受多層地下水影響的深基坑病害的解決方案探討

劉選朋 秦國棟 馬世敏 蘇鐵志 郭永勝 閆淇銘

（1.航天規(guī)劃設(shè)計集團有限公司，北京 100162；2.北京航天地基工程有限責(zé)任公司，北京 100071；3.綠城房地產(chǎn)集團有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

近年來北京地區(qū)受生態(tài)補水的影響，地下水位普遍抬升。昌平地區(qū)2022 年5 月份平均地下水位埋深22.89 m，較2021 年同期上漲了4.99 m，其中東小口地區(qū)平均地下水位埋深11.22 m，屬于昌平轄區(qū)地下水位最高的區(qū)域。地下水的上升給基坑支護工程的安全帶來了較大的威脅，基坑工程“水患”事故多發(fā)，絕大多數(shù)事故都與土中水有關(guān)[1]。實際工程中，止水帷幕漏水、失效的情況常有發(fā)生，導(dǎo)致基坑工程事故[2-4]。隨著社會的不斷進步與發(fā)展，城市中可供建設(shè)的空間越來越少，建筑場地周邊環(huán)境也日趨復(fù)雜，復(fù)雜條件下的深基坑支護工程，尤其受多層地下水影響下的深基坑工程，設(shè)計與施工技術(shù)難度更大[5-9]。

昌平區(qū)東小口某深基坑工程周邊環(huán)境條件復(fù)雜，并受多層地下水的影響，施工過程中遇到了止水帷幕漏水、樁頂后塌陷、樁間流砂等一系列基坑病害問題，通過原因分析及現(xiàn)場試驗，總結(jié)技術(shù)處理措施，供處理此類問題參考。

1 工程概況

擬建項目包括022 和027 兩個地塊，本工程±0.00 標高為39.60 m，大部分基底標高為25.00～32.80 m（局部坑地位置較深），基坑設(shè)計地面標高按39.00 m 控制，基坑深度為3.8～14.0 m，022 地塊基坑周長約880 m，027 地塊基坑周長約1140 m。

擬建場地現(xiàn)狀地面基本平坦，022 地塊北側(cè)鄰近某小區(qū)住宅樓，距離北側(cè)紅線最近距離約為15 m。距離場地北側(cè)15 m 有一條給水管線，直徑200 mm，埋深約1.6 m；距離東側(cè)約5 m 有一條電纜線，埋深約1.2 m，距離約6 m 有一條給水管線，埋深約1.6 m。兩個地塊中間位置，距022 地塊南側(cè)約6 m 有一條給水管線，直徑為400 mm，埋深約2.5 m。

距離場地東側(cè)約10 m 為已建市政道路，本工程施工時作為場區(qū)的主要通道使用，場地南側(cè)及西側(cè)為規(guī)劃市政道路。

基坑支護平面布置如圖1 所示。

圖1 基坑支護平面布置圖

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察資料，本場區(qū)的地層共分12層，典型地質(zhì)剖面圖如圖2 所示，地層概況如表1 所示。

表1 地層概況表

圖2 典型地質(zhì)剖面圖

2.2 水文地質(zhì)條件

根據(jù)勘察報告，在35 m 深度內(nèi)共揭露5 層地下水，水位情況見表2。

表2 地下水水位

3 基坑支護及地下水控制方案

3.1 基坑支護方案

根據(jù)擬建建筑的設(shè)計條件、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件及場地的周邊環(huán)境條件，基坑采用土釘墻+樁錨支護方案，根據(jù)基坑深度的不同，共設(shè)計了13 個支護剖面，基坑深度小于10 m 的采用土釘墻或復(fù)合土釘墻支護形式，深度10～14 m 的采用樁錨支護形式。典型樁錨支護設(shè)計剖面見圖3，基坑深度13.45 m，護坡樁采用直徑800 mm 鋼筋混凝土灌注樁，樁間距1600 mm，樁長20.78 m，嵌固深度7.33 m；共設(shè)置三排預(yù)應(yīng)力錨索，長度分別為25 m、28 m、25 m，錨索水平間距1.6 m。復(fù)合土釘墻典型支護剖面見圖4，基坑深度10 m，按照1∶0.4 放坡，設(shè)置4 排土釘、2 排預(yù)應(yīng)力錨索，自上而下土釘長度分別為7.8 m、8.8 m、8.8 m、5.8 m，2 排預(yù)應(yīng)力錨索長度均為15 m。

圖3 典型樁錨支護剖面圖（單位：mm）

圖4 典型復(fù)合土釘墻支護剖面圖（單位：mm）

3.2 地下水控制方案

根據(jù)勘察報告，本場地35 m 深度內(nèi)分布5 層地下水，針對場地特殊條件和《北京市建設(shè)工程施工降水管理辦法》，本工程采用“止水帷幕+疏干井+應(yīng)急減壓井”的方式進行地下水控制。

止水帷幕采用三軸深層攪拌樁（見圖3）。止水帷幕樁頂標高為34.0 m（絕對標高），樁長20 m，上部空樁5 m，基坑北側(cè)臨近現(xiàn)有建筑物一側(cè)，采用φ850@600 三軸攪拌樁，其余部位采用φ650@450 三軸深層深攪樁，施工采用套接一孔搭接措施（見圖5）。

圖5 三軸攪拌樁搭接示意圖

坑內(nèi)設(shè)置疏干井，井深16～21 m，井間距約20 m，降水井布置應(yīng)盡量避開獨立柱基和條形基礎(chǔ)，并隨土方開挖逐節(jié)摘除，直至基底作為集水抽水井，后期再進行封閉處理，帷幕外側(cè)設(shè)置減壓降水井，減壓井間距10.0 m，井深18 m。

4 基坑工程病害及解決方案

4.1 止水帷幕漏水原因分析及解決方案

由于地層并非由完全均質(zhì)的顆粒組成，部分砂層中可能存在卵石顆?；驃A雜其它包裹體、透鏡體，帷幕樁與這些較硬的包裹體之間會形成微縫隙；施工時操作人員的水平有別，導(dǎo)致帷幕樁樁體質(zhì)量有好有壞，如樁體的垂直度控制不好，會導(dǎo)致帷幕樁“劈叉”現(xiàn)象；錨桿施工時穿透帷幕墻，錨桿注漿體漿液無法保證完全與帷幕樁體閉合，即使完全閉合，錨索張拉桿體受力時，也可能形成帷幕墻體與錨桿漿體間的裂縫。受以上不確定性因素的影響，基坑開挖后止水帷幕漏水問題較為常見。漏水問題處理不及時，直接影響基坑的正常、安全使用。

基坑帷幕漏水一般使用疏排和封堵兩種方案處理。

（1）疏排方案

對于基坑周邊無重要建（構(gòu)）筑物、管線、道路等，可考慮采用疏排的方式，根據(jù)滲漏流量大小的不同，可分別采用坑外降壓疏導(dǎo)和漏點泄水孔疏排的方式處理。當(dāng)滲漏流量較小表現(xiàn)為滲水、滴水、小綹滲流時，可進行樁間疏導(dǎo)，泄水孔可采用PVC 或鋼管材料，直徑不宜小于5 cm，孔頭插入漏點內(nèi)不宜小于30 cm，管壁上按照間距5～8 cm 制作小孔后纏繞100 目密目網(wǎng)進行包裹處理，插入漏點后管壁與帷幕樁縫隙采用堵漏靈材料封堵，如圖6 所示。當(dāng)滲漏量較大時，可采用坑外減壓井抽水降壓的方式處理滲漏問題，抽水減壓時應(yīng)做好地下水位監(jiān)測和地面沉降監(jiān)測，一旦出現(xiàn)地面沉降，及時采取相應(yīng)處理措施，可以采用回灌地下水或灌注化學(xué)漿液封堵的措施處理滲漏問題。

圖6 漏點泄水孔疏排大樣圖

（2）封堵方案

對于基坑周邊存在重要建（構(gòu)）筑物，以及對變形較為敏感的道路、管線等，或由于政策規(guī)定不允許采用抽降地下水，可采用封堵的方式解決帷幕漏水問題。封堵方案可根據(jù)滲漏量的大小，采用內(nèi)封、外封，或兩者相結(jié)合的方式。當(dāng)滲流量較小，可采用化學(xué)封堵材料配合水泥干料，涂抹于滲漏處封堵。當(dāng)滲流量較大且采用簡易封堵方法封堵不成功時，可采用內(nèi)、外灌漿的方式處理，采用的灌漿材料有水泥漿液、雙液（水玻璃+水泥漿）以及為了配合及時止水效果在雙液中添加一定比例的磷酸液。王志德等[10]引進的二重管無收縮雙液WSS 工法，根據(jù)應(yīng)用的地層范圍不同，分為懸濁液型和溶液型漿體兩種，砂卵石地層采用懸濁液（AC 液），止水系數(shù)能達到10-7～10-8cm/s。

本工程022 地塊東側(cè)，錨索采用套管鉆機施工時穿透帷幕樁，錨索注漿時出現(xiàn)漿液全被帶出的情況，注漿用量消耗了理論注漿量的5倍，仍無法形成有效的錨固體，清理后發(fā)現(xiàn)在錨索與帷幕樁交匯處有明顯的空洞，滲流量較大，該部位存在約2.0 m 的水頭差，灌入的漿液還未凝固就被流水帶出。針對現(xiàn)場情況分析，如果漿液能有效地灌入帷幕樁后地層中不被帶出，才能發(fā)揮出其應(yīng)有的作用，經(jīng)過現(xiàn)場試驗，制作了一種“L 型”注漿單向管（管體設(shè)置單向通過閥），管端頭砸扁，頭部設(shè)置注漿小孔，插入帷幕樁后30 cm。在樁間護壁與帷幕樁中間空洞碼放袋裝水泥進行堵口，護坡樁外側(cè)配合堆土反壓抑制水流，見圖7。前端處理完畢后，進行高壓注漿，漿液材料選擇雙液（水泥∶水玻璃=1∶0.5，水灰質(zhì)量比0.5，水玻璃模數(shù)3.2），注漿壓力2～3 MPa，終漿壓力不小于5 MPa，注漿完畢檢查封堵口是否有繼續(xù)滲漏情況，如有繼續(xù)灌漿，直至封堵點封堵完畢。經(jīng)過以上處理方式，漏點被成功封堵，封堵過程如圖8 所示。

圖7 漏點封堵處理大樣圖

圖8 封堵過程照片

4.2 樁間流砂、樁頂塌陷原因分析及處理方案

地下水從錨索孔或帷幕樁裂縫處流出，尤其在砂層中，會伴隨著細小顆粒一起流出，即“流砂”，如圖9 所示。細小顆粒被持續(xù)帶出后，會造成樁間的坍塌，也會造成該部位以上地層整體下沉，在樁頂后形成空洞，如圖10 所示。冬季施工時，滲漏的水被冰凍后，形成一排排冰掛，威脅基槽內(nèi)作業(yè)的人員的安全。

圖9 樁間流砂照片

圖10 樁頂冠梁后部空洞

（1）樁間流砂病害治理方案

解決樁間流砂、結(jié)冰病害的關(guān)鍵在于止水，只有將漏水點及時封堵或?qū)⒌叵滤行枧藕?，才能根除該病害，但是封堵水是一個循序漸進的過程，流砂如不及時處理，會造成路面大面積塌陷，引發(fā)安全事故。

部分工程采用植筋、支模澆筑混凝土的樁間封堵方案，此方式對于封堵完漏點后無坍塌風(fēng)險的情況，處理效果較為理想，對于應(yīng)急處理流砂時不太適用。針對本工程出現(xiàn)的流砂情況，首先用草簾子或棉麻材料迅速塞填流砂處，并垂直打設(shè)短鋼筋固定，直至流出清水后，在清水流出處設(shè)置導(dǎo)水孔，進行疏排水。接著在護坡樁側(cè)鉆眼設(shè)置加密橫向壓筋，橫向壓筋采用直徑不小于16 mm 螺紋鋼筋，豎向間距20～30 cm，壓筋連接處必須采用焊接，單面搭接焊搭接長度不小于10d（d為采用橫向壓筋的鋼筋直徑），雙面搭接焊搭接長度不小于5d，壓筋焊接封閉前，在樁間植入竹膠板（可采用澆筑冠梁用的廢舊模板較為經(jīng)濟），隨后焊接壓筋，及時噴射混凝土封閉樁間。處理過程如圖11 所示。

圖11 樁間流砂治理照片

（2）樁后坑頂?shù)孛嫠葜卫矸桨?/p>

樁間流砂處理不及時，可能會引起流砂處以上地層整體下沉，在樁頂后部形成空洞病害，本工程027 地塊西側(cè)形成的最大空洞高度約2.0 m，橫向延伸約5 m，縱向延伸約1.5 m，體積約15 m3，空洞形成后，在樁頂冠梁后會開出“天窗”，如圖12 所示。對于空洞的封堵材料，常用的有碎石、干拌料、混凝土以及陶粒料等。根據(jù)現(xiàn)場試驗，當(dāng)采用碎石、干拌料時，材料流動性較差，空洞封堵收口時容易形成三角錐，邊角部位也不易填實，采用混凝土流動性雖較好，能有效封堵邊角，但混凝土密度較大，對樁間護壁沖擊較大，對于較大空洞以及樁間采用鋼板網(wǎng)支護形式，混凝土易沖破樁間護壁流出，不建議使用該方法。通過現(xiàn)場試驗對比，選用陶粒顆粒填充后進行注漿加固效果最為理想，陶粒顆粒密度小，填進空洞后易于流動填充角落，對樁間護壁的側(cè)壓力最小，填充完畢后，采用常壓灌注水泥漿填縫加固，能有效解決封堵空洞問題。處理后效果如圖13 所示。

圖12 樁頂冠梁后“天窗”

圖13 冠梁后空洞處理圖片

4.3 其他技術(shù)問題

（1）基底過渡區(qū)域坡面控制。因坑中坑高低跨部位均有結(jié)構(gòu)做法，對剖面坡度及尺寸要求嚴格，而噴錨支護作業(yè)精度低，經(jīng)常出現(xiàn)噴錨完畢后，放線做結(jié)構(gòu)時坡度不夠破除噴錨面的情形，該部分建議由總包單位放線找坡砌筑磚胎膜進行護坡。

（2）關(guān)于疏干井位置。一般會將一些疏干井移至肥槽內(nèi)，但經(jīng)過挖土后，能留的下來的疏干井寥寥無幾，如果有空間，建議將一些疏干井設(shè)置坡頂護坡樁與帷幕樁中間，疏干井在挖土過程能被完全保留下來，對于疏干基槽內(nèi)地下水起到至關(guān)重要的作用。

（3）肥槽設(shè)置寬度。一般考慮用地紅線以及現(xiàn)場平面布置問題，基坑肥槽寬度設(shè)置在0.8～1.0 m 居多，實踐證明，對于涉水基坑，尤其在基槽底部需要打樁時，由于護坡樁有偏位情況，加上錨桿腰梁突出的尺寸，基槽內(nèi)施工靠邊基礎(chǔ)樁或抗拔樁時空間不夠，肥槽內(nèi)補打疏干井時靠邊困難，且后續(xù)結(jié)構(gòu)施工將面臨雙排腳手架無法搭設(shè)，肥槽內(nèi)疏干井無法保留等棘手問題。如果空間允許，建議涉水基坑肥槽留置1.3～1.5 m。

5 基坑監(jiān)測

由于受止水帷幕漏水影響，022 地塊東側(cè)道路出現(xiàn)了最大沉降量為32 mm 的沉降裂縫，超過了預(yù)警值，如圖14 所示。監(jiān)測結(jié)果顯示坡頂水平位移均在預(yù)警值以內(nèi)，分析認為坡頂裂縫主要是受漏水后地面沉降所致，采用堆土反壓+“L 型”單向注漿管灌漿封堵后，持續(xù)觀測了14 d，沉降趨勢穩(wěn)定，后續(xù)基坑監(jiān)測位移值均未出現(xiàn)預(yù)警情況。典型道路沉降變形觀測點位移曲線如圖15 所示。

圖15 典型坡頂?shù)缆烦两登€

6 結(jié)論

（1）復(fù)雜環(huán)境條件下的深基坑支護工程，尤其地下水條件較為復(fù)雜時，設(shè)計應(yīng)重點考慮地下水控制方案，設(shè)置合理的施工肥槽，在空間允許的情況下，對于受地下水影響的基坑，肥槽宜設(shè)置為1.3～1.5 m，疏干井設(shè)置在帷幕樁與護坡樁之間，能更好地保留下來，便于后續(xù)基槽內(nèi)疏干排水施工。

（2）根據(jù)周邊環(huán)境條件，選擇合理的疏排或封堵的方案，是解決“漏水”基坑工程邊坡安全的關(guān)鍵，坡頂無重要建（構(gòu)）筑物、管線時，可以采用泄水孔或減壓井疏排，對于滲流量較大，采用常規(guī)手段無法有效封堵時，采用堆土反壓+“L 型”單向注漿管工藝灌漿的方式，可以有效解決此類病害問題。

（3）深基坑施工時應(yīng)做好安全巡視及基坑監(jiān)測工作，做到信息化施工。對于存在的基坑病害問題，如樁頂?shù)孛嫠?、樁間流砂、坡頂裂縫等，采取合理的措施消除隱患。根據(jù)實踐，樁頂冠梁后塌孔采用“陶粒+常壓灌漿”封堵空洞效果比較理想，樁間流砂采用鋼筋網(wǎng)+竹膠板模板封堵方案較為經(jīng)濟適用。