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深基坑施工渗水、流砂等病害分析和处理
2014-12-05 筑龙岩土
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摘要：通过对具体案例的分析，对深基坑施工过程中的渗水、流砂等病害原因进行分析并探讨各种应急处理方案。
1 案例概述
1.1工程概况
南京市三山街地铁车站位于升州路南至黑簪巷的中山南路下。车站总长为226.6m，净宽20m，车站轨道顶标高为-13.46m，开挖深度为15.45m(以原地表为零计)。该工程主体结构为地下二层，横向三跨整体钢筋砼箱形结构，上层为站厅层，净高4.3m；下层为站台层，净高5.91m，主体结构总高为11.91m，沿车站布置南北通长的纵梁。在直线段主体的东西两侧各设两个出入口，另外两端还有两个端头井、通风井。地铁车站平面布置见图1。

车站主体的挡土结构采用地下连续墙，直线段部分深27m，端头部分深33m，墙体厚度2000px。四个出入口处的地下连续墙深17m～18m，墙厚1500px。地下连续墙既是围护结构，又是永久性的侧墙结构。
车站直线段顶板厚1500px，中楼板厚1000px，底板厚1750px。车站两端头井处，顶板厚1500px，中楼板厚1000px，底板厚为1.0m。上层净高4.12m，下层净高8.66m，结构总高14.78m。
1.2工程地质概况
经工程地质勘察，三山街地铁车站位于秦淮河古河道部位，地质条件较复杂，40m以浅有厚层粉土、粉砂分布，在10m以下局部存在淤泥质粘性土夹层。岩土层序和各土层特性指标见表1。
1.3水文地质概况
场区地下水的埋藏深度为1.0m～1.5m，潜水含水层厚度大，水量丰富，含水层渗透性较高，厚度大，水量丰富，含水层渗透性较高，渗透系数k在10-100px/s左右。
2 西南出入口病害原因分析和及处理
按照设计，西南出入口与相临工程“投资大厦”地下室相接，出入口三面都是地下连续墙围护，西侧投资大厦地下室已经施工完毕，底板伸出1250px。开挖前曾紧靠地下室底板打了两排13根高压旋喷桩，试图用此阻断出入口与外侧潜水含水层的水力联系。
西南出入口施工从车站中楼板上凿除隔断的地下连续墙，从里向外开挖。在整个开挖过程中，由于采用明排水作业，一直有渗水出现，为此，采取了在槽段接头外侧注浆止水。当出入口局部将要开挖到设计标高时，突然有大量的流水涌砂翻出，基坑内很快积聚大量泥水，并溢流到车站主体中楼板上。此时基坑外水位观测孔s3水位急剧下降，情况紧急。考虑到基坑处于厚层粉土、粉砂层中，大量的含水层颗粒随排水疏干而流失，会对基坑及周围地下管线带来不利影响。在s3孔水位累计下降值达2433mm时，施工技术人员决定采取堵压和排水相结合的方法。基坑内先用大量的麻袋、草包装土堵压，外侧则在槽段接口处进行双液注浆止水加固，大量的水泥浆、水玻璃注入地下，取得了预期效果。
分析可知，该出入口基坑全部置于粉土、粉砂质厚层潜水含水层中。虽施工前和施工中均采取了一些隔水措施，但均受这些隔水/止水措施的尺寸效果所限。如地连墙深度仅27m-33m(主体)和17m-18m(四个出入口)；西南出入口13根旋喷桩深度也未达粉砂含水层底板。这些挡水结构未能将施工范围与潜水含水层彻底隔开。坑内外地下水仍存在密切的水联系，且含水层均为易于发生流沙、液化的粉性土地层。导致基坑涌水和流沙现象。观测井s3水位变化也反映了基坑内抽水过程中，坑内外潜水联系密切，以基坑为中心的降落漏斗的形成和发展。
3 渗水、流砂等病害的应急处理措施
3.1渗水的应急处理
三山街地铁车站，采用地下连续墙作为挡土结构。按理，地下连续墙也是一种有效的隔水、防水结构，若设计合理、施工质量较好，一般不会发生严重的渗漏水问题。根据施工经验，在顶板与地连墙的连接部位、两幅地连墙的连接部位、锁口管拔断部位、预埋接驳器部位及砼缺陷部位，都可能发生外围粉性潜水含水层中潜水沿施工质量薄弱部位渗入而产生的构筑物渗漏水现象。对可能发生的渗漏水部位，可采取如下针对性措施：
(1)地连墙相邻接缝渗水
原因分析：已浇注好砼的相邻两个槽段锁口管形成的半圆形凹槽洗刷不干净或砼浇注质量等原因，引起渗水。

处理措施见上图。在连续墙接缝处凿开375px深的三角形槽口，将其缝里的泥砂挖清，再用水冲洗干净，用超早强水泥补实抹平，再做防水层。可采用五层抹面或多层抹面较易。中楼板与顶板相隔距离较远，处理接头缝时需搭脚架，配备施工照明灯。由于缺乏通风条件，地连墙体表面有潮湿，应及时采用烘干手段，以防止表面过湿影响防水处理效果，确保工程质量。
(2)地连墙墙体渗水
原因分析：
(a)地连墙槽段砼浇注方法不当，造成冷缝和不密实；
(b)水下砼浇注间隔时间过长，造成人为的冷缝；
(c)砼浇注过程中槽壁出现局部坍塌等。
处理措施：
(a)填堵法
在裂隙、蜂窝、孔眼处发生渗漏水而渗水面积不大时，采用防渗剂搅拌水泥浆进行封堵，先将漏水部位凿出，凿出深度125px～250px，冲洗干净后将掺入防渗剂的水泥浆对凿出部位进行封堵。
(b)先排后堵法
当漏水面积较大时，采用先排后堵漏方法。先将漏水部位凿出，并安装排水管，将水汇集于排水管内排除，这时先将其它部位用掺入防渗透剂的水泥浆进行封堵，使渗漏面积逐渐缩小，最后再堵塞排水管。
(c)打孔注浆堵漏
见下图。在漏水严重的部位，由于水压高、水量大，出水口无法封堵，采用在基坑内地墙上打孔注浆堵水。先将地连墙上的钢筋凿出，在无钢筋的地方，用风钻在地连墙上打注浆孔，孔径100px、深度1.5m～1.8m。然后插入外径为75px的注浆管，注浆管为镀锌管或钢管，在墙外部位土体中的注浆管带有孔眼，在墙内段的注浆管无孔眼，用超早强水泥砼封堵洞口的注浆管与注浆孔间的间隙，封口深度1000px～1250px，用双液压浆泵将水泥浆———水玻璃浆液通过注浆管注入土中。浆液的配合比为：水泥浆∶水玻璃浆(体积)=1∶0.3，水泥浆的水灰比为0.7，水玻璃的浓度为41～43波美度。注浆压力为3kg/cm2～5kg/cm2。

3.2流砂的防治与应急处理
场区的岩土工程条件表明，在距地表6.0m以下有大量的粉土和粉砂层存在，且地下水位较高，厚层的高水力坡度细粒粉土层在土体开挖时，易出现流砂和管涌现象。流砂和管涌的发生，对附近建筑物的稳定和施工极为不利，因此，在后续工程施工前，必须采取防治措施。在土体开挖过程中，当连续墙某些部位出现流砂现象时，应及时查明流砂出现的具体位置及相应的地质条件、流砂出口的形状及范围、流砂量的大小，以便采取相应的处理措施。处理流砂的一般步骤如下：
(1)填堵封口：
当开挖土体、墙上出现流砂时，应停止挖土。流砂从孔洞或裂隙中涌出时，先用棉絮堵塞孔洞或裂隙。然后再在棉絮中注入水泥浆—水玻璃浆液，水玻璃的浓度为41～43波美度。
(2)打孔注浆封堵流砂：

如上述方法不能堵住流砂，应用土回填堵住流砂口，然后在流砂口附近采用风钻从墙内向墙外打斜孔，孔径宜为100px，孔深根据孔的斜度及流砂部位确定。在孔中注入水泥———水玻璃浆液，浆液通过双液注浆泵压入墙后的土体内。
(3)在地表沿地下连续墙的外侧打垂直孔进行注浆，如图5。

如上述方法仍不能堵住流砂，应选地表能避开地下管线的部位，在地连墙外侧打垂直钻孔进行注浆封堵流砂。采用轻型钻机打孔，孔深根据流砂的部位确定，浆液采用水泥浆———水玻璃浆液，用双液注浆泵将浆液注入流砂地段的土体中。
4结语
(1)在深厚层潜水含水层中进行基坑设计时宜尽量将基坑围护挡水设计设置在含水层底板以下，以彻底阻断基坑内外地下水的水力联系。
(2)各种岩土工程设计及施工不当易引起基坑施工时坑外地下水向基坑内渗入，导致基坑渗水及流沙，形成坑内外体化的地下水位降落漏斗及基坑周围地面沉降等工程病害。应及时进行针对性处理，从阻断坑内外地下水入渗途径着眼，视病害情况差异采取不同的处置方案。