基坑圍護結構滲漏治理和修復加固技術的應用研究

張少敏

上海遠方基礎工程有限公司 上海 200436

圍護結構在基坑開挖過程中最重要的作用是圍護和止水，其質量缺陷所造成的滲水、漏水及涌砂對工程建設的危害極大，經常造成周邊路面下沉、地下管線變形或破損、建筑物傾斜或結構受損，致使基坑坍塌造成重大人員傷亡和財產損失，社會影響非常大，圍護結構的缺陷是基坑工程的重大安全隱患之一。

基坑開挖施工過程中的“滲漏涌”現象普遍存在，有“十坑九漏”之說，當前滲漏治理和修復加固的技術有很多種，但是沒有形成系統的應用成果，因此有必要在理論層面上梳理總結并作進一步的研究[1-6]。

1 圍護工程滲漏水的類型

圍護結構有多種形式，常用的幾種結構有地下連續墻、鉆孔灌注樁、咬合樁、SMW工法樁等形式，由于施工工藝的不同，每種圍護結構滲漏的原因也不同。

1.1 地下連續墻的滲漏

地下連續墻作為一種安全有效的圍護結構，廣泛應用于城市軌道交通等重大的基礎設施圍護工程中，施工工藝相對較為復雜，基坑開挖過程中地下連續墻的滲漏主要有接縫滲漏和墻體滲漏2種類型。

1.2 鉆孔灌注樁圍護結構的滲漏

排樁圍護結構是由鉆孔灌注樁和高壓旋噴樁或者水泥土攪拌樁共同組成的，鉆孔灌注樁承載著周圍土體的壓力，高壓旋噴樁或者水泥土攪拌樁作為止水帷幕起到樁間止水作用。排樁圍護結構滲漏的主要原因是高壓旋噴樁或者三軸攪拌樁止水帷幕的質量缺陷。

1.3 咬合樁的滲漏

咬合樁圍護結構由于接縫較多，滲漏點多存在于接縫處，這主要與咬合樁的成孔工藝有關，若采用全回轉鉆機或者搓管機成孔的垂直度能夠得到很好的保證，若采用旋挖鉆成孔則垂直度容易產生較大偏差，樁間咬合較差或者不能咬合造成接縫滲漏。

1.4 SMW土攪拌樁的滲漏

攪拌樁滲漏一般是由于圍護結構承受的載荷較大，樁的變形較大從而造成樁身裂縫，繼而出現滲漏水的情況。

2 滲漏的應急處理措施

基坑開挖過程中圍護結構出現質量缺陷，首先是要對缺陷進行診斷，根據滲水、漏水、涌水或者涌砂的現象，采取針對性的應急搶險措施，使之在可控的范圍之內，最后通過圍護結構修復和加固，確保基坑的安全開挖。

2.1 滲漏水的診斷

發生在軟土層、粉砂層和砂礫層的滲漏情況不同，應根據具體情況采取不同的應急措施，保障基坑安全的同時，又不能影響工程施工的質量和進度。

2.1.1 圍護結構的滲水

1）接縫主要是由于在圍護結構施工過程中接縫的處理不徹底，形成止水的薄弱點，在基坑外側地下水壓力和土壓力的作用下，水通過接縫中的孔隙滲出。

2）墻體滲水是混凝土澆筑的質量控制出現問題，主要原因有以下3個方面：

① 混凝土離析導致的澆筑不密實，墻體的膠結材料含量少，沒有把粗骨料之間的縫隙完全填充。

② 混凝土澆筑的過程中導管埋深控制不準確，在拆管過程中出現導管拔出混凝土面的現象，致使墻體局部出現質量缺陷。

2.1.2 墻體或者接縫的漏水

相對于滲水基坑的漏水流速快，流量大（尤其是在礫砂層），安全隱患更大，在基坑開挖過程中圍護結構漏水主要是以清水為主，主要有以下幾種：

1）接縫處夾雜大量的回填砂袋或者出現大量的混凝土繞流，地下連續墻施工時沒有有效地處理，或者相鄰的地下連續墻垂直度偏差較大，使得接縫出現“劈叉”。

2）墻底沉渣過厚或者局部塌方，混凝土澆筑過程沒有有效翻漿，將沉渣或者土體包裹形成空洞。

3）排樁圍護需要高壓旋噴或三軸攪拌樁止水帷幕的配合，止水帷幕的質量缺陷不能有效止水，相鄰咬合樁的垂直度出現較大的偏差或者沒有咬合形成較大縫隙。

開挖過程中這種強度極低的軟土、松散沙土或水泥土，不能承受基坑外側土壓力和地下水壓力的作用，隨著基坑開挖深度的不斷增加必然出現漏水現象，大量的地下水流出。

2.1.3 圍護結構的涌水、涌砂

在地下水比較豐富的地區，圍護結構若存在較大的質量缺陷，則容易造成涌水，在砂性土地質條件下則會出現涌砂，輕則造成路面下沉，嚴重的則有可能造成路面塌陷，基坑坍塌。

涌水涌砂不僅與圍護結構的施工質量有關，還受到水文地質條件的影響。一般在砂礫層較多的是涌水，礫石體積較大，質量較大，在富水層礫石不能懸浮，涌砂現象較少。在粉砂、細砂或中粗砂層則會出現涌砂現象，基坑涌砂是基坑工程最為嚴重的質量事故。

墻體接縫的涌水、涌砂都是由于施工過程控制不嚴格造成的，而坑底的涌水涌砂則是由于設計的缺陷造成。當圍護結構的插入比較小，沒有將承壓水層隔斷，隨著基坑開挖的深度不斷增加，坑底卸載，若承壓水層以上的不透水層和土層壓力不足以支撐坑底承壓水的壓力，則會出現坑底的突涌。

2.2 滲漏水及涌水、涌砂的應急措施

基坑開挖的過程中應根據滲漏的情況，采用不同的應急措施，通過現場滲漏水的診斷確定采取何種堵漏的應急措施，常用的措施主要有：快速封堵、導流管引流、混凝土或者土體反壓等方式。

2.2.1 速凝材料的快速封堵

快速封堵主要是針對滲水的情況，基坑開挖過程中滲水是最常見的一種現象，在施工過程中常用速干水泥進行抹面處理，或者在漏水部位打孔注入聚氨酯直接封堵。

2.2.2 導流管引流

一般基坑漏水采取的方案是先疏后堵，即在漏水處預埋導流管，將滲漏出的水導流出，然后在縫隙處使用速干水泥封堵，待水泥達到一定強度后再封堵導流管。

2.2.3 反壓

涌水、涌砂的現象出現，對于基坑來講是一個非常大的安全風險，鑒于其嚴重性，應當立即停止基坑的開挖并進行人員與設備的疏散，利用現場的條件進行反壓。初始反壓采用的是砂袋，不可使用砂土直接反壓，待砂袋反壓到一定程度，可以將水或砂的流速減緩后，在使用及大量的土方或澆筑混凝土，險情得到控制后再采取其他措施對基坑進行修復和加固。

3 圍護工程缺陷的修復與加固工藝

根據圍護結構質量缺陷的嚴重情況，處理方法主要分為被動堵漏措施和主動修復措施兩種。基本步驟是“先堵后修”，速凝材料封堵、引流、反壓等應急措施都屬于在基坑內側所采用的被動堵漏措施，基坑外側的注漿、高壓旋噴等措施屬于主動修復措施。

3.1 被動堵漏措施

被動堵漏修復措施，方便快捷、易于操作，對基坑開挖的影響較小，有利于整個工程的工期節點，針對一些相對較小的漏水險情可采用這種措施。

3.1.1 工藝流程

清除表面混凝土→填充漏點縫隙→固定導流管→封堵縫隙→養護→封堵導流管→固定鋼板

1）鑿除滲漏部位表面的泥土和雜質，露出新鮮混凝土面，同時讓漏點縫隙暴露在視野下。

2）使用棉麻填充漏點縫隙，棉麻可以起到阻隔泥沙、減緩水流的作用。若漏點縫隙中形成較大的空洞，可以鑿除漏點處混凝土，將鋼筋網片焊接在圍護結構鋼筋上，再填充棉麻。

3）在縫隙合適的位置放置導流管，導流管要盡可能深入漏點縫隙之中，如果使用直徑較大的導流管，要安裝閥門開關。

4）使用速干水泥封堵漏點縫隙，封堵時要保持導流管暢通，并將導流管固定。

5）速干水泥養護到一定強度，才可以封堵導流管，使用橡膠或者塑料材質的軟管時，可用綁扎或注入聚氨酯的方式進行封堵。

3.1.2 缺點及解決方案

如果漏水壓力較大時，漏點被封堵住了，但水從其他薄弱部位突破，仍然要對其突破的部位繼續封堵，為了避免這種情況，二次封堵時，可以不封堵導流管。

3.2 主動修復措施

對于涌水、涌砂的漏點必須先反壓再進行堵漏，此時被動堵漏措施已經沒有作用，應該采用主動堵漏技術，即反壓漏點后，在圍護結構的背側采用注漿措施。

3.2.1 注漿工藝流程

確定漏點水平位置→鉆機引孔到漏點深度→注漿管插到漏水點→連接注漿機與注漿管→攪拌水泥漿→單液注漿→漏點有水泥漿滲出→水玻璃、水泥調制的雙液漿注入→養護→清理反壓土或砂袋

1）根據漏點在地面上確定其水平位置，并做好標記。

2）鉆機就位標記處引孔，在砂性土地層引孔時須用膨潤土護壁，引孔到漏點以下2 m。

3）注漿采用鍍鋅管，端頭套絲接駁方便連接，并下放到漏點以下1 m。

4）將注漿機與注漿管連接，水泥漿管和玻璃水管應在鍍鋅管頂部使用三通進行連接。

5）開啟后臺攪拌水泥漿，初始攪拌的水泥漿應及時測量其相對密度，合格后方可使用。

6）用注漿機注單液水泥漿，在此過程中要將注漿壓力調整到合適的范圍內，待壓力調整合適后，開始正式注漿并記錄時間。

7）待漏點有水泥漿滲出時，計算水泥漿到達漏點所需的時間，開始調制水玻璃，水玻璃的摻量與漿液到達漏點的時間有關。水玻璃不能過多，否則初凝時間過快會堵塞注漿管；也不能過少，否則水泥漿在漏點的凝固時間過長，擴散到周圍水中起不到封堵效果。

8）準備工作完成后開始雙液注漿，過程中注意注漿壓力，若壓力持續不增加，應及時分析原因，采取措施。待注漿壓力增大至一定范圍，即可停止注漿。

9）養護一定時間后（4～6 h），清除反壓的土和砂袋，繼續開挖。

3.2.2 其他主動修復措施

主動堵漏除采用注單液漿、雙液漿和化學漿液的方式外，還可以在基坑背側采用高壓旋噴加固，對于30 m以上較深的基坑可采用全方位高壓噴射（MJS）、雙高壓旋噴（RJP）或超高壓噴射攪拌成樁（N-Jet）等加固工法進行修復。

3.3 圍護結構缺陷的加固措施

圍護結構如果存在比較嚴重的質量缺陷會影響圍護結構的受力，進而造成支撐體系的不穩定，釀成災難性后果，因此在圍護修復后基坑開挖前，應先采取圍護結構加固措施。

常用加固措施主要有：鉆孔灌注樁與高壓旋噴樁結合的措施、勁性水泥土攪拌墻（SMW）工法樁措施、補墻措施、人工地層凍結后的被動加固措施等5個方面。

4 防滲堵漏治涌的新技術新材料

近幾年，治理滲漏技術有了很大的發展，一些復雜特殊的基坑圍護結構的滲漏治理和結構修復加固采用了凍結法施工技術，最新研發的微創修復高聚物注漿技術極大地促進了基坑圍護工程的滲漏水治理和修復技術的發展，解決了很多堵漏技術難題。

4.1 凍結法施工技術

凍結法是利用人工制冷技術，使地層中的水凍結，把天然土變成凍土，增加其強度和穩定性，形成隔絕地下水與地下工程聯系的凍結壁。尤其是在特殊地質和工程條件下，它基本不受支護范圍和支護深度的限制，能夠有效地防止涌水、涌砂以及控制地下工程相鄰土體的變形。

國內外大量的工程實踐表明，應用凍結法進行滲漏治理具有安全可靠、適應性廣、靈活性好、可控性好、污染性小、經濟合理的特點，隨著加固深度的加大，經濟性越來越明顯。

4.2 微創修復高聚物注漿技術

4.2.1 高聚物封閉注漿技術

通過高壓注射系統和注漿導管，將雙組分高聚物材料注入封閉的土工織物袋。材料發生化學反應后體積迅速膨脹并固化，從而快速封堵管涌通道，或封閉注漿孔，防止漏漿。

4.2.2 高聚物劈裂注漿技術

利用靜壓方法使“雙翼型”成槽板在圍護結構背側形成定向劈裂槽。采用導管注漿技術向槽內注入高聚物注漿材料。

材料發生化學反應后體積迅速膨脹，產生的膨脹力超過土體的抗拉強度時，即沿成槽板引導的方向將土體劈開，連接形成超薄型高聚物防滲體系。

4.2.3 超薄型高聚物防滲墻注漿技術

采用特制的“三錐頭”成槽板和靜壓成槽裝備，在圍護結構背側形成連續的防滲墻槽模。通過注漿導管從槽底注射高聚物材料，并按一定速度連續提升注漿。材料發生化學反應后體積迅速膨脹，填充滿槽模并固化，并與相鄰槽模連續膠結，形成連續超薄型高聚物防滲墻。

4.3 非水反應的發泡聚氨酯材料

非水溶性聚氨酯是由多異氰酸酯和多羥基化合物聚合而成的高分子材料。該材料不溶于水，只溶于有機溶劑中，其主要性能如下。

1）非水溶性的，遇水開始反應，不易被地下水沖稀，可用于動水條件下堵漏，封堵各種形式的地下漏水，止水效果好。

2）漿液遇水反應時，放出CO2氣體，使漿液產生膨脹，并向四周滲透擴散，直到反應結束時為止。由于膨脹而產生了二次擴散現象，因而有較大的擴散半徑和凝固體積比。

3）漿液黏度低，可注性能好，可與水泥注漿相結合；采用單液系統注漿，工藝設備簡單。

4）固砂體抗壓強度高，一般在0.6～1.0 MPa。

5）抗滲性能好，滲透系數可達10-6～10-8cm/s。

5 結語

對本文相關內容進行總結，可以得到以下結論：

1）預防圍護結構質量缺陷的關鍵是加強施工過程中的質量控制。

2）基坑滲水采取被動措施可以完全修復好。

3）大的漏水必須采取主動措施修復，修復前必須掌握漏水的位置和原因。

4）圍護工程的結構損傷修復必須與相應的加固措施配合，確保基坑開挖的安全。

5）新材料和新技術在防治圍護工程滲漏水方面的效果非常明顯，應用前景廣闊，需要進一步的推廣。