超深基坑內⑨層井廢井封井方法研究

韓 澤 亮

(上海市基礎工程集團有限公司，上海 200002)

1 工程概況及背景

1.1 工程概況

硬X射線自由電子激光裝置是我國“十三·五”規劃重點科技項目，它是目前世界上最為先進的X射線光源，它將覆蓋整個X射線波段，可以支撐十幾條世界一流的光束線和數十個實驗終端，為物理、化學、生物、醫藥、材料、能源、環境等領域，提供最新一代的大科學實驗平臺和前所未有的研究手段，它的出現將會推動我國科學技術的發展進入一個全新的階段。項目位于上海軟土地區，其中一號工作井基坑呈類矩形，最大開挖深度達到40.6 m，開挖過程中需降⑨層承壓水，坑內布置了⑨層降壓井和⑨層觀測井(見圖1)。

1.2 地質水文條件

本工程區域基本為上海市正常沉積地層，分布有①1層為人工填土；②層為褐黃～灰黃色粉質黏土；③層為灰色淤泥質粉質黏土夾黏質粉土；④層為灰色淤泥質黏土；⑤1層為灰色黏土；第⑥層暗綠～草黃色黏性土，下部分別為⑦1層砂質粉土和⑦2層粉細砂；⑧21層灰色粉質黏土與粉砂互層；⑨層為青灰色粉細砂；層為青灰色粉細砂；各土層基本以水平狀沉積為主，分布穩定，層面起伏較小。

一號井場地區域有第Ⅰ承壓含水層(⑦1,⑦2層)，第Ⅱ承壓含水層(⑨層)，第Ⅲ承壓含水層(層)。第Ⅰ承壓含水層頂板標高為-23.17 m～-40.22 m，水位埋深為標高-1.40 m～-2.64 m，第Ⅱ承壓含水層第⑨層(局部為第⑧22層)頂板標高為-61.98 m～-77.01 m，水位埋深為標高-4.78 m～-7.04 m。

1.3 事件經過

2019年6月，一號工作井在正式開挖前進行了第一階段⑨層承壓水抽水試驗。期間一口編號為1Y9-2的降水井發生水泵掉落事故，撈出水泵后繼續試驗。

按照試驗程序開啟1Y9-2降壓井(見圖1)，后發現水質較渾濁，大約2 min后發現井口出砂(見圖2)，立即停止抽水。檢查發現地面軟管中砂土沉淀較多，經與土層展示柜土層樣品比較，確認沉淀砂土為⑨層砂。水泵拔出后，測量井管深度為77 m，與設計井深83 m相比，井管內沉積物高度約為6 m。判斷可能原因為：之前掉落的水泵將井管底砸壞(見圖3)，水泵成功打撈后，測試井管深度正常，但在開始大量抽取⑨層水時，水流將⑨層土從破壞的井管底部帶入井管，砂土經由泵管抽至地面。

考慮到該⑨層井位于基坑內，在基坑開挖過程中該井存在成為⑨層承壓水的滲漏通道的可能，因此必須進行妥善的處理。

2 坑內廢井處理方案比選

根據以往的拔樁、清障經驗，設計出3種可行性方案進行比選：

方案一：全套管全回轉鉆機清障拔井后封閉鉆孔；

方案二：沖孔灌注樁機清障后封閉鉆孔；

方案三：保留井管，井管外側MJS封堵，井內灌注混凝土及注漿封堵。

方案一：全套管全回轉鉆機清障拔井后封閉鉆孔。

采用φ1 200 mm全套管全回轉鉆機，利用套管的自重力、夾持機構回轉力和夾持機構壓力的復合作用下逐步增大第一節套管鉆頭負荷，開始回轉切削，然后用落錘抓斗抓去套管內井管。拔井后的鉆孔采用水泥土回填至地面，同時為防止⑨層承壓水沿鉆孔突涌，采用MJS工法對地下40 m～70 m范圍(坑底至⑧層底)的鉆孔進行旋噴加固。

方案二：沖孔灌注樁機清障后封閉鉆孔。

沖孔灌注樁機利用機械將沖錘提升到適當高度，利用沖錘自由下落產生的沖擊力將井管從地面沖擊至地面以下約70 m(⑧層以下)，之后采用水泥土將鉆孔回填至地面。

方案三：保留井管，井管外側MJS封堵，井內灌注混凝土并注漿。

由于井管出過砂，井管外回填料的結構形式很可能發生破壞，為防止基坑開挖過程中，⑨層承壓水沿著井管壁涌出，采用MJS工法對井管外側40 m～70 m進行旋噴封堵。井管內采用細石混凝土二次回填，并在井管濾管段附近采用注漿管進行注漿處理。

方案比選：

1)方案一成本最高、工期最長；

2)方案二尚無處理如此深度井管的先例，且存在井管被沖擊偏位或折斷后難以處置的問題；

3)方案三對井管內、外分別封堵，在進行底板墊層澆筑之前割除底板以上井管，工藝成熟穩定，工期短、成本低。

綜上比較，選擇方案三作為廢井的最終處理方案。

3 方案實施

3.1 井外處理

3.1.1MJS設計施工方案

本工程⑨層降壓井成孔直徑為850 mm，井管直徑為325 mm。井管與孔之間回填依次采用中粗砂回填8 m；黏土球回填12 m；混凝土回填24 m；最后用黏性土回填至地面。井管周圍土質較差，為防止⑨層承壓水沿井管突涌，故采用MJS工法對井周圍土體進行加固。設計MJS樁徑為2 m；旋噴深度為40 m～70 m；旋噴范圍為90°擺噴。以廢井為重心，邊長為2 m布置等腰三角形，以三角形的三個頂點為本次MJS施工的三個中心。保證MJS將井孔周圍土體完全加固(見圖4)。

3.1.2MJS質量控制要點

1)由于MJS旋噴深度達到70 m對預成孔的垂直度要求很高(垂直度不大于1/200)。根據成孔垂直度的要求選用XY-42A型成孔鉆機進行引孔施工，并在成孔過程中時刻關注成孔垂直度，成孔后用成孔垂直度檢測儀器進行檢測待垂直度滿足要求后再進行下步工序的施工(如圖5所示)。

2)根據勘測資料顯示，本工程砂層自穩定性較差，容易塌孔，因此預成孔結束后，清孔，進行PVC管安裝，管直徑200 mm,單節長度4 m，安裝深度自地面以下40 m，更好的保護孔壁穩定性。

3)嚴格按照設計要求的水灰比1∶1制備水泥漿液,水泥漿液要在噴漿前制備好,保證水泥漿液的攪拌充分且不得過度攪拌。噴漿過程中加強漿液比重檢測,控制泥漿比重為(1.5±0.02)g/cm3。

4)噴漿及供漿。根據設計要求設定前臺主機各項運作參數,每步距為2.5 cm,每步距提升時間15 s(擺噴90°),鉆桿旋轉速度為3 rpm/min～4 rpm/min，噴漿壓力不小于40 MPa,噴漿流量85 L/min～100 L/min[1]。

3.2 井內封堵

3.2.1封井流程

1)井內安裝兩根注漿管，注漿管插入深度為80 m；

2)采用導管進行水下細石微膨脹混凝土第一次澆筑；

3)混凝土凝固后井內放置水泵將上部余水抽干；

4)采用細石微膨脹混凝土進行二次澆筑(見圖6)；

5)混凝土澆筑7 d后進行注漿；

6)基坑開挖過程中保留井管，基坑開挖至底后割除坑底以上多余井管；

7)井口焊接止水鋼板封閉。

3.2.2井內兩側埋設注漿管

本工程井管的濾水管為橋式濾水管，水下混凝土與橋式濾水管結合面會因混凝土骨料而結合不密實；或混凝土在進行養護時收縮產生接縫。因此埋設注漿管是用于混凝土與井管濾水管施工縫的永久密封，注漿管直徑為3 cm。

在放置注漿管時，兩個注漿管緊貼井管管壁對稱布置(見圖7)，由于井管內徑較小(325 mm)，防止采用鋼筋環箍固定注漿管時卡住混凝土導管，因此采用人工貼邊下注漿管。注漿管連接處采用綁膠條包住注漿管連接環箍，保證注漿管連接質量的同時防止卡導管。

注漿管下放到位后立即下混凝土導管，導管直徑為10 cm，下放過程中時刻注意注漿管是否異常，如有異常，及時拔出導管進行處理。

在混凝土澆筑7 d之后，首先對任意一根注漿管進行注漿，注漿壓力為2 MPa，另一根注漿管留置備用。在對井管進行拆除之前首先將井管在底板處鑿一洞口，觀察洞口處是否持續有水流溢出。如果洞口處持續有水流溢出，對另一根注漿管進行注漿，如洞口處沒有水流溢出可直接割除井管[2]。

3.2.3井管內采用細石混凝土二次回填

考慮到導管直徑過小，選擇混凝土標號為C25。坍落度選擇(220±20)mm的細石微膨脹混凝土，避免由于混凝土坍落度過小而發生堵管情況。考慮到混凝土達到強度的過程中會產生收縮變形，本工程中的⑨層井封堵采用二次回填澆筑的方法，根據⑨層承壓水抗突涌穩定驗算(安全系數取1.05)，第一次使用水下細石微膨脹混凝土通過導管回填至深度為55 m；澆筑完成后實測井管內混凝土澆筑高度。待初次澆筑混凝土凝固后放置水泵將上部余水抽干，再次回填細石微膨脹混凝土至距地面為40 m。待混凝土與澆筑7 d后通過注漿管注漿，保證井管的永久密封[3]。

3.2.4井口焊接止水鋼板

在基坑開挖完成后將底板墊層以上的井管割除，觀測井內第二次回填面上是否存在滲水，如存在持續滲水再次向井內澆筑水下細石微膨脹混凝土至底板墊層底20 mm，然后在井管口焊接10 mm厚止水鋼板；如未存在持續滲水即可直接在井管口焊接10 mm厚止水鋼板進行后續施工(見圖8)。

4 總結分析

1)MJS工法加固深度深，能滿足⑨層井的處理深度要求；垂直度控制好；水泥漿噴射壓力大，對井管的包裹性好；能夠定向擺噴，對井管附近土體加固的同時對外圍原狀土體的擾動小，同時節約水泥，有一定的經濟效益。

2)井內灌注細石混凝土并注漿屬于常規工藝且無需大型設備，施工簡單占用場地少；兩根注漿管一注一備，有兜底措施的同時也保證了安全性(備用注漿管無需使用時灌注水泥漿即可)。

3)井外MJS加固、井內灌注細石混凝土并注漿的工藝整體操作簡單，耗時短，場地占用少且效果明顯(現場已驗證)。該方法對類似的廢樁、勘探孔、無需拔除的遺落鉆桿等處理問題也有一定的參考價值。

5 結語

1)井外MJS加固、井內灌注細石混凝土并注漿的方法在硬X射線自由電子激光裝置項目廢井處理上取得了成功，可供參考，但內坑⑨層井封堵事關基坑開挖安全，其他項目需要結合現場實際情況來制定方案。

2)事后處理或多或少都存在一定的隱患，與其事后補救，不如事前考慮周全，采取有效措施(比如水泵常掛安全繩，防止跌落)來防止意外發生，保證降水井本身安全，方為上策。