工作井承壓水滲漏成因及對策

蔡曉斌 王正英

摘 要：近年來，我國城市地下工程數量劇增。基坑開挖深度越來越大，承壓水對地下工程的影響顯著。本文介紹了上海某工程遇到工作井承壓水滲漏時所采取的一系列解決措施，供同行參考。

關鍵詞：承壓水滲漏;成因;工作井

中圖分類號：TD745.2文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）05-0082-03

Abstract： In recent years， the number of urban underground projects in China has increased tremendously. The excavation depth of foundation pits is getting larger and larger， and the effect of confined water on underground engineering is significant. This paper introduced a series of measures taken in a project in Shanghai when it encountered the leakage of confined water from a working well， for the reference of colleagues.

Keywords： leakage of confined water;cause of formation;working well

某工作井外包尺寸為30.2 m×30.2 m，圍護結構為63 m、深1 200 mm厚的地下連續墻，地下連續墻接頭形式為十字鋼板[1]。基坑設9道鋼筋混凝土支撐，每一道支撐的平面位置上設4根角部斜撐和2根十字直撐，為減小直撐的長細比，在2根直撐下面設置了5根格構柱。基坑開挖采用明挖順筑法施工，基坑開挖深度為39.2 m，局部達到41.2 m。

工作井內現澆內襯墻結構，厚度自上而下逐步增大，內襯墻內側為迎水面。內襯墻自上而下進行逆做法施工，即在開挖過程中，從第二道圍檁澆筑完成起，每一道圍檁澆筑完成后開始其上部的內襯墻施工。工作井內襯墻分為下一層至下八層，共8層結構。

1 工程概況

1.1 工程地質

工作井基坑開挖范圍內有：①1層人工回填，主要為素填土或含較多植物根莖的耕植土，厚度約1.30 m。②3層灰黃～灰色砂質粉土，層頂埋深為1.30 m，厚度約為18.4m。④層灰色淤泥質黏土，層頂埋深為19.7 m，夾少量薄層粉性土，刀切面光滑，含少量貝殼碎屑，呈流塑狀，高壓縮性，厚度約為6.9 m。⑤1層灰色黏土，層頂埋深為26.6 m，含鈣質結核及腐植質，呈軟塑狀，高壓縮性。厚度約為3.1 m。⑦1-2層灰色砂質粉土，層頂埋深為53.8 m。含氧化鐵斑點、云母片及少量黏土，頂部夾黏土較多，呈中密-密實狀，中壓縮性。⑦2層灰色細砂，層頂埋深為62.5～63 m，地下墻坐落在⑦2層上。

1.2 水文地質

1.2.1 潛水。工程場地淺部土層中的地下水類型為潛水。根據勘探孔實測資料，施工部位靜止地下水平均埋深為1.28 m。

1.2.2 承壓水。工程場地分布的⑦層為第一承壓含水層，其頂板標高為-41.23～56.64 m;⑨層則為第二承壓含水層。本區域⑦、⑨層中承壓水水量較豐富，所處的地層⑥層缺失，⑦層與⑨層承壓水相連通，承壓水水頭埋深淺，實測承壓水水頭標高為-3.36～-6.76 m。深基坑施工中應降低承壓水的水位，防止發生突涌。

1.3 工程特點與難點

1.3.1 超深承壓水降水。施工場區場地下第⑦層為承壓含水層，第⑤2層和第⑦1-2層有一定的水力聯系，具微承壓水特性。而由于圍護結構的施工工藝限制，無法隔斷承壓含水層，故基坑內外承壓含水層存在水力聯系、有補給，抽排水量大，且場地周邊為農田，排水受限。

1.3.2 超深基坑圍護變形控制。本工作井基坑外包尺寸為30.2 m×30.2 m，基坑開挖深度為39.2 m，局部達到41.2 m。基坑內采用鋼筋混凝土支撐體系，圍檁及支撐內鋼筋量大，施工困難，導致開挖面暴露時間偏大，從一層土開挖到下一道支撐澆筑完成最大需時為9天，對控制基坑圍護變形相當不利。

1.3.3 圍護結構防滲。本工作井深度大，地下連續墻外側水壓力高，開挖到設計坑底標高時，圍護結構內外的水頭差將達到0.4 MPa，在高水壓力下，如地下連續墻接縫部位存在質量缺陷而發生滲漏，將引發泥水突涌，對基坑及周邊環境的影響極大[2]。

2 工作井承壓水滲漏情況

工作井于2019年9月18日完成最后一道中隔墻澆筑，隨后移交給盾構施工單位進行盾構出洞施工。11月13日13：45左右，西北角預留盾構洞門圍檁下內襯墻水平施工縫出現漏水情況。15：10左右，參建各方項目負責人隨后趕到現場組織堵漏。現場觀察發現，漏水點位于基坑第九道圍檁下部內襯墻水平施工縫近預埋盾構洞圈間，滲漏點深約為36.5 m，為水平狀縫隙，長約為50 cm。水量約2吋（內徑相當于5.08 cm）管出水大小。當日用快硬水泥封堵，未取得效果。通過對滲漏水取樣觀察，13日滲漏水夾帶少許泥沙，14日后滲漏水基本為清水，水量基本穩定在15～20 m3/h。

在快硬水泥封堵無效情況下，各方研究決定以袋裝水泥對漏點周圍進行臨時封堵，并對中隔墻第九道支撐上部的預留洞口用槽鋼封堵，防止水淹過中隔墻進入盾構所在倉。同時，通知堵漏施工人員，使注漿加固使用的設備、材料等進場。參建各方安排人員24 h值班;相關領導保證通信聯絡24h暢通;加密監測頻率。

3 工作井堵漏處理經過

經分析，可能的滲水情況為以下兩種：一是基坑外側地下墻接縫處滲漏，該部位施工縫處混凝土不密實出現滲漏通道;二是由于抽排的承壓水淹沒周邊農田，停抽承壓水，造成9月7日晚工作井西北倉底板發生泄水孔滲漏事件，因此底板下土體可能存在不密實現象，從而產生⑦2層承壓水滲漏通道，但底板打孔風險太大，不敢輕易施工。

11月14日上午，在基坑外側地下墻接縫處距基坑邊線600 mm處鉆1#孔至41m處，壓住1t聚氨酯，觀察基坑內漏水點無聚氨酯流出，水量亦沒有減少。下午在距原孔位800 mm，距基坑邊線400 mm處鉆2#孔至40 m處，在37～40 m范圍內壓住水泥漿10 t及1 t水玻璃，觀察基坑內漏點無水泥漿漏出，漏水量亦沒有減少。

11月15日上午Atlas鉆機進場，在洞門范圍右側地下墻接縫處距基坑邊線40 cm處鉆3#孔45 m深，至39 m處時，發現漏點處水面有大量氣泡冒出，分析為Atlas鉆機壓縮空氣竄入基坑內，遂壓注1 t聚氨酯，觀察漏點有少量未完全發泡的聚氨酯顆粒，然后又連續壓注2 t聚氨酯，仍只有少量聚氨酯顆粒流出，水量亦沒有明顯減少。

11月16日，克虜伯鉆機在距基坑邊線40 cm處打設4#孔至45 m，壓注10 t水泥漿后，基坑內漏點及水量沒有變化，14：45左右，發現水泥漿液從相距5 m左右的地面冒出，遂壓注水玻璃封堵后停止注漿。

11月18日，參建各方在現場再次舉行了專題會，根據會議要求，采取了以下措施。其一，地面注漿不停，決定后期針對開挖過程中地下墻滲漏較多的西北角轉角幅外側鉆多孔壓注水泥漿。18—25日，在西北轉角幅外側400 mm左右打設5#～11#孔（深43 m）壓注水泥漿，每孔壓注水泥約10 t，壓注范圍為36～43 m。其二，在井內打設樣孔以尋找漏水通道。11月20日在漏水點西側第九道圍、檁底面位置處打設1#樣孔，樣孔為水平略向下傾斜，打設深度約為2 m（取芯樣顯示已打至地下墻內側主筋），在打設到50～100 mm深度時，有水噴出，在安裝防噴裝置后直到深度達到2 m，一直沒有水噴出。

11月21日，在第九道圍檁頂面洞圈中軸線離地下墻約400 mm處，打設2#垂直樣孔至洞圈最低點下部（孔深1 440 mm，第九道圍檁高1 100 mm，取芯樣顯示已穿過鋼洞圈約300 mm），無水冒出。

11月22日，在3#樣孔西側約400 mm且離地下墻約900 mm處打設3#垂直樣洞，樣孔基本位于最大滲漏點正上方。樣孔打至鋼洞圈下約50 mm處時，孔內有水噴出，高出第九道圍檁約700 mm。遂壓注聚氨酯6桶（300 kg），聚氨酯從滲漏點流出后發泡，漏點出口處有大量發泡聚氨酯，但未能完全封堵滲漏水。

11月23日、24日，在3#樣孔西側約1 m處打設4#、5#樣孔，在鉆孔至900 mm深處時，鉆機無法取芯，鉆頭2次斷裂，分析為鉆到鋼洞圈豎向錨筋，此孔位無法繼續鉆芯。

11月25日，在原先壓注聚氨酯的3#孔位重新鉆孔疏通，以便重新啟用為泄水孔，但出水量明顯比原先壓注聚氨酯前小。

11月26日，在5#樣孔東側緊貼5#孔位置打設6#樣孔，鉆深至1 200 mm左右時有大量水冒出。11月28日在3#孔東側打設7#孔，鉆深至140 cm左右，無水冒出。于是在3#、5#孔位之間打設8#探孔，鉆深至120 cm左右出水，水量略小于6#孔。因此，分析滲漏范圍基本為3#、6#、8#孔位所在的1.2 m范圍。

此時，滲漏點水量大量減少，但仍有少量滲漏。對6#、8#孔出水進行引流，然后對原滲漏點進行嵌縫封堵，6#及8#樣孔出水量有所增大，水量基本為2根[Φ]48鋼管滿流。

參建各方在現場召開了第三次封堵方案專題會，認為地下連續墻外側、結構滲漏部位已經打設多孔注漿封堵均無效果，因此底板下土體可能存在不密實現象，從而產生⑦2層承壓水滲漏通道，承壓水通過地墻與內襯結構之間水平施工縫薄弱點流出。會議決定，在工作井西北倉靠近滲漏點位置，底板安裝防噴裝置打設注漿孔，壓注混合墨汁的水，如有墨汁水從滲漏處流出，就證明滲漏水源在工作井底板下，再進行注漿封堵。

注漿孔直徑為[Φ]32 mm，孔深約為2.1 m，要求穿透1.8 m厚的鋼筋混凝土底板和0.3 m厚素混凝土墊層。

開孔步驟（防噴裝置）如下：在設計孔位用金剛石取芯鉆鉆進孔口管安裝孔。取芯鉆頭直徑[Φ]50 mm，鉆進深度300～350 mm;安裝孔口管，在孔口管有魚鱗扣部分纏繞麻絲，纏繞麻絲厚度應足夠，以用3.63 kg鐵錘能將孔口管打入鉆孔內為宜;在孔口管于工作井底板上層主筋間焊接拉筋，拉筋采用[Φ]12 mm鋼筋，數量為3根，平面上基本均勻布置，與孔口管和底板鋼筋焊接的焊縫高度不小于5 mm，雙面焊縫長度不小于25 mm;在孔口管內注雙液漿或聚氨酯，至注漿壓力達到0.6 MPa未發現孔口管與底板混凝土間隙不滲漏為止;在孔口管上安裝耐壓不小于1.0 MPa的DN40閘閥;注漿2 h后在孔口管內用[Φ]32 mm鉆頭取芯鉆進，鉆進深度至1 600 mm;在孔口管上安裝旁通管及DN15球閥，球閥耐壓不得低于1.5 MPa。再用變徑接頭連接止水裝置;通過止水裝置和孔口管繼續鉆進，在快鉆透工作井底板時止水裝置內盤根要壓緊，并打開旁通閥門;鉆透工作井底板，然后退出鉆頭至閘閥與止水裝置之間，關閉閘閥;移走鉆機，拆除止水裝置，安裝DN50球閥，并在旁通管上安裝水壓表。

11月29日，在工作井西北倉靠近滲漏點位置，底板打設注漿孔，當鉆深至2 200 mm左右時（底板+素砼墊層厚度約2 100 mm），承壓水攜帶大量泥沙冒出底板，隨即關閉防噴裝置閥門。先壓注混合墨汁的顏料水，大約2 min后，滲漏部位有大量墨汁水流出，證明滲漏水源在工作井底板下，注漿孔已與滲漏點連通。然后按照第三次專題會制定的方案，立刻壓注聚氨酯，在壓注0.7 t聚氨酯后，由于壓入量的積累造成壓注壓力較高，第九道圍檁下部施工縫出現多處滲漏點，同時夾帶大量聚氨酯反應生成的氣體漏出，繼續壓注聚氨酯至1 t。大約5 min后，引流管中出水量逐漸減小，同時有發泡的聚氨酯從引流管中流出，西北轉角處第九道圍檁下水平施工縫中的滲漏點亦逐個消失，最后各個漏點均停止滲漏。

4 工作井沉降監測情況

漏水事情發生后，立即通知委托的監測單位進場進行沉降監測，并要求盾構推進單位進行平行觀測，監測頻率為每天2次（11月22日以后改為每天1次）。監測數據顯示，井體及周圍地面的沉降較小，每天沉降量不足1 mm，且在不足1 mm范圍內上下波動，工作井四角沉降值比較均勻，累計最大沉降量約為3.6 mm（J4監測點在西北角）。由此可證明，此次滲水事件所滲的是⑦2層承壓水，基本沒有土體流失，工作井是穩定的。

5 結語

受承壓水影響，在基坑內降壓井未封堵工況下（降壓井運行可避免結構上浮），結構底板要避免設泄水井;坑內降壓井封堵時間、方案需要設計單位確認，以減小承壓水突涌風險。另外，抽排承壓水要考慮好排水途徑、雙電源切換，確保不間斷降水運行。工作井西北倉發生泄水孔滲漏、承壓水止水頂板地層水土流失，出現滲漏通道，造成下部⑦2層承壓水上涌，是此次滲漏的主要原因。工作井出現滲漏，首先要分析水的來源，再制定處理措施;采取通過顏料找到滲漏水源的方法，是解決問題的關鍵。工作井采用逆作法內襯墻結構，水平施工縫鋼板止水措施需要優化，尤其是盾構鋼洞圈下部狹小空間位置水平施工縫。地下連續墻“十字鋼板”接頭止水效果較明顯。但十字鋼板接頭入槽后要吊入反力箱及反力管，工序復雜，時間長，而且拔除接頭管和反力箱會經常出故障，影響施工，因此，地下連續墻墻縫接頭形式將是今后超深基坑施工研究的重點。

參考文獻：

[1]鄭國華.長江邊超深基坑施工關鍵技術淺析[J].城市建設理論研究，2011，（23）：1-5.

[2]湯競.軟土地下工程動態風險管理研究及其工程應用[D].天津：同濟大學，2019.