防水堵漏工法.doc

软土地区基坑开挖中的防渗堵漏技术
1 前言
近年来，城市地铁建设不断发展，尤其是沿海城市地铁建设发展速度迅猛。地铁施工中，地下结构受到水文地质环境的影响较大，如果地下水位较高、地质情况较复杂，则施工很容易受到围护结构渗水的影响。因此，地下围护结构的防渗堵漏是整个地铁施工的一项重要环节，决定着施工的安全和质量，必须重视防渗堵漏这一环节，才能保证施工生产的顺利开展。根据我企业在天津地铁2号线XX站施工过程中的施工经验和实际效果，总结形成了基坑施工防渗堵漏工法，能够指导基坑施工中对于围护结构防渗堵漏方面的问题解决。
2 工法特点
2.1 采用预加固和应急堵漏措施，防治结合的施工工艺；
2.2 高效率、高质量的处理防渗堵漏问题；
2.3适用范围广，技术含量高，工艺新颖；
2.4有效地控制了施工安全，保证了施工质量。
3 适用范围
本工法广泛适用于软土地区地下水位较高、地质较复杂情况下的地下车站及其它地下结构施工。
4 工艺原理
本工法主要工序为预加固施工和漏水注浆加固施工两步。预加固施工主要为旋喷桩加固、袖阀管注浆、袖阀管预埋及开挖中的加固措施，通过对可能发生渗水漏水的危险点进行提前预防，最大程度地防止渗漏事故的发生。漏水注浆加固施工主要为对于渗漏发生后采取的水平注浆及填充注浆措施，利用填充浆液起到堵漏效果，及时有效的控制渗漏发展，减小了由于渗水对与周围环境的影响。
工法中防渗堵漏施工主要利用水泥、水玻璃及速凝型堵漏粉等材料，通过对这些材料的试验研究和实际应用，掌握并充分、合理的利用材料的性能，运用到施工中，能够高效、高质的处理渗漏问题。
5工艺流程及操作要点
5.1 工艺流程
施工旋喷桩
袖阀管注浆
注氰凝防渗
封钢板防漏
漏水后堵漏
引孔
旋喷注浆
引孔
下袖阀管
下注浆芯管
注浆
初步处理
引孔
插入止水针头
注氰凝
清理
基面处理
放引流管
压填
注浆
清理
封钢板
填充孔隙

5.2 预加固施工
5.2.1 加固原理
1基坑开挖前，对接缝进行加固处理，首先在每个接缝处施工3颗ф800@500双重管高压旋喷桩，桩长30m。
2 然后再在接缝位置进行注双液浆处理，增加接缝止水效果。
3 最后在接缝位置重新引孔，预埋一根袖阀管作为应急注浆管。

5.2.2 旋喷桩施工
1 浆液参数
本工程要求浆液具有良好的可喷性、足够的稳定性、耐久性、气泡少、结石率高的特点，结合经济合理的原则，拟选择强度等级为42.5的硅酸盐水泥，外加剂视具体施工时间、和其他条件要求而定。
浆液水灰比控制在0.7左右，每延米旋喷实体水泥用量约为570kg，计算方法可参照《高压喷射注浆施工操作技术规程》中普通三重管参数取值。
水泥浆液体积用量计算公式：

水泥用量计算表格
项目
喷射体直径De
充填率K1（0.75-0.9）
喷射长度H1
损失系数β
实体浆液用量Q1
浆液配比（W/C）
浆液比重
水泥用量
单位
m

m

m3

(g/cm3）
t
双高压
0.80
0.90
1.00
0.30
0.59
0.70
1.65
0.57

喷射压力
浆液压力25MPa，空气压力0.7MPa。
2 成孔
a.成孔设备就位安装时，机座要平稳，立轴或转盘与孔位对正，其偏差不大于1cm。
b.开孔直径不能小于110mm，终孔直径不能小于91mm。成孔偏斜率不能大于0.5 % 。
3 喷射注浆作业
1）配制浆液。在浆液配置过程中，先放水，再放水泥，充分搅拌后通过过滤，再进行第二次搅拌，并定时间测定浆液性能，鉴定浆液配合比是否符合设计要求。
2）浆液存放时间。当气温在10℃以上时，浆液存放时间不得超过3小时；当浆液存放时间超过有效时间时，应降低标号使用，必要时按废浆处理(加入缓凝剂的浆液，其有效时间不在此限)。
3）喷射注浆前要检查高压设备和管路系统。设备的压力和排量必须满足设计要求，管路系统的密封必须良好，各管道和喷嘴内不得有杂物。
4）在插管过程中，为防止喷嘴被泥沙堵塞，需带水插管，水的压力为0.5MPa左右。
5）喷浆管插到设计深度后，及时输送浆液、水和气，喷头在预定深度喷射时，只旋转，不提升，停留1～3min后再提升，确保下部固结体质量。
6）在喷射施工中，随时测定注浆管转速、提升速度，水、浆液、气压力及流量等情况并做好记录。
7） 在喷射提升注浆管时，拆卸注浆管速度要快，重新喷射的上下搭接长度不小于0.3m，防止固结体脱节。
8） 在喷射施工中，经常注意孔内返浆情况。将返浆量控制在注浆量的30%左右。
9） 当孔口不返浆时，采取间歇性喷浆方法，间隔时间12 h左右。严重漏浆地段可考虑加适量的速凝剂或多次反复间歇性喷浆。
10） 当孔口返浆量超过30%时，可提高喷射压力，适当缩小喷嘴孔径，加快提升和旋转速度等方法。
11） 喷射注浆施工结束后，及时清洗注浆设备和管道，以防水泥浆液凝固堵塞。
12） 喷射注浆时，突然中断电、水、浆、气体时，应及时抢修。抢修正常后，注浆管应重新下至停供位置以下0.5m重新进行喷射。当因故停喷超过3h时，及时清洗设备和管道，以防水泥浆堵塞。
5.2.3 袖阀管注浆
1 施工参数
注浆压力：初始压力控制在0.3-0.5MPa之间，压力达到0.5MPa并稳定2min后注浆完成，若发现跑浆、喷浆等情况，应及时调整。
浆液配比：水泥采用P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为1：1，水泥浆比重为1.5；水玻璃浓度为35-40Be, 模数为2.6～3.0；水玻璃与水泥浆的体积比为1：2。
2 钻孔
开孔孔径口91mm，要求钻孔垂直，垂直度偏差不大于1%。
3 插入袖阀管。
底部要封闭，袖阀管应保持在钻孔中心。地面预留高度0.2～0.3m。预先在管内注满清水，以检查其密封性。
4 插入注浆芯管
在袖阀管内插入双液灌浆芯管(带双活塞的注浆钢管)至预定灌浆段。
5 开始灌浆
将双液灌浆芯管从袖管中下到注浆位置，自下而上分段注浆，注浆步距为0.33m。
6 施工注意事项
在注浆过程中，应观察相邻注浆孔的排气、返水、串浆、冒浆等情况，及时做好记录。若周围注浆孔有串浆时，应停止注浆，12h后重新注浆。若周围注浆孔仍没有反应，注浆量过大时，应采取“间歇定量分序注浆法”注浆，以控制浆液流失过大，分序为跳孔注浆，定量为每孔每次注一定量，间歇12h后再循环注浆。
5.2.4 袖阀管预埋
本节同第三节的施工过程，在下放袖阀管后不插入芯管，待使用时插入进行注浆。
5.2.5 开挖中的加固
1 加固原理
本加固方法主要针对已明确知晓地连墙接缝存在较大的缺陷，但风险点还在基坑开挖面以下的情况，这是如果准备的足够充分，是可以迅速的将接缝在开挖的过程中进行处理的。此时采用的加固方法主要是外包钢板进行补强法，在本法施工中需要用到的材料主要为速凝型堵漏粉，施工的重点在于处理迅速，特别是在存在砂层的情况下更需合理的组织，迅速的处理完毕。
一般情况下，在地下水丰富的砂层中，开挖后，地下水会夹带着砂层向低处发生流砂情况。基坑开挖后，若发现地连墙存在薄弱环节，特别是在砂层处，必须在几分钟之内做好处理措施。否则当流砂被流空之后，就会使坑内外水形成一个通道，而且通道会随着涌水量的增大不断增大。
2 施工方法
此阶段为最易处理阶段。处理措施如下：
迅速清理表面浮土，清理深度大约在20-30cm左右；
自薄弱点的四周向中间抹速凝型堵漏粉，若果在此过程中，水势已无法控制，则在最薄弱位置尽量小的留一个泄压点，以免将整个处理面冲毁。留完泄水孔后应继续抹速凝型堵漏粉，在此过程中可适当增加一些钢筋，如有可能钢筋应与周边结构连接，以增加封堵的整体性，保证封堵成功。
采用速凝型堵漏粉封堵完后封上钢板，钢板应与两侧地连墙上主筋或者十字钢板连接固定。待固定后，还需向钢板与封堵的速凝型堵漏粉之间进行填充，保证加固的密封性，填充的材料可以为稀释的速凝型堵漏粉浆液。
5.3渗水加固
5.3.1 加固原理
渗漏点初步处理→引孔→插入止水针头→注入氰凝
本工艺主要采用注射氰凝的方式，同时配合使用速凝型堵漏粉封堵，对地连墙上出现的轻微渗水情况进行处理，有效防止渗漏点扩大，达到封堵渗漏效果。
氰凝为双组份；甲料与乙料混合后发生化学反应，渗透到底材内部的毛细孔内，于底材融为一体，形成一层结晶致密的防水层，并能够一定程度吸水，具有遇水膨胀性，封闭了水的通道和渗入，达到了防水效果。
5.3.2 施工方法
1 初步处理渗漏点
对渗水点周围墙面进行清理，用速凝型堵漏粉填堵渗水点，尽量使渗水点孔径缩小，防止大量水土流失。
2 引孔并插入止水针头
在渗水点附近距离20-30cm处进行斜向引孔，引孔孔洞必须穿透渗水管路，并插入止水针头。
3 注入氰凝
将止水针头与氰凝注浆机连接，开始向渗水点注入配好的氰凝。当渗水点逐渐流出氰凝时，说明注入的氰凝已达到渗水管路。氰凝在常温下，将在2分钟内达到凝胶状态，因此，当渗水点处氰凝胶体凝固，无渗水情况后，继续持续注浆30秒至1分钟（具体视施工情况而定），完成封堵施工。
5.4漏水注浆加固
5.4.1 加固原理
清理→基面处理→引流管→压填→注浆
本工艺主要采用了水泥-水玻璃双液注浆的方式进行应急堵漏注浆，按照注浆的方式可以分为水平孔注浆或者垂直孔注浆。
水泥的凝聚和硬化主要是水泥水化析出凝胶性的胶体物质所引起的。水泥水化生成硅酸二钙、硅酸三钙和氢氧化钙，当加入水玻璃以后，水玻璃马上与新生成的氢氧化钙反应，生成具有一定强度的凝胶体水化硅酸钙，因此，水玻璃的加入加快了水泥的水化速度，也加快了水泥的凝聚和硬化：

3Ca.SiO2+nH2O→2CaOSiO2(n-1) H2O+Ca(OH)2
Ca(OH)2 +NaO．nSi02+m H2O→CaO.nSiO2.m2H2O+2NaOH
式中：3Ca.SiO2—水泥的主要成分
CaO.nSiO2.m2H2O—凝胶体水化硅酸钙
随着水玻璃与氢氧化钙之间反应的进行，生成的胶体质越来越多，结石体强度也越来越高，所以水泥-水玻璃浆液结石体的初期强度是水玻璃与氢氧化钙的反应起主要作用，而后期强度是水泥本身的水化起主要作用。因水泥水化生成的氢氧化钙的量是固定的，因而与之反应的水玻璃的量也是固定的，假如水玻璃加入过量，水玻璃的增加反而会使整个体系稀释，使固结体强度下降，所以水泥与水玻璃应有一个合适的配比。
通过大量的试验证明，水玻璃与水泥浆的体积比越小，及水泥浆越多，水玻璃越少的情况下，双液浆的凝固速度最快，试验中当水玻璃与水泥浆的配比达到1:10-1:15时，凝固速度可达到6s，但是初凝后的强度很低，不适于堵漏。反过来，水玻璃与水泥浆的体积比越大，及水玻璃越多，水泥浆越少的情况下，双液浆的凝固速度相对变长，其初凝强度随之增大，但当水玻璃与水泥浆体积比大于1：1时，强度会有所下降。
下图为对几种不同的水玻璃及水泥浆配比进行的试验结果：

说明：横坐标为水泥浆与水玻璃的体积比，纵坐标为凝固时间。

从实验中还可以得出：
水玻璃的波美度太高对双液浆的凝固速度反而不利。
水玻璃的波美度在30-35之间较为合适。
水玻璃与水泥浆的体积比在1:2-1:3之间时，初凝后的强度最好；在1:3-1:6之间时，初凝后的强度较好，也能满足堵漏所需的强度要求；超过1:7之后初凝强度较差，特别是在超过1:10之后，已不能作用于堵漏。
5.4.2 水平注浆方法
1 注浆前的处理
注浆前应做的一项重要工作就是对漏水点处进行疏导和填压处理。
疏导：疏导的目的就是要让坑外的地下水全部自用于疏导的引流管处流出，防止在堵漏的过程中发生堵住一处而自另一处喷涌的情况。因此在疏导的过程应格外注意对漏水基面的处理和引流管周边的密封工作。
在本步过程中可以用的一种材料为速凝型堵漏粉，该材料为速凝型水泥，在现场直接用水调匀成粘土状后，涂抹于需密封的位置，在3分钟内强度可达到2MPa，足可以起到密封和加固的效果。
压填：引流完成后需进行压填，压填的目的是防止在注浆的过程中将前期引流所做的处理破坏，另一重目的是更进一步的对漏水点处进行加强处理。在本布的过程中需用到的材料为水泥和水玻璃。
压填前需将漏水点周边的浮土清理干净，然后在表面上撒干水泥和水玻璃，再在上面码放水泥袋，注意水泥袋码放应整齐，码放的过程中应将水泥带四周隔开，用脚踩实即可。每次码放一层后将本层水泥袋上再撒一层水泥，然后洒上水玻璃，再在上面码放水泥袋如此反复，直至到达安全高度。压填的大小不必过大，在漏水点周边1-2m范围内即可，但应保证压填的密实性。
2 钻孔位置的选择
钻孔位置及注浆点的位置，该位置的选择至关重要，直接决定堵漏是否能够成功，因此必须慎重选择。选择漏水点的几个原则如下：
打孔前应熟悉地质情况，确定漏水点所处的地层，特别注意漏水点附近是否存在砂层，一般来讲大的漏水可能都是由于砂层引起。
孔位应尽量低于漏水点，这样浆液自下而上可以保证漏水处的孔隙被填充，而且也能较好的防止未凝固的浆液被地下水冲走。
如果漏水点在砂层处，则孔位应尽量也处于砂层上，最容易保证注浆点与漏水点联通。
孔位打通后，如果自孔位向外喷水或涌稀泥，则说明孔位选择正确，如果无任何反应，则说明孔位选择可能失败，此时应立即重新打孔。在打孔的过程中也需将管路连接好，采用单液浆进行试注浆，判断是否能将水路打通。
3 材料及浆液配比选择
水泥：普通硅酸盐水泥
水玻璃：首选30-35波美度。
水泥浆配比：由于现场操作存在较大误差，一般的水泥浆液的水灰比W/C在1：0.8~1:1.2均可。
水玻璃浓度：水玻璃的浓度最佳为30-35波美度左右，浓度过高或过低都会影响到双液浆的凝固速度。如果浓度过大可以按下表采用水进行稀释。
水玻璃（波美度）
30波美度加水量
35波美度加水量
50
1.0
0.7
45
0.7
0.4
40
0.5
0.2
注：表中加水量为1单位体积水玻璃中加入的水的体积
水玻璃与水泥浆的体积比：此两种浆液的体积比应该在现场根据实际情况进行选择选择的依据主要是看需要的凝固时间，在初步判断了凝固时间后可以依据实验得出的凝固时间确定体积比。
4 加固设备
引孔用水钻：用于在漏水点附近的合适位置钻孔，埋设注浆芯管；
注浆机、拌浆罐、注浆管：制备浆液，并将浆液通过注浆管泵送至漏水点处；
压力仪表、各种阀门：保证能及时调节注浆流量、压力等；
芯管：直接插入钻孔处，将双液浆自芯管处泵入漏水点，并能起到密封引孔的作用。

注浆芯管图
5 注浆压力
注浆时，出浆口处的压力不能大于该处的土压力，按照天津市基坑深度及地质情况，自地面向下，可简单的认为每增加10m，土压力增大0.2Mpa。 如果设定的土压力过大，有可能造车本来不好的围护结构产生更大的破坏。
如果采用水平孔注浆，压力已较大，而仍然看不到浆液自漏水点冒出，则说明，注浆孔选点不合适，宜重新打孔布点。
当注浆封堵完成后，进行适当的注浆即可，不得采用过大的注浆压力，只要险情得以控制，就应适可而止，立即着手对围护结构进行加固，确保万无一失后，再在坑外采用补充注浆的方式控制地面变形。
6 凝固时间选择
第一步注纯水泥浆，判定注浆点位与漏水点位是否通畅；
第二步注入水玻璃与水泥浆体积比为1:2的双液浆，观察自漏水点处流出的浆液是否凝固，在何处能凝固；
第三步逐步调节体积比，减小凝固时间，直至漏水被堵住。
5.4.3 填充注浆加固
填充注浆加固是指在涌水涌砂之后，地层中已产生了地层损失，为了避免地层沉降等不良后果采用的措施。
由于采用水平注浆每次只能自一个固定的点位注浆，一旦浆液将注浆孔的出口处堵塞，则无法继续注浆。因此一般的填充注浆一般应自地面引孔采用袖阀管注浆，注浆的方式可参见2.3节袖阀管注浆的施工方法。填充注浆中应时刻关注注浆压力，一旦压力超过出口处水土压力之和的0.1MPa-0.2 MPa时应进行慎重的判断是否需继续注浆。
6 主要机具设备及材料
主要机具设备见下表

序 号
设备名称
规 格
单 位
数 量
备 注
1
引流管
PVC管
米
100
漏水注浆加固用具
2
引流管
钢管
米
100
3
水泥
P.O42.5
吨
300
4
水玻璃
波美度30-40
吨
50
5
速凝型堵漏粉

袋
200
6
引孔钻机

台
2
7
双液注浆机

台
2
8
浆液搅拌罐

台
2
9
注浆管

米
200
10
引孔水钻

台
4
11
水泵

台
4
12
钢板
2m×1m
块
30
13
钢丝钳

把
5
14
液压钳

把
5
15
旋喷机

台
2
预加固用具
16
引孔钻机

台
2
17
水泥
P.O42.5
吨
300
18
袖阀管

米
500
19
双液注浆机

台
2
20
氰凝注浆机

台
2
渗水加固用具
21
止水针头

个
200
22
电钻

套
2
23
对讲机

个
4
备用工具
24
警示灯

个
8
25
彩条布

块
6
26
配电箱
380V
个
4
27
编织袋
绿
捆
4
28
探照灯
1000W
个
1
29
塑料水管
6分
米
150
30
投射灯

个
40
31
消防斧

把
3
32
消防桶

个
16
33
消防钩

根
5
34
消防铲

把
12
35
土袋

袋
1×104
36
消防软梯
20*1
幅
2
37
千斤顶
额重200t
台
2
38
泵站
3kw/63MPa
台
1
39
橡套电缆
3*10+2*6（95m）
捆
1
40
橡套电缆
2*4（95m）
捆
4
7 劳动力组织
序 号
分 工
人 数
工作内容
1
现场总指挥
1
总体指挥施工过程
2
现场副总指挥
2
配合总指挥进行施工安排工作
3
引孔作业班
30
进行垂直及水平引孔作业
4
注浆作业班
30
进行注浆加固作业，控制注浆技术参数
5
渗漏封堵作业班
15
对渗漏点进行初步封堵
6
技术组
10
施工过程的技术工作
7
安检组
4
封锁前、中、后人员、设备、行车安全检查
8
机械维修组
6
现场施工机具即时维修，保证施工需要
9
材料供应组
4
负责施工需要材料的及时供应
10
防护班
15
各作业工序的防护工作
11
合计
117

8 质量措施
8.1 对技术人员进行专业培训，熟练掌握施工工艺，合理利用堵漏材料的特点，充分发挥材料性能。
8.2 对旋喷引孔定位及垂直度进行严格控制，保证旋喷桩之间充分咬合。
8.3 袖阀管注浆过程中，严格控制注浆压力、配合比等参数，保证浆液质量。
8.4 注浆施工需安排专人对注浆压力及其他参数进行控制，并根据现场情况进行相应调整。
8.5质量控制实行“三检制”，经过自检、互检、它检，多方位检查控制，确保施工质量。
9 安全措施
9.1 贯彻执行国家安全生产、劳动保护方面的方针、政策和法规，对职工进行安全教育，牢固树立“安全第一”的思想，坚持“安全生产、预防为主”的方针。
9.2 严格执行交接班制度，坚持工前讲安全、工中检查安全、工后评安全的“三工制”活动。坚持每周一的安全活动日活动。
9.3 加强安全教育，提高员工的安全意识，树立安全第一的思想，培养安全生产所必须具备的操作技能。
9.4进行注浆施工时，施工人员必须佩带对讲机，保证及时沟通，防止高压浆液伤人。
9.5进行基坑上下吊运物体时，保证基坑上下均有信号工指挥吊运过程，防止坠物伤人。
9.6所有技术工种人员持证上岗。
9.7 所有施工人员戴安全帽，特殊工种按规定佩戴防护用品。
9.8 夏季露天作业，合理安排工时，防止施工人员中暑。
9.9 搞好安全用电,场内架设电线绝缘良好,悬挂高度及间距符合安全规定。
9.10 提升系统各部位必须专人定期检查,并严格按操作规程操作。
9.11 加强基坑内外用电管理。切实执行照明、高压电力线路的架设标准,保证绝缘良好。各种电动机械和电器设备均设置漏电保护器,确保用电安全。
10 效益分析
10.1对于基坑开挖范围内存在复杂土层的施工情况，采用本工法中合理的处理方法，能够减少基坑渗漏水发生的频率。根据一般经验，在深基坑发生漏水后，需10h以上处理，而采用本方法可在发生后30min内将漏水点完全封堵，节省了时间，保证了周边环境的安全，
10.2 采用本方法，为天津其他深基坑的渗漏水事故的抢险工作提供了指导和帮助，而且效果明显，为天津的建筑业做出了贡献。
10.3 本工法广泛适用于城市深基坑施工，尤其是老城市的地铁施工，高效、高质的控制了围护结构渗漏，对于城市周边建筑物保护起到了重要作用。
11 环保节能措施
11.1 使用的各种注浆加固材料必须保证无毒，对地下水体无污染。
11.2 各类机械设备尽量使用电驱动形式，减少化学能源的消耗和有害气体的排放。
11.3 提前选择噪音较小的设备，放在场地内备用，如必须选择有噪音的设备，则因采用临时防护措施，尽量减小噪音排放。
11.4 注浆及加固产生的各种废气浆液等不得排放至地下污水管网，必须集中堆放，待凝固后清运出施工场地。
12 工程实例

1

13 附图