雙液旋噴施工對周邊環(huán)境的影響分析

朱金彬

上海地鐵維護(hù)保障有限公司 上海 200233

隨著地下空間開發(fā)的不斷深化，深基坑工程趨向復(fù)雜，軟土地區(qū)土體形成多以沉積為主，土層差異明顯，其中砂性土富含承壓水，對深基坑工程威脅較大[1]。受土層影響，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)，如地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁等，實(shí)施質(zhì)量易出現(xiàn)缺陷，再加上人為因素，很多深基坑工程在開挖階段出現(xiàn)滲漏水問題。

雙液旋噴工法是比較新型的堵漏方法，其經(jīng)濟(jì)性好，堵漏效果好，適用的滲漏范圍大、深度深，已有多個(gè)成果的應(yīng)用案例。但除了考慮堵漏效果，還要保證基坑安全，規(guī)避周邊管線等損壞，研究雙液旋噴施工對周邊環(huán)境的影響具有重要意義。

1 工程概況

蘇州某項(xiàng)目基坑形狀不規(guī)則，基坑周長415 m，面積1 0681 m2。圍護(hù)結(jié)構(gòu)有以下幾種：西側(cè)鄰近地鐵采用2排三軸攪拌樁止水帷幕＋鉆孔灌注樁（φ800 mm@1 000 mm），開挖深度10 m；北側(cè)和東側(cè)地庫區(qū)域采用1排三軸攪拌樁止水帷幕＋鉆孔灌注樁（φ1 000 mm@1 400 mm），開挖深度10～13 m；南側(cè)2層地庫區(qū)域采用放坡＋SMW工法（型鋼間距1 200 mm，三軸攪拌樁樁徑850 mm），開挖深度10 m；主樓局部深坑區(qū)域采用鉆孔灌注樁（φ700 mm@1 000 mm）作為重力式支護(hù)形式，未設(shè)置隔水帷幕；主樓坑底采用高壓旋噴樁作為側(cè)壁支護(hù)，并利用旋噴樁封底，開挖深度16～21 m。

本工程不良地質(zhì)主要為⑤2層粉土夾粉質(zhì)黏土或⑤3層粉土微承壓水層，其富水性、透水性中等-較好，補(bǔ)給來源為地下徑流補(bǔ)給，排泄方式以地下徑流及人工抽吸為主。勘察期間實(shí)測微承壓初見水位標(biāo)高在0.95～1.17 m之間，穩(wěn)定水頭標(biāo)高在0.85～0.90 m，隨季節(jié)變化地下水位有升降，年變幅0.80 m左右。

第I承壓水上段主要賦存于⑨1粉土、⑨2粉質(zhì)黏土夾粉土、⑨3粉土層中，補(bǔ)給來源主要為承壓水的越流補(bǔ)給及地下徑流補(bǔ)給，其富水性及透水性均較好，該層埋深在自然地面下30 m左右，其上有較好的隔水層⑥粉質(zhì)黏土、⑦粉質(zhì)黏土層，具有相對較好的封閉條件。其穩(wěn)定水位標(biāo)高為－2.86～－2.80 m。

2019年8月25日，基坑在開挖坑中坑時(shí)，局部深坑已部分到底，出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，且局部深坑南側(cè)部分區(qū)域出現(xiàn)塌陷，主樓西側(cè)圍護(hù)樁漏水點(diǎn)明顯，且水量較大、攜帶泥砂。項(xiàng)目部及時(shí)回填局部深坑區(qū)域土方，防止3層區(qū)域支護(hù)踢腳破壞。滲漏發(fā)生后坑外西北角局部沉降加劇，沉降數(shù)據(jù)達(dá)7 cm，水位下降明顯，從5 m下降至12 m。前期采用坑外雙液注漿手段，根據(jù)水位的變化情況，具有強(qiáng)烈的波動(dòng)性，注漿抬升、停止后回落，說明圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏一直存在。9月6日搶險(xiǎn)單位進(jìn)場，提出雙液旋噴方案進(jìn)行封堵。

2 雙液旋噴設(shè)計(jì)

為彌補(bǔ)圍護(hù)結(jié)構(gòu)缺陷，防止水土進(jìn)一步流失，設(shè)計(jì)采用雙液旋噴進(jìn)行鄰近地鐵側(cè)搶險(xiǎn)堵漏及加固。為規(guī)避對已成基坑及周邊環(huán)境的影響，樁體深度設(shè)定為止水帷幕至坑底墊層標(biāo)高。樁體間距根據(jù)灌注樁間距中心布置，間距1 000 mm，樁徑800 mm[2]，設(shè)計(jì)樁深28 m，樁長17 m，樁底進(jìn)入不透水層1 m，樁頂至已開挖基坑墊層下部，針對軌道側(cè)及其他區(qū)域水位降深處設(shè)計(jì)。

雙液旋噴施工對地鐵結(jié)構(gòu)的影響分析：地鐵隧道采用明挖法施工，結(jié)構(gòu)形式相對于盾構(gòu)法隧道剛度更大，底部設(shè)有工程樁，樁底深度大于雙液旋噴的施工深度。施工區(qū)域土層的物理性能見表1。

表1 施工區(qū)域土層的物理性能

根據(jù)平均厚度和內(nèi)摩擦角計(jì)算，平均內(nèi)摩擦角15.3°，根據(jù)破壞理論的計(jì)算公式，滑移面為45°＋φ/2[3]，影響分析角度為45°＋15.3°/2＝52.65°，樁體深度28 m時(shí)，施工影響的主要范圍為21 m，地鐵隧道與在建基坑的最近距離為28 m，施工對隧道的影響較小。

3 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1監(jiān)測點(diǎn)布置

本工程為了保證施工期間基坑安全，避免對鄰近輕軌線路產(chǎn)生不良影響，在鄰近軌道一側(cè)設(shè)置了地下水位、樁體變形、地面沉降、圍護(hù)樁頂部垂直位移及水平位移等監(jiān)測點(diǎn)。

水位監(jiān)測點(diǎn)布置于軌道側(cè)距離基坑邊沿7 m處，間隔20 m，共設(shè)置SW09、SW10、SW11、SW12四個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)SW09垂直距離輕軌最遠(yuǎn)，間隔約26 m，監(jiān)測點(diǎn)SW12垂直距離輕軌最近，間隔約17 m。

沉降監(jiān)測點(diǎn)布置于軌道側(cè)距離基坑邊沿2 m處，間隔20 m，共設(shè)置DM7、DM8、DM9、DM10四組監(jiān)測點(diǎn)，每組監(jiān)測點(diǎn)按照3、5、7、9 m間距向輕軌方向各布設(shè)5個(gè)監(jiān)測位置。

樁基側(cè)向變形監(jiān)測搭設(shè)在鉆孔灌注內(nèi)，間隔20 m，共設(shè)置CX10、CX11、CX12、CX13這4個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 軌道側(cè)監(jiān)測點(diǎn)布置

3.2監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.2.1 雙液旋噴對地下水位的影響

2019年8月25日，局部深坑已部分到底，局部深坑區(qū)域出現(xiàn)流砂現(xiàn)象，且南側(cè)部分區(qū)域出現(xiàn)塌陷。軌道側(cè)水位于8月26日出現(xiàn)突變，突變最大位置為SW10，達(dá)到最大變化值－7 970 mm，周邊各點(diǎn)水位下降數(shù)值圍繞SW10向兩側(cè)遞減，從監(jiān)測數(shù)據(jù)中可以判斷圍護(hù)結(jié)構(gòu)缺陷位置位于SW10附近。8月31開始進(jìn)行雙液注漿，各點(diǎn)水位在波動(dòng)，說明雙液注漿并未起到明顯效果，隨著擾動(dòng)及變形，其他點(diǎn)水位也開始出現(xiàn)較大降幅。9月5日，主樓區(qū)域坑底出現(xiàn)暗涌，坑內(nèi)回填至第3道支撐底進(jìn)行反壓。9月6日開始采用雙液旋噴施工，之后監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示周邊水位基本恢復(fù)并保持穩(wěn)定，如圖2所示。可以看出雙液旋噴施工達(dá)到了較好的堵漏效果，迅速有效地遏制了基坑滲漏情況的進(jìn)一步惡化。

圖2 軌道側(cè)地下水位監(jiān)測變化曲線

3.2.2 雙液旋噴對周圍地面沉降情況的影響

軌道側(cè)9月4日開始出現(xiàn)沉降，9月5日發(fā)現(xiàn)基坑涌水，最大沉降值增大至7 cm，最大沉降位置出現(xiàn)在監(jiān)測點(diǎn)DM9-2、DM10-2位置，緊鄰基坑且向軌道方向延伸；而在監(jiān)測點(diǎn)DM9-3與DM10-3的位置，同樣出現(xiàn)了較大沉降值。9月6日開始雙液旋噴注漿施工，9月7日監(jiān)測數(shù)據(jù)即顯示出周邊地面沉降變化開始趨于穩(wěn)定，水土流失情況得到較好的控制。

9月20日，2號(hào)機(jī)施工雙液旋噴時(shí)，監(jiān)測點(diǎn)DM8-1、DM8-2區(qū)域出現(xiàn)2 cm隆起情況，如圖3所示。在滲漏情況下，由于大量壓力釋放至坑內(nèi)，在滲漏停止后，雙液旋噴的漿液堆積在地下，當(dāng)空洞填充密實(shí)后，開始產(chǎn)生隆起等現(xiàn)象。

圖3 軌道側(cè)周邊地面沉降監(jiān)測情況

3.2.3 雙液旋噴對鄰近已有樁基的影響

為對比不同參數(shù)施工對環(huán)境的影響，選用2種施工參數(shù)：1號(hào)機(jī)選用XP-120高壓注漿泵，轉(zhuǎn)速500 r/min，壓力20 MPa，流量60 L/min，硅酸鈉溶液（水玻璃）2 MPa，流量20 L/min，對應(yīng)測斜CX12、CX13；2號(hào)機(jī)選用XPE-90高壓注漿泵，轉(zhuǎn)速900 r/min，壓力35 MPa，流量90 L/min，硅酸鈉溶液2 MPa，流量30 L/min，對應(yīng)測斜CX10、CX11。

9月14日，施工鄰近測斜管CX10位置雙液旋噴樁，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示樁體變形單次最大變量18 mm，9月16日CX10累計(jì)變量為58.71 mm，超出累計(jì)變化控制值±35 mm，如圖4所示。

圖4 CX10樁體測斜變化趨勢

9月18日，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示西側(cè)樁體測斜CX11單次變量30.35 mm，9月19日累計(jì)變量達(dá)71.52 mm，超過累計(jì)變化控制值，如圖5所示。

圖5 CX11樁體測斜變化趨勢

9月18日，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示西側(cè)樁體測斜CX12單次變量13.19 mm，9月19日累計(jì)變量達(dá)51.05 mm，超過累計(jì)變化控制值，如圖6所示。

圖6 CX12樁體測斜變化趨勢

9月8日，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示西側(cè)樁體測斜CX13單次最大變量28 mm，9月11日累計(jì)變量44.97 mm，超過累計(jì)變化控制值，如圖7所示。

圖7 CX13樁體測斜變化趨勢

根據(jù)以上鄰近已有樁基側(cè)向變形監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，基坑排樁圍護(hù)變形值均已超過報(bào)警值，并且各監(jiān)測位置的監(jiān)測曲線變化基本類似，均呈現(xiàn)出上部10 m左右變化小，10～16 m范圍內(nèi)變形值變大，16 m以下變形值減小的趨勢。

雙液旋噴采用的高壓高流量漿液，并具有速凝效果，孔口無法上翻泄壓，在坑內(nèi)無滲漏的情況下，漿液固化體在土體內(nèi)堆積，對周邊產(chǎn)生較大的側(cè)向擠壓。由于雙液旋噴的施工樁頂僅至開挖深度底面，在雙液旋噴施工前，該基坑完成開挖深度10 m，基坑內(nèi)3道支撐梁已施工完畢，地面以下10 m范圍內(nèi)的灌注樁已經(jīng)形成了較強(qiáng)的樁頂約束，故10 m以上沒有明顯變形。灌注樁深度26 m，18 m位于噴漿區(qū)域灌注樁中心，隨著固化體積累，在16 m深度處出現(xiàn)最大變形點(diǎn)。

4 結(jié)語

采用雙液旋噴工法進(jìn)行本工程堵漏，水位恢復(fù)并未出現(xiàn)反復(fù)，地面沉降趨于穩(wěn)定，堵漏效果良好。但雙液旋噴施工過程中，會(huì)產(chǎn)生較為明顯的擠土效應(yīng)，引起圍護(hù)樁傾斜變形超出3.5 cm，并造成局部地面隆起2 cm。其影響與工藝本身原理有關(guān)，影響程度和距離可以參考本文進(jìn)行評(píng)估。雙液旋噴對灌注樁樁體的側(cè)向位移影響明顯，局部最大累計(jì)達(dá)到7 cm，且累計(jì)變形與施工參數(shù)具有正相關(guān)性，建議調(diào)整施工參數(shù)控制其對側(cè)向土體的擠壓效應(yīng)。在滲流狀態(tài)下，壓力釋放至坑內(nèi)，當(dāng)封堵完成后，宜根據(jù)孔口冒漿情況，調(diào)整提升速度，減少對環(huán)境的影響。控制樁頂標(biāo)高上部不進(jìn)行擾動(dòng)，可以減小對地面隆起的影響，根據(jù)滲漏位置進(jìn)行樁頂標(biāo)高設(shè)計(jì)。故在施工前應(yīng)當(dāng)詳細(xì)了解周邊環(huán)境，進(jìn)行有針對性的設(shè)計(jì)，并在施工過程中加強(qiáng)監(jiān)測，規(guī)避環(huán)境影響事故的發(fā)生。