南昌地铁富水砂层基坑围护结构渗漏原因分析及处理措施

摘要：针对某工程富水砂性地层条件基坑围护结构渗漏事故，对该地质条件常见的基坑围护结构渗漏原因进行了分析，介绍了几种有效的堵漏处理方法及工艺，以供同类工程借鉴参考

关键词：富水砂层，围护结构渗漏，先疏后堵，回填反压，注浆

中图分类号：TV697文献标识码： A

1 前言

深基坑开挖施工是一项复杂的岩土工程，在实际开挖过程中，要充分考虑基坑的强度、刚度和稳定性的要求，还要涉及到止水的问题。在含水地层（特别是有砂层、粉砂层或者其他透水性较好的地层），由于基坑围护结构的止水设施失效，致使大量的水夹带砂粒涌入基坑，严重的水土流失会造成支护还可能先在墙后形成空穴而后突然发生地面塌陷（如图1-1所示）。不仅影响基坑开挖围护结构稳定性，而且对周边道路、管线及建（构）筑物正确快速的处理深基坑渗漏对保障施工作业人员安全、保障施工进度、减少工程投资有重要的意义。

图1-1 基坑涌水涌砂示意

南昌地区地处赣江抚河尾闾，东北滨临鄱阳湖。地势总体西北高、南东低，依次发育低山丘陵、岗地、平原，呈现层状地貌特征。以赣江为界，赣江西北部为构造剥蚀低山丘陵、岗地，赣江以东为河流侵蚀堆积平原，河湖港汊分布，辫状水系发育，红谷滩新区属典型的新近沉积层河漫滩，土层分布多为杂填土、可塑或软塑状态淤泥质土以及较厚的呈松散至稍密的中粗砂。由于地下水位埋藏较浅，与赣江等水力联系紧密，地下水位随雨季、汛期变化波动性较大，为流沙、管涌风险高发区。因此，该地区地铁深基坑工程通常采用地下连续墙围护结构形式，坑外辅以高压旋喷桩作止水帷幕，并根据周边环境情况确定是否需进行坑外降水。

本文结合南昌地铁1号线秋水广场基坑围护结构涌水涌砂实例分析，对南昌富水砂性地层深基坑围护结构渗漏的原因进行分析，并提出针对性的处理措施建议，对今后同类工程具有一定的借鉴意义。

2 常见围护结构渗漏类型

按渗漏的表面形状，一般可分为三种：一是点漏，二是缝漏，三是面漏；按渗漏量的大小，渗漏又可分为渗、漏、涌三种形式，“渗”一般表现为围护结构表面湿渍，无明显水流，“漏”往往由于围护结构存在薄弱或缺陷处，在动水压力作用下长期冲蚀形成透水通道，一般表现为明显水流，且出水伴少量泥沙，而“涌”则表现为围护结构出现了明显缝隙或孔洞，坑外水土从突破口涌入基坑，导致出现围护结构涌水涌砂险情。

3渗漏原因分析

3.1 常见渗漏原因分析

(1)地下连续墙质量缺陷

地下连续墙槽孔底部的淤积物是墙体夹泥的主要来源，混凝土开浇时向下冲击力大，混凝土将导管下的淤积物冲起，一部分悬浮于泥浆中，一部分与混凝土掺混，处于导管附近的淤积物，随混凝土浇注时间的延长，又沉淀下来落在混凝土表面上，当槽孔混凝土面发生变化或呈覆盖状流动时，这些淤积物最容易被夹在混凝土中，由于混凝土的流线呈弧形，拐角处的淤积物不可能完全挤升向上，所以拐角处绝大多数有淤积物堆积。

另外当浇注速度太快时，混凝土向上流动速度快，对相邻混凝土的拉力也很大，有时会将其拉裂形成水平或斜向的裂缝，虽然随着混凝土浇注高度增加，在混凝土自重压力作用下会慢慢闭合，但裂缝处已成薄弱环节，成为渗漏水的质量隐患。导管提升过猛，或探测错误，导管底口超出原混凝土面，涌入泥浆；导管发生堵塞，拔出后重新下管浇筑，当导管插入已浇筑混凝土内继续浇注时，导管内的泥浆被带入，夹在混凝土内。若重新下入的导管未插入混凝土内而继续浇筑，则新老混凝土面上形成一条水平缝，缝内夹泥。混凝土浇筑时局部塌孔也会造成夹泥。

(2)止水帷幕质量缺陷

高压旋喷桩在富水砂性地层中成桩困难，由于泥浆护壁效果较难保证，易塌孔、跑浆。且可能存在因注浆压力不够、长桩孔底喷浆不足，导致深层处桩体搭接长度不够，桩间夹泥等，止水帷幕在深层处存在较多薄弱口，坑外地下水极易突破，桩间“间隙”成为地下水渗流直接通道，坑外止水失去作用。

(3)特殊地质条件的危害

由于勘查遗漏或者勘查不到位，导致地下连续墙在成槽期间，遇暗浜、孤石或着地下木桩等特殊地质原因将导致地下连续墙沉槽困难，严重着成槽无法进行。在遇到特殊地质原因的情况下，施工单位将会采取一系列措施（回填后重新成槽、上下窜动等），进行第二次成槽。然而一旦这些处理措施不适当，这些部位将是以后地下连续墙在基坑开挖的过程中渗漏的隐患部位。

3.2实例分析

1号线秋水广场站位于世贸路和赣江中大道交叉口，沿世贸路呈长条形展布。紧邻赣江，主题基坑距赣江约为60m。工程区位于城市道路上拟建场地地势平坦，车站主体自然地面高程约为24.00～25.25m，赣江河床高程在6.40～15.90m之间。秋水广场站呈东西走向；为双轴三跨地下三层岛式车站，标准段基坑开挖深度22.860m，顶板覆土厚度3.0m；两侧端头井基坑开挖深度分别约为24.61m、24.31m；主体结构总长148m，标准段净宽19.7m，端头井净宽23.5m；围护结构端头井及标准段均采用800mm厚地下墙；采用明挖顺做法施工。事发时坑外地下水为约在地面以下8m，基坑土层分布如图3-2所示。

图3 -2基坑土层分布与围护结构位置关系

5月11日17:30左右，基坑东端16轴东侧地连墙接缝约18m深度处发生涌水涌砂险情，由于渗漏点距底板近4m高，无法采取回填、堆挡等紧急处理措施，施工单位立即组织人员对渗漏点采用破布、棉絮等材料塞填，焊接钢板、用快干水泥嵌缝等措施进行封堵，但收效甚微；截止20:30，险情得到初步控制，无进一步恶化趋势，但出水涌砂量仍较大，坑内涌砂已近70m³，坑外硬化地表下土体已有较大沉陷，形成空洞；针对此情况，现场领导和专家在召开紧急会议后，现场即在16轴位置地连墙后进行引孔注水泥-水玻璃双液浆，对渗水点四周及钢板边缘用速凝水泥进行封堵，次日凌晨4:00左右，渗漏点无明水流出，渗漏险情已完全控制。至此，抢险工作告一段落，后续施工方在坑外继续进行注浆加固，并对基坑所有地连墙接缝渗漏部位采取焊接钢板、速凝水泥嵌缝等处理措施。

通过对渗漏险情区域地表沉降、水位变化、支撑轴力及测斜等量测项目监测数据的统计分析，发现险情发生前各量测项目监测数据并无明显突变，持续增大或减小的时程变化规律亦不明显；险情发生后部分量测项目（如地表沉降）有增大变化趋势，反映出发生涌水涌沙险情时围护结构及周边环境的变化存在一定的滞后性。

深入调研现场情况后，分析导致涌水涌砂原因有以下几点：

(1) 地下连续墙在成槽过程中，由于地连墙入岩较深，故采用旋挖钻和冲击钻两种工艺施工，施工时间较长（4～7天），影响成槽质量；

(2) 墙缝接头存在夹泥等淤积物，夹泥或淤积物易失去稳定，而形成涌水通道。形成涌水涌砂的主要原因为：首先该车站地墙成槽深度在28~31米之间，入岩较深，一般在4~7天方能完成成槽，成槽时间过长会增加槽壁泥皮厚度，刷壁效果不佳；其次在砼灌注时将导管下的淤积物冲起，其中一部分悬浮于泥浆中，一部分与砼掺混，处于导管附近的淤积物易被砼抗挤推至远离导管的端部，悬浮于泥浆中的淤积物随砼灌注时间的延长，将沉淀在砼表面上，当槽孔砼面发生变化或流动时，这些淤积物容易被夹在砼中，拐角处的淤积物不可能完全被挤向上，所以拐角处与墙缝连接处容易夹泥；

(3) 旋喷桩在砂层与岩层交界面成桩质量不佳，亦可能起不到良好的止水效果，故当接头施工质量欠佳时，而造成渗水；

(4) 当三轴搅拌桩槽壁加固（加固深度10m）与地下连续墙成槽均存在垂直度误差（搅拌桩垂直允许偏差值为0.1%，地连墙垂直度允许偏差值0.3%）时，两项误差产生累计，造成垂直度不理想。

4 堵漏处理措施及施工工艺

基坑开挖过程渗漏的出现，经常困扰着施工人员。遇到这种情况,往往让人觉得束手无策。施工单位对于较小渗漏往往重视程度不足，防渗堵漏材料及设备准备不足，渗漏处理不及时导致恶化。有时，施工单位在堵漏无效的情况下，只好冒险顶漏施工，以期尽快完成地下结构，脱离危险期。特别在对于涌水涌砂险情时，抢险人员无相关经验，抢险方法不科学，处理不当，可能导致基坑支护体系失稳、甚至基坑坍塌、道路毁坏等重大事故及造成恶劣的社会影响等。因此，应结合现场实际情况，因地制宜，针对不同的渗漏形式应采取相应的堵漏措施。

常见的渗漏处理措施有以下几种：

(1) 针对渗水量较小的点漏或线漏，常用的堵漏方案是先疏后堵。

即在渗漏处预埋导流水管，将渗漏出来的水疏导出去；然后在缝隙间使用速凝混凝土封堵，待混凝土达到一定强度后，最后封堵导流管。

1) 堵漏材料。堵漏材料简单，包括导流水管、瞬凝水泥、填充物，吸水膨胀材料、材料袋等

①导流水管：可以根据渗漏水量大小选择管径，一般可以选择直径 4 分到 1 英寸的橡塑管、胶管或钢管 ,导流管长度根据渗漏空间情况选择 ,配套 16 号细铁丝或木塞若干。

②速凝水泥：S 型速凝水泥(初凝时间1～2min，终凝时间2～3min。早强发挥迅速，水灰比W/V=0.4时，抗压强度：4h ≥20MPa，1d≥40MPa，具有微膨胀等特性)。配套黄砂、碎石(粒级5～15mm，俗称“瓜子片”)。

③填充物：旧棉絮或废旧布料若干。价格低廉的干海带，根据其干湿程度，体积膨胀率可以达到100%～500%。材料袋：常用塑料编织袋或布袋等。配套铁丝若干。

2) 堵漏施工工艺。清除混凝土表面充填空洞安装钢筋网片固定导流管立模板拌制瞬凝混凝土封堵缝隙混凝土养护封堵导流管。

凿除渗漏部位钢筋混凝土缝隙表面的泥土和杂质 ,露出新鲜混凝土面。

有时由于渗漏时间过长，缝隙中的泥沙已经流失，出现较大的空洞，可以使用旧棉絮或废旧布料塞填空洞。旧棉絮及废旧布料既可以阻止泥沙流失，又可以透水，也不像泥土那样容易被水分散流失。

如果缝隙空间较大，可将混凝土中的钢筋凿出，焊上钢筋网片，或绑扎铁丝网片，以固定混凝土。

在缝隙中合适的位置安放固定导流水管，导流水管要深入缝隙一定长度，也要露出封堵混凝土一定长度，如下图所示。

图4-1 漏水点处理时放置导流管

如果缝隙较大，应在缝隙外立模板，以防止混凝土流失。

使用瞬凝水泥拌制混凝土，封堵缝隙。封堵时要保持导流水管畅通，并将导流水管固定在封堵混凝土的中间。

当渗漏水压力较大时，虽然渗漏点被堵住了，压力水又可能从其他薄弱部位突破出来。出现这种情况，应对其他被压力水突破的部位继续堵漏，为了避免这种情况没完没了地重复发生，再次堵漏时可以不封堵导流管，这时应当在导流管入口处增加过滤材料，如安装过滤网、过滤布等，以阻止地基土中流失过多的泥沙，形成新的空洞。

(2) 针对涌水涌砂等渗漏险情，常用的堵漏方案是坑内回填反压和坑外注浆相结合的措施

当遇到涌水涌砂严重而可能危及基坑祸周围建筑物、管线安全时，应采取紧急措施，对其进行处理。漏水孔很大时，立即堆土回填或用土袋堆堵反压（起静压作用，如图4-3所示），然后对渗漏部位进行坑外注浆封堵，止水后，再拆除土袋，对渗漏部位进行焊接钢板、双快水泥封堵及注入聚氨酯等物理与化学相结合的方式进行巩固。

图4-2渗漏处堆挡反压

1) 注浆范围及注浆孔布置

在基坑围护止水帷幕外，以渗漏点为中心，大约 1m范围，注浆孔平面中心距控制在0.5m以内，排间距不大于25cm，呈梅花形布置。注浆孔深度不超过围护止水帷幕深度，也不少于开挖面以下2m。参见图4-4所示。

图4-3堵漏注浆孔平面布置示意图

2) 注浆方式

注浆管全孔振动插入，单管双液交替注浆，自下而上分层注浆，分层厚度不大于0.5m。

3) 注浆材料

水泥使用 32. 5MPa 普通硅酸盐水泥。水玻璃浓度40 波美度 ,模数 2. 8～

4) 注浆参数设定

水泥浆的水灰比控制在0.6～1；水泥浆与水玻璃的体积比控制在(0.5∶1)～(1∶1)；回次上拔注浆管间距0.5m，时间不少于两种浆液注完后停滞稳定5min

以上。回次注浆终止条件之一：注浆压力达到0.5MPa；或回次注入水泥浆量0.5m3，水玻璃量0.25m3；或肉眼能够看到浆液从基坑里、地表，以及其他孔口冒出来。

5 思考及建议

(1) 有效处理基坑渗漏，提前预防是关键，应完善突发险情响应机制，加强应急预案演练，应急物资准备充分，当险情发生时，做到能在短时间内调配人力、物力迅速控制险情。若开挖过程中渗漏频繁出现，可考虑对止水帷幕做补强处理措施，如补做高压旋喷桩或在地墙接缝处进行预注浆加固，并预留注浆孔作应急之用。

(2) 施工原因影响地下连续墙渗漏水的因素在众多基坑事故中占有很大的比例，所以在连续墙施工时，应注意接缝、接头位置、浇注混凝土时的处理，防止连续墙夹泥，窝泥，给将来漏水埋下隐患；基坑开挖时，连续墙的不均匀沉降导致了接缝处的相对滑动。如果接缝漏水，必然导致漏水程度加深。在开挖施工中，应遵循时空效应，快挖快撑，控制围护结构变形。

(3) 监测受点位布设、测点破坏、测量仪器误差、操作误差、天气环境及数据分析的滞后影响，存在一定局限性。应加强日常巡查（特别应加强夜间巡查），注重细微变化，结合工程经验，发现渗漏风险。

(4) 建议在富水砂性地层基坑施工中借鉴软土地区常采用的探挖处理方法，掏槽检缝。即先从开挖面向下人工掏槽1~2m，检查缝的质量，在对缺陷进行修补后，再进行土方开挖。并根据实践经验，不断改进堵漏方法。

参考文献：

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[6] 杨文华.提高地下连续墙止水效果的措施.探矿工程，2000