[1]。但是，在大多數(shù)深基坑工程實(shí)踐中，由于施工前并未進(jìn)行嚴(yán)格的地質(zhì)調(diào)查、施工方案選擇不當(dāng)、質(zhì)量控制不嚴(yán)等因素，導(dǎo)致止水帷幕失效情況時(shí)有發(fā)生。因此，加強(qiáng)對(duì)深基坑止水帷幕失效原因及處理對(duì)策研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 工程概況

1.1 基坑周邊概況

擬建基坑為某辦公樓地下室，基坑呈長(zhǎng)方形，長(zhǎng)129m，寬40m，地下室設(shè)計(jì)為3層和4層，開挖深度分別為13.5m和17.5m。該建筑周圍建筑物密集且距離基坑較近：東側(cè)基坑邊距離用地紅線約14 m，紅線外為某市政道路；南側(cè)為某已建研發(fā)中心，距離基坑邊4.8m；西側(cè)基坑邊距離用地紅線最近，紅線外為某市政道路；北側(cè)為某已建綜合樓，距離基坑邊約5.6 m，同時(shí)在基坑的南側(cè)、西側(cè)和北側(cè)的地下均埋有建設(shè)單位內(nèi)部的電纜溝和水管等，基坑周邊環(huán)境極為復(fù)雜。

1.2 工程與水文地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地的西南區(qū)域的局部位置是由建筑垃圾填筑魚塘而成的，孤石發(fā)育異常。經(jīng)勘查可知，場(chǎng)地巖土層具體分布：①素填土（Qml）、②-1粉質(zhì)黏土（Qal）、②-3淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（Qal）、②-3礫砂（Qal）、②-4淤泥（Qal）、②-5粉質(zhì)黏土（Qal）、②-6中粗砂（Qal）、②-7粉土（Qal）、③砂質(zhì)黏性土（Qel）。土層主要特征指標(biāo)見表1。

表1 擬建場(chǎng)地土層主要特征指標(biāo)

根據(jù)含水介質(zhì)類型及埋藏條件，判斷擬建場(chǎng)地的地下水類型主要為孔隙承壓水?？紫端饕x存于礫砂和中粗砂層中，透水能力較強(qiáng)且具微承壓性，孔隙承壓水的主要參數(shù)見表2。在地質(zhì)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在基坑西側(cè)不遠(yuǎn)處存在河涌，再加上礫砂和中粗砂層具有較強(qiáng)的透水性，導(dǎo)致基坑地下巖土層與河涌形成水利聯(lián)系。

表2 擬建場(chǎng)地孔隙承壓水的主要參數(shù)

2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

設(shè)計(jì)難點(diǎn)包括以下3點(diǎn)：1）擬建基坑具有面積大、開挖深度較深的特點(diǎn)。2）結(jié)合擬建基坑周邊實(shí)際情況，在開挖過程中需要考慮基坑變形對(duì)市政道路、建筑物、管線等的影響，并采取相應(yīng)的措施。3）基坑開挖深度范圍內(nèi)有②-3礫砂和②-6中粗砂含水層，因此在開挖過程中需要考慮地下水處理問題。

2.2 基坑支護(hù)方案

綜合該擬建場(chǎng)地基坑周邊環(huán)境及水文地質(zhì)條件等因素，按照相關(guān)技術(shù)規(guī)程綜合判定，該基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)南側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)，重要性系數(shù)為1.1，西北側(cè)壁安全等級(jí)為二級(jí)，重要性系數(shù)為1.0，其他側(cè)安全等級(jí)為三級(jí)，重要性系數(shù)為0.9。經(jīng)研究決定，本次深基坑支護(hù)方案采用鉆孔灌注樁+水泥攪拌樁止水帷幕組合的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式。具體設(shè)計(jì)參數(shù)見表3。

表3 基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)參數(shù)

2.3 基坑開挖過程中地下水處理

2.3.1 止水帷幕處理

綜合考慮擬建場(chǎng)地地質(zhì)條件、工程造價(jià)等因素，在水泥攪拌樁與支護(hù)樁中間采用高壓旋噴樁進(jìn)行補(bǔ)漏修復(fù)。

2.3.2 地表水處理

在基坑施工中會(huì)遇到雨季，為防止基坑成為巨型集水坑，需要進(jìn)行地表水處理，通過設(shè)置截水溝，將地表徑流進(jìn)行集中抽排，阻止雨水進(jìn)行基坑內(nèi)，確?；邮┕さ捻樌_展。

3 止水帷幕失效及原因分析

3.1 失效情況

在本次深基坑施工中，止水帷幕失效情況如下：1）基坑南側(cè)局部位置出現(xiàn)涌水點(diǎn)，并持續(xù)大量涌水，且坑外觀測(cè)點(diǎn)水位變化速率超過2 m/d的警戒值，說明該位置的止水帷幕存在漏水點(diǎn)[2]。2）基坑西北位置持續(xù)滲水，且伴有細(xì)砂，該處出現(xiàn)涌水、涌砂現(xiàn)象，此時(shí)止水帷幕已失效。為了保障基坑施工安全，向兩處涌水點(diǎn)注入大量混凝土才勉強(qiáng)堵住。全面停止基坑開挖，坑中逐漸被涌水注滿，說明這兩處的止水帷幕已完全失效。

3.2 原因分析

通過翻閱水泥攪拌樁成樁記錄以及深入施工現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)止水帷幕失效的原因有以下4點(diǎn)：1）相關(guān)連接位置的密封工作不佳。如果止水帷幕施工中，水泥攪拌樁樁體因搭接不足或垂直度偏差引起接口咬合不足，同時(shí)還未采取有效措施對(duì)搭接冷接口進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，這樣就會(huì)導(dǎo)致止水密封不佳，從而使止水帷幕失效。在擬建項(xiàng)目施工中，由于設(shè)備施工垂直度存在偏差導(dǎo)致冷接頭處理不當(dāng)，相關(guān)連接位置的密封性不佳，且在鉆孔作業(yè)過程中還有部分位置并未完全封閉，導(dǎo)致水泥攪拌樁的成樁質(zhì)量收到影響，增加了止水帷幕滲漏的風(fēng)險(xiǎn)。2）止水帷幕設(shè)計(jì)缺乏合理性。在設(shè)計(jì)止水帷幕時(shí)，并未充分考慮擬建現(xiàn)場(chǎng)的水文、地質(zhì)等情況，再加上止水帷幕施工完成后，為加快施工進(jìn)度，未等到樁位穩(wěn)定便開展大規(guī)模的挖掘、抽水等作業(yè)，導(dǎo)致支護(hù)體系中出現(xiàn)稀釋帷幕中的水泥，進(jìn)而影響水泥攪拌樁的防水性能，導(dǎo)致止水帷幕失效[3]。3）受場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜且孤石的影響，加上施工機(jī)械功率受限，增加水泥攪拌樁的成樁施工難度，水泥攪拌樁的成樁深度并未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，未穿透②-6中粗砂層，這就導(dǎo)致施工中形成了大量了的“吊腳樁”，留下了較大的止水帷幕滲水隱患[4]。4）未進(jìn)行水泥攪拌樁性能試驗(yàn)。由于不同水文、地質(zhì)等情況對(duì)工藝要求各有不同，因此施工前必須選取不同的施工參數(shù)對(duì)水泥攪拌樁的性能進(jìn)行充分試驗(yàn)分析，確保其性能滿足施工要求。但是在本次項(xiàng)目施工前未進(jìn)行相關(guān)性能試驗(yàn)，導(dǎo)致混凝土性能不代表，最終出現(xiàn)止水帷幕滲水，對(duì)施工質(zhì)量造成很大影響。

4 處理對(duì)策

針對(duì)擬建項(xiàng)目深基坑止水帷幕失效出現(xiàn)的原因，結(jié)合相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)，制定以下處理對(duì)策。

4.1 對(duì)坑外帷幕注漿封堵

為有效處理止水帷幕滲漏問題，應(yīng)對(duì)坑外帷幕采取注漿封堵措施，坑外帷幕注漿封堵施工工藝如圖1所示。施工步驟包括以下3個(gè)：1）定位。首先應(yīng)對(duì)整體帷幕進(jìn)行定位，并設(shè)計(jì)科學(xué)合理的坑外帷幕注漿施工方案。2）布點(diǎn)。根據(jù)擬建項(xiàng)目施工要求，確定注漿孔位置，并按梅花狀進(jìn)行排布，每排注漿孔的間距為0.5m左右，其中第一排注漿孔安裝在先前設(shè)置的止水帷幕外側(cè)，并與主軸鉆孔的距離約0.2m。3）注漿。注漿孔位置排布完成后，用準(zhǔn)備好的壓密針開展注漿壓密工作，注漿中水與水玻璃的比例為1∶（0.8～1），注漿壓力為0.5MPa～1.0MPa，注漿管壓入時(shí)須保持垂直狀態(tài)，并合理控制壓入深度，確保壓入深度控制在6m～16m，這樣才能更好地發(fā)揮止水帷幕的作用[5]。

圖1 坑外帷幕注漿封堵施工工藝示意圖（單位：mm）

4.2 對(duì)坑外管井進(jìn)行降壓

由于本次施工期間雨水較多，地下孔隙承壓水的涌水量較大，因此在基坑開挖時(shí)，坑內(nèi)和坑外的水值相差較大。針對(duì)這種情況引起的止水帷幕失效，采取坑外注漿封堵的處理方法效果不明顯，再結(jié)合擬建項(xiàng)目的施工狀況，應(yīng)深入土層對(duì)坑外管井進(jìn)行降壓處理，降低滲水量，改善坑內(nèi)外的水值差，給坑外注漿封堵創(chuàng)造條件?；油练酵诘?6 m位置，使坑內(nèi)和坑外保持合理的距離，減少坑內(nèi)坑外壓力差，防止坑內(nèi)滲水，保障基坑施工安全。與此同時(shí)，還應(yīng)對(duì)土質(zhì)濕潤(rùn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)觀測(cè)，并進(jìn)行間歇式抽水，避免影響坑外注漿封堵的施工質(zhì)量。此外，在對(duì)坑外管井進(jìn)行降壓處理時(shí)，應(yīng)將降壓井安裝在基坑一側(cè)，井深12 m，井點(diǎn)間距20 m，井管與井孔之間采用綠豆砂作為過濾層。

4.3 對(duì)坑內(nèi)帷幕混凝土封堵

在處理止水帷幕滲漏過程中，對(duì)坑內(nèi)帷幕進(jìn)行混凝土封堵是十分必要的。對(duì)坑內(nèi)帷幕混凝土封堵主要采用掛網(wǎng)噴漿的方式，通過在基底與排樁交匯處掛網(wǎng)噴射混凝土，形成結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬的擋墻，起到封堵作用，使止水帷幕能夠發(fā)揮止水作用。擬建項(xiàng)目基坑施工中，基坑底距離地表6.8 cm左右處會(huì)遇到滲透率及流動(dòng)性較大的②-3礫砂層和②-6中粗砂層，因此在土方開挖前先根據(jù)土層特性進(jìn)行基底層交接處理，即掛網(wǎng)噴漿封堵，采用φ8 mm鋼筋，間距150 mm，與樁體可靠連接。在混凝土噴射時(shí)，對(duì)其材料有一定的要求，混凝土等級(jí)為C20，需要嚴(yán)格控制噴射厚度，噴射厚度控制在60 mm左右，采取分層噴射的方式進(jìn)行噴射，先噴射30 mm厚度，待第一層混凝土凝固后，做好相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)工作，方可進(jìn)行下一層的噴射作業(yè)[6]，終凝后加強(qiáng)噴漿混凝土養(yǎng)護(hù)，以保證噴射質(zhì)量。對(duì)坑內(nèi)帷幕混凝土封堵，能有效防止?jié)駳狻⑺M(jìn)入帷幕坑內(nèi)，有效密封坑內(nèi)滲漏點(diǎn)，保證深基坑止水帷幕施工的有效性。

4.4 設(shè)定總體施工流程

施工流程如下：1）為保證加固效果，在基坑外進(jìn)行雙排雙液注漿加固，即在密封加固坑外注漿孔作業(yè)時(shí)，依次按照第一排、第二排的順序進(jìn)行加固注漿，必須待第一排注漿孔加固完成并進(jìn)行修復(fù)處理后，方可進(jìn)行第二排注漿孔的加固作業(yè)，作業(yè)方向從西北角起，分別向南和東進(jìn)行延伸作業(yè)。2）坑內(nèi)外掛網(wǎng)噴漿應(yīng)與注漿加固同時(shí)進(jìn)行，在掛網(wǎng)噴漿作業(yè)時(shí)還應(yīng)隨時(shí)觀察注漿過程中是否存在滲漏現(xiàn)象，采用快干水泥密封滲漏點(diǎn)，形成混凝土擋墻，增加止水帷幕的硬度和強(qiáng)度，充分發(fā)揮止水帷幕的止水效果。3）在尚未開挖到含水層部位時(shí)，同樣需要在坑外設(shè)置注漿孔并進(jìn)行注漿加固，待漿液凝固后，即可對(duì)該部位的坑內(nèi)圍護(hù)樁周圍的土層進(jìn)行開挖，并及時(shí)按照坑內(nèi)圍護(hù)樁之間的掛網(wǎng)噴漿施工工序進(jìn)行施工。4）如果已經(jīng)開挖到含水層部位，且出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，應(yīng)采取坑外深井抽水或坑內(nèi)滲水點(diǎn)堵漏等措施。

5 基坑監(jiān)測(cè)

5.1 地下水位監(jiān)測(cè)

在基坑周圍淺層設(shè)置5個(gè)地下水位觀測(cè)孔，對(duì)淺層地下水位進(jìn)行觀測(cè)[7]，部分水位觀測(cè)結(jié)果如圖2所示。

從圖2曲線變化趨勢(shì)來看，擬建項(xiàng)目9月出開始土方開挖，10月中開始主體結(jié)構(gòu)施工，12月底主體施工完成。在基坑開挖過程中，盡管坑內(nèi)一直保持有承壓水，但坑外淺層水位基本保持穩(wěn)定，局部受降雨量的影響升降幅度偏大。由此說明，經(jīng)過處理后的止水帷幕完全隔斷基坑內(nèi)外的上層潛水，同時(shí)坑內(nèi)承壓水也未對(duì)坑外淺層水位造成影響[8]。

圖2 地下水位觀測(cè)變化圖

5.2 周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)

擬建項(xiàng)目周邊建筑物密集，設(shè)置了50個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，沉降報(bào)警值為30mm，報(bào)警值變化速率2 mm/d?；幽蟼?cè)建筑物沉降監(jiān)測(cè)圖如圖3所示。

從圖3曲線變化趨勢(shì)來看，基坑南側(cè)建筑物最大值沉降量為16.9 mm，最大值位于基坑南側(cè)研發(fā)中心北面基礎(chǔ)中部，其余變化幅度不大。由此可見，在基坑開挖的過程中，基坑周邊建筑物沉降變化平緩且逐漸趨于穩(wěn)定。

圖3 周邊建筑物沉降監(jiān)測(cè)變化圖

根據(jù)上述地下水位、周邊建筑物等監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，該擬建項(xiàng)目滲漏現(xiàn)象得到很好的控制，表明滲漏水治理效果良好取，使止水帷幕充分發(fā)揮止水作用，保障基坑、周邊建筑物、道路及地下管線的安全。

6 結(jié)語

綜上所述， 止水帷幕是深基坑中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，要想發(fā)揮深基坑止水帷幕的止水作用，就必須確保止水帷幕的有效性。該文結(jié)合具體工程實(shí)踐，結(jié)合止水帷幕失效情況，對(duì)失效的原因進(jìn)行分析，為了解決深基坑止水帷幕失效問題，提出相應(yīng)的處理對(duì)策，保障基坑安全。