深基坑施工中不明井管風(fēng)險(xiǎn)處置技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐

馬 仕（上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司， 上海 200001）

承壓水對基坑施工存在重大影響。隨著基坑越來越深，承壓水對深基坑安全威脅也越來越大。因此，施工中必須要做好承壓水的降壓工作，以確保基坑開挖的安全。有時(shí)基坑施工過程中會(huì)遇到不明井管等風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，這些井管可能是周邊工程打設(shè)的回灌井或坑外降壓井，或是來歷無從考證。然而這些井管的深度一旦深入到承壓水含水層，將成為承壓水貫通通道，給后續(xù)施工帶來巨大風(fēng)險(xiǎn)，尤其是開挖過程中遇到這種情況，由于時(shí)空效應(yīng)基坑開挖不可能長時(shí)間停止，處理起來更為棘手。工程實(shí)踐中不乏由此造成的工程事故的案例。因此，必須給予高度重視和妥善處理，才能確保工程安全。

1 工程概況

上海市軌道交通 14 號(hào)線陸家嘴站車站主體總長為 219 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為 28 m，車站有效站臺(tái)寬度18 m，底板埋深 27.4 m，為地下 3 層結(jié)構(gòu)，明挖順作法進(jìn)行施工。

施工場地位于上海市浦東新區(qū)陸家嘴金融區(qū)陸家嘴環(huán)路、花園石橋路交匯處，屬于鬧市區(qū)，周圍現(xiàn)有建（構(gòu)）筑物眾多。車站 3 號(hào)出入口與南側(cè)東亞銀行大廈共用圍護(hù)結(jié)構(gòu)；4 號(hào)出入口及 4 號(hào)風(fēng)亭與浦東威立雅自來水廠最短距離為 4.7 m，水廠建成距今已有 85 a 歷史，為施工期間重點(diǎn)保護(hù)建筑。

車站主體位于正常地層與古河道地層交界區(qū)域（本次擬建車站待建部分大部分位于古河道分布區(qū)域），主要由黏性土、粉性土和砂土組成，分布較穩(wěn)定，一般具有成層分布的特點(diǎn)，其中含承壓水的 7 層土與 9 層土相互聯(lián)通，車站底板距離 7 層含承壓水層最短距離為 2.2 m。基坑開挖時(shí)最終需要將承壓水水位降至底板以下。

2 不明井管情況

2.1 不明井管概況

軌道交通 14 號(hào)線陸家嘴站標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度為 27.4 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，深度未知，權(quán)屬單位不詳。經(jīng)查閱相關(guān)資料與走訪周邊單位，未找到有關(guān)信息。由于其內(nèi)部和側(cè)壁不斷有水冒出，現(xiàn)場立即停止了開挖施工。

由于不明井管深度未知，必須探明深度，明確其是否插入到承壓水含水層，才能識(shí)別存在的風(fēng)險(xiǎn)，并提出針對性的應(yīng)對方案。

2.2 不明井管深度探測

為探明該井管深度，現(xiàn)場先后已采用低應(yīng)變檢測及金屬探測法對該不明井管的深度進(jìn)行檢測。

2.2.1 低應(yīng)變檢測法

首先擬通過低應(yīng)變方法進(jìn)行檢測。由于低應(yīng)變檢測在金屬介質(zhì)中應(yīng)用存在不確定性。為確保檢測準(zhǔn)確性，低應(yīng)變檢測法計(jì)劃探測深度為 20 m。

檢測結(jié)果顯示自井管口至 20 m 深度處，均檢測到金屬井管。因此，初步可判斷井管深度不小于自地面往下26.7 m。

2.2.2 金屬探測法

為了進(jìn)一步探明不明井管長度，決定采用更為準(zhǔn)確的金屬探測法進(jìn)行探測。計(jì)劃探測深度為 30 m。現(xiàn)場實(shí)際施工時(shí)，在不明井管旁邊鉆孔至 30 m，同時(shí)開啟周邊降壓井，降低水頭至 －6.7 m 以下，確保不出現(xiàn)涌水涌砂情況。隨即下放檢測設(shè)備進(jìn)行金屬探測。檢測結(jié)果顯示自井管口至孔底深度處，均檢測到金屬井管，因此初步可判斷井管深度不小于自地面往下 30 m，說明不明井管已深入到承壓水含水層。探測完成后必須對打設(shè)的探測孔采用注漿進(jìn)行有效封堵。

綜上所述，根據(jù)金屬探測法、低應(yīng)變檢測法及現(xiàn)場情況判斷，該不明井管深度至少不小于 30 m，并且與 ⑦ 層承壓水層相連通，必須采取針對性措施對該井管進(jìn)行封堵。

3 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與分析

3.1 基坑開挖過程中的風(fēng)險(xiǎn)

由于探測井管深度已經(jīng)插入到承壓水含水層，且目前狀況已經(jīng)出現(xiàn)冒水情況，繼續(xù)開挖無論井內(nèi)還是井壁外都會(huì)成為承壓水的貫通通道。同時(shí)，一方面為了保護(hù)周邊環(huán)境，不可能放開大規(guī)模降承壓水；另一方面由于 7 層土和 9 層土聯(lián)通，靠坑內(nèi)現(xiàn)有降壓井無法確保水位維持在坑底以下。這些情況下，導(dǎo)致一旦出現(xiàn)承壓水突涌等問題，將給工程帶來巨大的風(fēng)險(xiǎn)，必須采取方案妥善處理。

3.2 結(jié)構(gòu)回筑的風(fēng)險(xiǎn)

由于井管是鑄鐵材料，其穿越底板時(shí)的止水節(jié)點(diǎn)也是必須處理好的關(guān)鍵點(diǎn)。因?yàn)楦鶕?jù)設(shè)計(jì)要求，底板達(dá)到強(qiáng)度后即可恢復(fù)一定的承壓水水位，這對井壁外側(cè)的止水措施帶來更大的壓力。井管結(jié)構(gòu)是否完好，井的內(nèi)部是否也會(huì)在結(jié)構(gòu)回筑過程中成為承壓水通道而威脅工程安全等也都是未知數(shù)。因此，必須采取一種穩(wěn)妥的措施處理好結(jié)構(gòu)回筑過程中存在的風(fēng)險(xiǎn)。

4 不明井管的處置方案

根據(jù)井管的實(shí)際情況及可能造成風(fēng)險(xiǎn)的分析與識(shí)別，經(jīng)過綜合的比較和評(píng)估，最終確定了采取在井管外側(cè)打設(shè)鋼套管的處置方案。采用這個(gè)方案，一方面可以有效規(guī)避開挖過程不明井管內(nèi)外的涌水風(fēng)險(xiǎn)，另一方面也使后續(xù)結(jié)構(gòu)回筑階段的節(jié)點(diǎn)處理以及最終井管的割除更便于處理。鋼套管的打設(shè)也必須選用合適的設(shè)備，避免打設(shè)過程過度擾動(dòng)鋼管周邊土體而引起鋼管側(cè)壁涌水。同時(shí)，在開挖過程中做好鋼套管周邊涌水的應(yīng)急預(yù)案。

4.1 鋼套管的打設(shè)

井管直徑為φ360 mm，預(yù)估井管施工成孔時(shí)孔徑應(yīng)在 600 mm 左右，據(jù)此，鋼套管直徑選擇1000 mm，深度確定 42 m 深，以確保能夠完全覆蓋。

施工時(shí)，選用了一套 ICE50RF 免共振振動(dòng)錘設(shè)備進(jìn)行鋼套管下沉。ICE50RF 較傳統(tǒng)的樁錘施工相比，它是通過激振力產(chǎn)生高速震動(dòng)，使土壤液化，不產(chǎn)生隆土情況下，克服摩擦力實(shí)現(xiàn)樁身下沉。避開了土體的共振頻率，與周邊土層沒有共振，有效避免了對周邊土地地基的損壞，而且還大大縮短了打樁時(shí)間，提高了鋼套管施工的質(zhì)量和效率。

施工前，測量人員通過架設(shè)在樁機(jī)的正面、側(cè)面 20 m 以外 2 臺(tái)互成 90° 夾角的經(jīng)緯儀指揮樁機(jī)調(diào)整導(dǎo)桿垂直度，使樁錘、樁帽和樁身處于同一條垂直軸線，從而保證樁身的垂直度要求。

此過程中，嚴(yán)格控制第一節(jié)樁的沉樁質(zhì)量，認(rèn)真觀測沉樁時(shí)的樁身變化情況，發(fā)現(xiàn)有偏移或傾斜時(shí)，立即分析原因，并采取措施予以糾正；保證第一節(jié)垂直度不得超過 0.3%，其余節(jié)垂直度不得超過 0.5%。當(dāng)樁身位移較大或有明顯走動(dòng)時(shí)必須拔出且必須重新測設(shè)樣樁，重新插樁。鋼管樁為 6 m 長一節(jié)，采用 CO2氣體保護(hù)焊的焊接方式進(jìn)行連接，焊接完成后，采用超聲波無損探傷方法進(jìn)行焊縫檢測。

實(shí)際鋼管樁施工深度達(dá)到了 42 m。整個(gè)施工時(shí)間 4 h，鋼套管垂直度良好，完全達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)?；永^續(xù)開挖過程中，對鋼套管周邊進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)側(cè)邊滲水情況，基坑開挖順利完成。

4.2 結(jié)構(gòu)回筑鋼套管的處理

（1）結(jié)構(gòu)底板施工時(shí)，在鋼套管壁外焊止水鋼板。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。待結(jié)構(gòu)全部回筑完成后，關(guān)閉降壓井，觀察鋼套管外壁與結(jié)構(gòu)間縫隙未見滲水。

（2）結(jié)構(gòu)回筑完成后，確認(rèn)底板與鋼套管之間已經(jīng)有效止水后，就需要對不明井管及其與鋼套管之間進(jìn)行注漿填充。具體方案為對不明井管內(nèi)部采用注漿封井，對不明井管及鋼套管間夾層土進(jìn)行高壓旋噴樁加固。

不明井管采用注漿封井的注漿管應(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)填入瓜子片，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，以保證注漿效果。

不明井管與鋼套管夾層間等距布設(shè) 4 根高壓旋噴樁，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?26.8～42.0 m 范圍；采用 42.5 級(jí)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%，水灰比 1.0，提速應(yīng)不大于 10 cm/min，單樁水泥用量不小于 200 kg/m，樁身垂直度誤差不大于 1/100，強(qiáng)度應(yīng)大于等于 1.2 MPa。

（3）高壓旋噴樁達(dá)到強(qiáng)度后，抽出關(guān)內(nèi)的余水，靜止 48 h，觀察是否有水滲出。確認(rèn)封堵有效后，就要進(jìn)行套管和井管的割除。

首先用手槍鉆在底板上部鋼套管和不明井管上打觀測孔，并觀察是否有水流出。在確認(rèn)封堵有效后，切除底板頂面上方井管，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 C32@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兩道止水鋼板與加強(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，完成后澆注細(xì)石混凝土至底板頂面齊平。

5 結(jié)語

（1）涉及承壓水的深基坑工程，開挖過程中如果遇到不明井管等障礙物，或是坑內(nèi)工程樁、降壓井及其他部位等出現(xiàn)涌水涌砂情況時(shí)，必須引起高度重視，否則將給基坑工程帶來嚴(yán)重的后果。工程實(shí)踐證明，打設(shè)鋼套管的方法是應(yīng)對上述情況的行之有效的方法之一。

（2）鋼套管法一方面可以有效解決基坑開挖過程中不明井管等周邊可能出現(xiàn)的涌水涌砂等風(fēng)險(xiǎn)情況，一方面在結(jié)構(gòu)回筑時(shí)有利于防水節(jié)點(diǎn)的處理，以及不明井管的最終處理。鋼套管的直徑和深度必須根據(jù)工程實(shí)際情況進(jìn)行綜合確定。

（3）基坑繼續(xù)開挖過程中，對鋼套管周邊進(jìn)行了跟蹤監(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)側(cè)邊滲水情況。這說明采用 ICE 50RF 免共振振動(dòng)錘設(shè)備打設(shè)鋼套管能夠很好避免傳統(tǒng)設(shè)備施工可能對管周邊土體的影響，確保了開挖過程中安全，而且施工效率高，環(huán)境影響小，尤其在應(yīng)急情況下應(yīng)該得到更為廣泛的應(yīng)用。

（4）涉及承壓水風(fēng)險(xiǎn)較大的基坑工程，在降壓設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮到各種可能的情況，降壓能力必須留有足夠的余量，以備不時(shí)之需。鋼套管法也可作為補(bǔ)打降壓井的輔助方法得到廣泛應(yīng)用。

（5）涉及基坑外需要打設(shè)降壓井或回灌井的過程，在工程完工后，必須做好基坑外側(cè)井管的封堵工作，并留有完成的工程資料，避免這些坑外井管成為后續(xù)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，為后續(xù)工程帶來不必要的隱患。