富水易液化砂層地鐵基坑開(kāi)挖涌水涌砂防治探討

鄭曉飛 中交隧道工程局有限公司南京中心

社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平不斷提高的背景下，越來(lái)越多城市修建了地鐵，但在地鐵車站基坑開(kāi)挖施工中時(shí)常發(fā)生涌水、涌砂險(xiǎn)情，對(duì)周邊環(huán)境及人員的生命安全造成了一定的威脅[1]。特別是某些富水易液化砂層的地區(qū)會(huì)頻繁發(fā)生基坑涌水、涌砂事故，嚴(yán)重時(shí)還可能破壞基坑安全?；诖?，針對(duì)富水易液化砂層地鐵基坑開(kāi)挖施工制定涌水涌砂防治措施，已成為順應(yīng)新時(shí)代城市發(fā)展的必然選擇。

1 工程概況

沙崗站位于魁奇西路與霧崗路交叉口處，沿魁奇西路設(shè)置，靠近魁奇西路南側(cè)，呈東南至西北走向，北向?yàn)榫幼∮玫丶吧虡I(yè)金融業(yè)用地。車站主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段深約17.8 m，寬19.2 ～23.6 m，主體段為明挖雙層雙跨鋼筋混凝土箱型框架結(jié)構(gòu)，車站配線段為明挖單層雙跨折形頂板鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)[2]。本車站的主體支護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻及鉆孔灌注樁，地下連續(xù)墻厚度為800 mm，樁直徑為1 000 mm，間距為1 150 mm，樁間采用網(wǎng)噴鋼筋混凝土作為樁間擋土措施。車站長(zhǎng)度較長(zhǎng)，地層情況變化較大，沙崗站的原始地貌為臺(tái)地地貌，地表已被填挖成魁奇西路，地勢(shì)較平坦，地面高程一般為5.13 ～7.09 m，上覆素填土、雜填土、淤泥、淤泥質(zhì)土、淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、淤泥質(zhì)中粗砂、粉質(zhì)黏土、粉土、粉細(xì)砂以及中粗砂，下伏基巖主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖以及砂巖。

2 支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)涌水、涌砂的原因及防治技術(shù)

2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)涌水、涌砂的原因

涌水、涌砂絕大部分出現(xiàn)在支護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻的接頭處，少量發(fā)生在地下連續(xù)墻非接頭處，還有少量發(fā)生在基底處。該工程項(xiàng)目的砂層較厚，地連墻施工時(shí)如果接縫處理不好，那么極易出現(xiàn)夾泥、夾渣。當(dāng)開(kāi)挖基坑時(shí)，由于成槽環(huán)節(jié)刷壁不到位，導(dǎo)致殘留型鋼內(nèi)部仍然存有泥漿、繞流混凝土、接頭回填沙袋，使得接縫位置形成一個(gè)過(guò)水通道，并伴隨著涌水、涌砂的情況[3]。

在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，地連墻鋼筋籠并未真正進(jìn)入H 型鋼內(nèi)，使得接縫處存在開(kāi)叉和夾泥的情況。這種接縫缺陷引發(fā)的后果最嚴(yán)重，很可能使得相鄰兩幅地連墻出現(xiàn)錯(cuò)位、受力不同步的情況，并在基坑變形的影響下發(fā)生安全事故。坑外的泥沙將會(huì)在接縫開(kāi)叉處涌進(jìn)坑內(nèi)，并在短時(shí)間內(nèi)快速擴(kuò)散險(xiǎn)情，無(wú)形中增加搶險(xiǎn)的難度。

混凝土澆筑過(guò)程中，地連墻易出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，并且水下混凝土在澆筑過(guò)程中很可能受到槽壁失穩(wěn)、導(dǎo)管堵塞以及導(dǎo)管拔出等外在因素的影響，從而使得地連墻墻身處存在局部夾泥。而墻身質(zhì)量缺陷又無(wú)法滿足設(shè)計(jì)剛度要求，使得基坑開(kāi)挖中存在嚴(yán)重的變形問(wèn)題，并且地墻接縫與墻身位置處也伴隨著一定的涌水、涌沙現(xiàn)象[4]。

2.2 具體的防治技術(shù)

地鐵車站的開(kāi)挖深度一般為17.8 m，而砂層主要位于2 ～13 m 的位置，粉細(xì)砂層較厚。在基坑外，水土壓力、承壓水的共同作用會(huì)導(dǎo)致泥沙從較為薄弱的接縫位置處涌出。車站基坑與既有主干道路之間還有6.5 ～8 m 的距離，市政管線周邊遍布著復(fù)雜的管道，一旦發(fā)生嚴(yán)重的險(xiǎn)情就會(huì)中斷交通，將會(huì)導(dǎo)致管線破裂，且對(duì)周邊環(huán)境造成惡劣的影響?；诖?，為避免基坑開(kāi)挖施工中發(fā)生嚴(yán)重的安全事故，在正式施工前應(yīng)采取以下幾點(diǎn)技術(shù)措施。

第一，地連墻施工時(shí)要嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，嚴(yán)格控制泥漿的質(zhì)量、接頭清理的質(zhì)量以及混凝土的質(zhì)量，并做好施工記錄，開(kāi)挖前針對(duì)有問(wèn)題的地方作補(bǔ)強(qiáng)處理。

第二，地鐵站北側(cè)機(jī)動(dòng)車道與基坑之間的距離較小，在前期管線改遷工作中很可能對(duì)周邊土體造成不同程度的破壞，充分考慮地連墻施工、降水等外在因素后再規(guī)避空洞、脫空等問(wèn)題，依托于地質(zhì)雷達(dá)著重檢測(cè)路面下方是否存在脫空問(wèn)題或不密實(shí)部位，從而采取旋噴注漿加固措施。

第三，分析基坑地連墻接縫、墻身位置處的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題時(shí)，可以參考地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)報(bào)告和地墻施工記錄，并在地連墻接縫薄弱避位處實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)加固處理，接著在基坑外側(cè)添設(shè)三重管高壓旋噴樁，同時(shí)封堵地連墻接縫處，以免基坑開(kāi)挖施工中發(fā)生險(xiǎn)情，最大限度地降低變形預(yù)警的發(fā)生概率[5]。針對(duì)墻身缺陷位置采取補(bǔ)強(qiáng)措施時(shí)，還需要以整幅墻為主體，將補(bǔ)強(qiáng)范圍擴(kuò)大為地墻幅寬的兩倍，使得相鄰地墻之間得以有效搭接。若接縫缺陷過(guò)于嚴(yán)重，則可以利用兩排旋噴樁進(jìn)行咬合加固。

第四，可以利用背貼鋼板加固地連墻接縫位置，進(jìn)而有效控制開(kāi)挖施工與結(jié)構(gòu)回筑時(shí)間，從根本上避免出現(xiàn)嚴(yán)重的變形、涌水以及涌砂問(wèn)題。

第五，在基坑開(kāi)挖中配套WSS 后退式雙液注漿鉆注一體機(jī)，同時(shí)指派專門的工作人員全過(guò)程監(jiān)督基坑開(kāi)挖作業(yè)。一旦發(fā)現(xiàn)基坑開(kāi)挖施工中存在滲漏風(fēng)險(xiǎn)，就需要立即在該位置注入雙液漿，進(jìn)而完成整個(gè)補(bǔ)強(qiáng)工作。

3 富水易液化砂層地鐵基坑開(kāi)挖涌水涌砂防治措施

3.1 地下連續(xù)墻施工階段的控制措施

地連墻的終孔深度必須滿足設(shè)計(jì)要求，如果終孔的地層地質(zhì)與地勘報(bào)告不符，則要及時(shí)進(jìn)行變更，確保地連墻進(jìn)入相對(duì)不透水層。地連墻接頭處宜采用強(qiáng)制式刷壁機(jī)進(jìn)行刷壁，利用鋼絲繩吊重錘作為導(dǎo)向使刷壁器在刷壁過(guò)程中能緊貼接頭處，確保刷壁效果。此外，刷壁機(jī)的刷頭需根據(jù)接頭形式進(jìn)行調(diào)整，使刷壁機(jī)貼緊接頭，反復(fù)幾次，直到刷壁機(jī)上沒(méi)有附著物。

地連墻施工過(guò)程中要嚴(yán)格控制成槽的垂直度和泥漿指標(biāo)，每幅槽都要通過(guò)超聲波檢測(cè)垂直度后才能進(jìn)行下一道施工。鋼筋籠安裝完成后，要求盡快澆注支護(hù)結(jié)構(gòu)混凝土，在鋼筋籠下放完成后的4 h 內(nèi)澆筑完混凝土。澆筑前要再次檢查孔深、泥漿指標(biāo)以及沉渣厚度，確保滿足相關(guān)規(guī)范要求后才能澆筑混凝土?；炷翍?yīng)連續(xù)澆筑，中間間隔時(shí)間不得超過(guò)混凝土的初凝時(shí)間。坍落度要滿足設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)管埋深控制在2～6 m，提升時(shí)要緩慢，不可猛拔。此外，施工期間做好記錄，對(duì)異常情況進(jìn)行重點(diǎn)記錄與分析，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

3.2 基坑開(kāi)挖過(guò)程中的技術(shù)措施

支護(hù)結(jié)構(gòu)施工完成后，應(yīng)先設(shè)計(jì)降水井，對(duì)基坑進(jìn)行降水，待降水深度滿足要求后才能進(jìn)行基坑開(kāi)挖作業(yè)?；娱_(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格遵循分層、分段、對(duì)稱、均衡以及適時(shí)的開(kāi)挖原則，并做好基坑內(nèi)排水工作。支護(hù)應(yīng)緊跟開(kāi)挖進(jìn)度，嚴(yán)禁開(kāi)挖面出現(xiàn)裸露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的情況。土方開(kāi)挖應(yīng)先開(kāi)挖基坑兩側(cè)的接頭位置，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)采取措施進(jìn)行處理，解決問(wèn)題后才能繼續(xù)進(jìn)行開(kāi)挖。

基坑開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)隨時(shí)觀察基坑側(cè)壁是否存在滲漏水情況，一旦發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)滲漏水或基底水量增大的情況，應(yīng)立即采取措施進(jìn)行處理。對(duì)于無(wú)壓、水流較小的滲漏點(diǎn)，應(yīng)埋設(shè)塑料軟管引流，周圍用快速水泥進(jìn)行封堵，待水泥凝固達(dá)到一定強(qiáng)度后將軟管折彎截?cái)嗨?，達(dá)到封堵滲漏點(diǎn)的目的。當(dāng)滲漏水較大且伴有泥沙時(shí)，應(yīng)立即停止開(kāi)挖，對(duì)滲漏點(diǎn)回填沙袋或?qū)ν练竭M(jìn)行反壓，壓住流砂后采用快凝壓力注漿或灌注快凝砼堵住涌口。過(guò)程中采取抽水措施降低坑內(nèi)水位，提高降水井的降水能力，降低基坑周圍地下水位。制止住基坑涌水、涌砂后，對(duì)基坑周圍地層加強(qiáng)注漿，固化基坑外圍地層。

此外，基坑開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作，做到信息化施工，每天檢查基坑內(nèi)外的抽水情況，加強(qiáng)水位監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格控制基坑內(nèi)外的水位差。同時(shí)，對(duì)于完成的支護(hù)面，應(yīng)隨時(shí)觀察是否出現(xiàn)裂紋與變形等現(xiàn)象，正確指導(dǎo)施工。

3.3 應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)、高密度面波綜合檢測(cè)技術(shù)

該工程項(xiàng)目施工中必須考慮車站構(gòu)筑特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)條件，同時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)數(shù)據(jù)及相關(guān)參數(shù)，嚴(yán)格按照施工要求與規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)、高密度面波綜合檢測(cè)技術(shù)，以此保證車站周邊道路檢測(cè)結(jié)果的規(guī)范性和準(zhǔn)確性。在應(yīng)用踏勘、測(cè)量等方法探測(cè)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，還需要進(jìn)一步確定待檢測(cè)區(qū)域的測(cè)量范圍，充分利用地質(zhì)雷達(dá)、高密度面波檢測(cè)技術(shù)完成無(wú)損檢測(cè)工作，逐一排查該區(qū)域是否存在疏松與脫空等隱患。

3.4 結(jié)合工程概況不斷調(diào)整相關(guān)參數(shù)及施工工藝

對(duì)于地連墻接縫位置涉及的評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，可以選用直徑為800 mm、間距為500 mm 的高壓旋噴樁實(shí)行加固處理，進(jìn)而避免基坑外泥沙從地連墻接縫缺陷位置涌到基坑內(nèi)。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中還可以對(duì)高壓旋噴樁采用三重管法，確保水泥摻量達(dá)到20%，同時(shí)結(jié)合工程概況不斷調(diào)整相關(guān)參數(shù)及施工工藝。在試驗(yàn)中摻加P42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥時(shí)，還需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況確定水泥最終摻量和外加劑的比例，并將水灰比控制為0.8 ～1.2，而高壓水泥漿壓力也需要高于20 MPa，且流量不低于30 L/min、氣流壓力不低于0.7 MPa。

3.5 制定地連墻接縫的鋼板封堵方案

若想保證基坑開(kāi)挖施工的安全性，最大限度地避免基坑發(fā)生涌水、涌砂事故，則必須從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度出發(fā)制定地連墻接縫的鋼板封堵方案，有效預(yù)防基坑滲漏、涌水、涌砂風(fēng)險(xiǎn)。采用封堵鋼板施工工藝時(shí)，需要利用電動(dòng)工具鑿平接縫位置處的地連墻混凝土，借助鋼筋頭自制工具清理接縫處表面的泥沙，同時(shí)利用快干水泥抹平接縫位置。為保證鋼板位置與接縫位置之間的固定性，可以在扶住鋼板后利用手鉆鉆孔將膨脹螺栓固定到封堵鋼板上。最后，在鋼板固定、封堵過(guò)程中，必須注意鋼板是否進(jìn)入主體側(cè)墻結(jié)構(gòu)限界。借助膨脹螺栓固定鋼板后，還可以利用水不漏密封鋼板四周。當(dāng)首塊鋼板固定、封堵后，需要從上、下兩個(gè)方向繼續(xù)固定鋼板，但應(yīng)將鋼板與鋼板之間的空隙控制在1 cm 內(nèi)，同時(shí)利用鋼筋完成焊接拉結(jié)作業(yè)，進(jìn)而有效提高封堵鋼板的平穩(wěn)性。

4 施工現(xiàn)場(chǎng)施工中的施工質(zhì)量控制

木材模板的傳熱系數(shù)和熱損耗低容易造成溫度裂縫，而鋼模板具有較高的熱傳導(dǎo)性，能夠迅速將混凝土的內(nèi)熱散發(fā)出去，減少內(nèi)外溫差，從而減少混凝土的溫度裂縫。鋼模板可以通過(guò)對(duì)拉螺桿進(jìn)行加固，很好地滿足車站基坑工程的防水要求，而且具有較高的標(biāo)準(zhǔn)化、較穩(wěn)定的尺寸參數(shù)以及較低的摩擦系數(shù)，因此安裝時(shí)的效率更高，使用方便。

4.1 主體結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量控制

在結(jié)構(gòu)底板和側(cè)墻施工前，通常很難解決支護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏問(wèn)題，并且施工進(jìn)度控制也未得到應(yīng)有的重視。由此導(dǎo)致混凝土不能持續(xù)供給，混凝土澆筑旁站流于形式，只能通過(guò)人工操作的方式完成相關(guān)工作，無(wú)法真正落實(shí)分層分段澆筑施工，最終造成地下水位回升、結(jié)構(gòu)滲漏等問(wèn)題，無(wú)法達(dá)到一級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn)。

在混凝土施工中，未及時(shí)進(jìn)行抹刀收面和覆蓋也同樣會(huì)造成結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)質(zhì)量下降的問(wèn)題，混凝土養(yǎng)護(hù)制度落實(shí)不到位，致使混凝土澆筑后14 d 內(nèi)無(wú)法保持濕潤(rùn)狀態(tài)。為了保證混凝土供應(yīng)的及時(shí)性，應(yīng)盡可能地選擇兩條生產(chǎn)線以上的供應(yīng)商，若混凝土澆注量大，則泵車的臺(tái)數(shù)不能少于兩輛。在現(xiàn)場(chǎng)切實(shí)做到分層分段供應(yīng)，杜絕混凝土澆筑出現(xiàn)冷縫，板類結(jié)構(gòu)應(yīng)及時(shí)壓漿收面覆蓋，側(cè)墻、柱子混凝土拆模后應(yīng)用薄膜覆蓋，并配備超聲波養(yǎng)護(hù)設(shè)備，以此充分發(fā)揮防水混凝土結(jié)構(gòu)的防水作用。

根據(jù)施工需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)澆筑施工，大體可分為全面分層、斜面分層以及分段分層3 類。分段階梯澆注方法是目前最常用的大體積混凝土板施工方法，關(guān)鍵在于澆注從一頭進(jìn)行，澆注到5 ～8 m后再進(jìn)行下一次澆注，每次澆注的厚度不超過(guò)30 cm，并應(yīng)在施工結(jié)束后噴灑水分，至少兩個(gè)星期。側(cè)墻和端墻采用分層施工技術(shù)，以斜向施工的方式將兩層間的施工間隔控制在2 h 以內(nèi)，施工過(guò)程中的澆注速度需控制在200 cm/h，澆注厚度按0.5 m 計(jì)算。此外，為了使?jié)沧⑿Ч罴?，還需要按照75 cm 的間隔分層振搗。

4.2 鋼筋混凝土保護(hù)層厚度控制

保護(hù)鋼筋可以有效地提高鋼筋的耐久性和承載力，對(duì)鋼筋砼結(jié)構(gòu)的保護(hù)厚度進(jìn)行有效控制同樣具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，而作為地下工程的地鐵車站，其防護(hù)厚度的控制尤為重要。傳統(tǒng)防滲加固技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足地鐵工程施工的質(zhì)量要求，給工程施工帶來(lái)了一定的困難。這種襯墊在生產(chǎn)時(shí)很可能未達(dá)到生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，從而產(chǎn)生很大的偏差，并因安裝問(wèn)題引起松動(dòng)，尤其體現(xiàn)在封模和振搗方面。這些都將對(duì)鋼筋砼保護(hù)層施工造成很大影響，甚至埋下嚴(yán)重的安全隱患，導(dǎo)致工程的機(jī)械性能和耐用性下降。采用鋼筋保護(hù)層的塑膠墊片非常方便。為了節(jié)省時(shí)間和效率，橡膠墊片和鋼筋之間不應(yīng)簡(jiǎn)單的捆綁，而是需要直接固定在鋼筋上，在保護(hù)土壤時(shí)發(fā)揮其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)需要調(diào)整保護(hù)層的厚度，解決傳統(tǒng)保護(hù)層帶來(lái)的弊端。

此外，由于鋼筋混凝土保護(hù)層具有原料豐富、工藝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，因此形成了較為成熟的工業(yè)生態(tài)體系，極大降低了使用成本。

5 結(jié)語(yǔ)

富水砂層地層地下連續(xù)墻施工具有流程復(fù)雜、不可預(yù)見(jiàn)因素多以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)較高等特點(diǎn)，在實(shí)際施工過(guò)程中必須實(shí)時(shí)采集并處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息，以此保證整個(gè)施工過(guò)程有據(jù)可循、可追溯。這就需要施工方做好日常監(jiān)督與管理工作，詳細(xì)記錄施工過(guò)程中涉及的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)分別標(biāo)施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，并將其標(biāo)注在地連墻CAD 圖紙中的對(duì)應(yīng)位置，深入研究與分析各個(gè)問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度考慮其在后續(xù)開(kāi)挖施工中可能造成的影響，并采用單一或多種措施相結(jié)合的方式做好預(yù)處理工作。