富水易液化砂層地鐵基坑開挖涌水涌砂防治探討

鄭曉飛 中交隧道工程局有限公司南京中心

社會經濟水平不斷提高的背景下，越來越多城市修建了地鐵，但在地鐵車站基坑開挖施工中時常發生涌水、涌砂險情，對周邊環境及人員的生命安全造成了一定的威脅[1]。特別是某些富水易液化砂層的地區會頻繁發生基坑涌水、涌砂事故，嚴重時還可能破壞基坑安全。基于此，針對富水易液化砂層地鐵基坑開挖施工制定涌水涌砂防治措施，已成為順應新時代城市發展的必然選擇。

1 工程概況

沙崗站位于魁奇西路與霧崗路交叉口處，沿魁奇西路設置，靠近魁奇西路南側，呈東南至西北走向，北向為居住用地及商業金融業用地。車站主體基坑標準段深約17.8 m，寬19.2 ～23.6 m，主體段為明挖雙層雙跨鋼筋混凝土箱型框架結構，車站配線段為明挖單層雙跨折形頂板鋼筋混凝土結構[2]。本車站的主體支護結構采用地下連續墻及鉆孔灌注樁，地下連續墻厚度為800 mm，樁直徑為1 000 mm，間距為1 150 mm，樁間采用網噴鋼筋混凝土作為樁間擋土措施。車站長度較長，地層情況變化較大，沙崗站的原始地貌為臺地地貌，地表已被填挖成魁奇西路，地勢較平坦，地面高程一般為5.13 ～7.09 m，上覆素填土、雜填土、淤泥、淤泥質土、淤泥質粉細砂、淤泥質中粗砂、粉質黏土、粉土、粉細砂以及中粗砂，下伏基巖主要為泥巖、砂質泥巖、泥質砂巖以及砂巖。

2 支護結構出現涌水、涌砂的原因及防治技術

2.1 支護結構出現涌水、涌砂的原因

涌水、涌砂絕大部分出現在支護結構地下連續墻的接頭處，少量發生在地下連續墻非接頭處，還有少量發生在基底處。該工程項目的砂層較厚，地連墻施工時如果接縫處理不好，那么極易出現夾泥、夾渣。當開挖基坑時，由于成槽環節刷壁不到位，導致殘留型鋼內部仍然存有泥漿、繞流混凝土、接頭回填沙袋，使得接縫位置形成一個過水通道，并伴隨著涌水、涌砂的情況[3]。

在基坑開挖過程中，地連墻鋼筋籠并未真正進入H 型鋼內，使得接縫處存在開叉和夾泥的情況。這種接縫缺陷引發的后果最嚴重，很可能使得相鄰兩幅地連墻出現錯位、受力不同步的情況，并在基坑變形的影響下發生安全事故。坑外的泥沙將會在接縫開叉處涌進坑內，并在短時間內快速擴散險情，無形中增加搶險的難度。

混凝土澆筑過程中，地連墻易出現質量問題，并且水下混凝土在澆筑過程中很可能受到槽壁失穩、導管堵塞以及導管拔出等外在因素的影響，從而使得地連墻墻身處存在局部夾泥。而墻身質量缺陷又無法滿足設計剛度要求，使得基坑開挖中存在嚴重的變形問題，并且地墻接縫與墻身位置處也伴隨著一定的涌水、涌沙現象[4]。

2.2 具體的防治技術

地鐵車站的開挖深度一般為17.8 m，而砂層主要位于2 ～13 m 的位置，粉細砂層較厚。在基坑外，水土壓力、承壓水的共同作用會導致泥沙從較為薄弱的接縫位置處涌出。車站基坑與既有主干道路之間還有6.5 ～8 m 的距離，市政管線周邊遍布著復雜的管道，一旦發生嚴重的險情就會中斷交通，將會導致管線破裂，且對周邊環境造成惡劣的影響。基于此，為避免基坑開挖施工中發生嚴重的安全事故，在正式施工前應采取以下幾點技術措施。

第一，地連墻施工時要嚴把質量關，嚴格控制泥漿的質量、接頭清理的質量以及混凝土的質量，并做好施工記錄，開挖前針對有問題的地方作補強處理。

第二，地鐵站北側機動車道與基坑之間的距離較小，在前期管線改遷工作中很可能對周邊土體造成不同程度的破壞，充分考慮地連墻施工、降水等外在因素后再規避空洞、脫空等問題，依托于地質雷達著重檢測路面下方是否存在脫空問題或不密實部位，從而采取旋噴注漿加固措施。

第三，分析基坑地連墻接縫、墻身位置處的風險問題時，可以參考地質雷達檢測報告和地墻施工記錄，并在地連墻接縫薄弱避位處實施補強加固處理，接著在基坑外側添設三重管高壓旋噴樁，同時封堵地連墻接縫處，以免基坑開挖施工中發生險情，最大限度地降低變形預警的發生概率[5]。針對墻身缺陷位置采取補強措施時，還需要以整幅墻為主體，將補強范圍擴大為地墻幅寬的兩倍，使得相鄰地墻之間得以有效搭接。若接縫缺陷過于嚴重，則可以利用兩排旋噴樁進行咬合加固。

第四，可以利用背貼鋼板加固地連墻接縫位置，進而有效控制開挖施工與結構回筑時間，從根本上避免出現嚴重的變形、涌水以及涌砂問題。

第五，在基坑開挖中配套WSS 后退式雙液注漿鉆注一體機，同時指派專門的工作人員全過程監督基坑開挖作業。一旦發現基坑開挖施工中存在滲漏風險，就需要立即在該位置注入雙液漿，進而完成整個補強工作。

3 富水易液化砂層地鐵基坑開挖涌水涌砂防治措施

3.1 地下連續墻施工階段的控制措施

地連墻的終孔深度必須滿足設計要求，如果終孔的地層地質與地勘報告不符，則要及時進行變更，確保地連墻進入相對不透水層。地連墻接頭處宜采用強制式刷壁機進行刷壁，利用鋼絲繩吊重錘作為導向使刷壁器在刷壁過程中能緊貼接頭處，確保刷壁效果。此外，刷壁機的刷頭需根據接頭形式進行調整，使刷壁機貼緊接頭，反復幾次，直到刷壁機上沒有附著物。

地連墻施工過程中要嚴格控制成槽的垂直度和泥漿指標，每幅槽都要通過超聲波檢測垂直度后才能進行下一道施工。鋼筋籠安裝完成后，要求盡快澆注支護結構混凝土，在鋼筋籠下放完成后的4 h 內澆筑完混凝土。澆筑前要再次檢查孔深、泥漿指標以及沉渣厚度，確保滿足相關規范要求后才能澆筑混凝土。混凝土應連續澆筑，中間間隔時間不得超過混凝土的初凝時間。坍落度要滿足設計要求，導管埋深控制在2～6 m，提升時要緩慢，不可猛拔。此外，施工期間做好記錄，對異常情況進行重點記錄與分析，并采取相應的措施進行補強。

3.2 基坑開挖過程中的技術措施

支護結構施工完成后，應先設計降水井，對基坑進行降水，待降水深度滿足要求后才能進行基坑開挖作業。基坑開挖過程中，應嚴格遵循分層、分段、對稱、均衡以及適時的開挖原則，并做好基坑內排水工作。支護應緊跟開挖進度，嚴禁開挖面出現裸露時間過長的情況。土方開挖應先開挖基坑兩側的接頭位置，一旦發現問題要及時采取措施進行處理，解決問題后才能繼續進行開挖。

基坑開挖過程中，應隨時觀察基坑側壁是否存在滲漏水情況，一旦發現出現滲漏水或基底水量增大的情況，應立即采取措施進行處理。對于無壓、水流較小的滲漏點，應埋設塑料軟管引流，周圍用快速水泥進行封堵，待水泥凝固達到一定強度后將軟管折彎截斷水流，達到封堵滲漏點的目的。當滲漏水較大且伴有泥沙時，應立即停止開挖，對滲漏點回填沙袋或對土方進行反壓，壓住流砂后采用快凝壓力注漿或灌注快凝砼堵住涌口。過程中采取抽水措施降低坑內水位，提高降水井的降水能力，降低基坑周圍地下水位。制止住基坑涌水、涌砂后，對基坑周圍地層加強注漿，固化基坑外圍地層。

此外，基坑開挖過程中應加強監控量測工作，做到信息化施工，每天檢查基坑內外的抽水情況，加強水位監測，嚴格控制基坑內外的水位差。同時，對于完成的支護面，應隨時觀察是否出現裂紋與變形等現象，正確指導施工。

3.3 應用地質雷達、高密度面波綜合檢測技術

該工程項目施工中必須考慮車站構筑特點及現場條件，同時采集現場探測數據及相關參數，嚴格按照施工要求與規范標準應用地質雷達、高密度面波綜合檢測技術，以此保證車站周邊道路檢測結果的規范性和準確性。在應用踏勘、測量等方法探測現場時，還需要進一步確定待檢測區域的測量范圍，充分利用地質雷達、高密度面波檢測技術完成無損檢測工作，逐一排查該區域是否存在疏松與脫空等隱患。

3.4 結合工程概況不斷調整相關參數及施工工藝

對于地連墻接縫位置涉及的評估風險，可以選用直徑為800 mm、間距為500 mm 的高壓旋噴樁實行加固處理，進而避免基坑外泥沙從地連墻接縫缺陷位置涌到基坑內。在現場試驗中還可以對高壓旋噴樁采用三重管法，確保水泥摻量達到20%，同時結合工程概況不斷調整相關參數及施工工藝。在試驗中摻加P42.5 級普通硅酸鹽水泥時，還需要結合現場情況確定水泥最終摻量和外加劑的比例，并將水灰比控制為0.8 ～1.2，而高壓水泥漿壓力也需要高于20 MPa，且流量不低于30 L/min、氣流壓力不低于0.7 MPa。

3.5 制定地連墻接縫的鋼板封堵方案

若想保證基坑開挖施工的安全性，最大限度地避免基坑發生涌水、涌砂事故，則必須從長遠的角度出發制定地連墻接縫的鋼板封堵方案，有效預防基坑滲漏、涌水、涌砂風險。采用封堵鋼板施工工藝時，需要利用電動工具鑿平接縫位置處的地連墻混凝土，借助鋼筋頭自制工具清理接縫處表面的泥沙，同時利用快干水泥抹平接縫位置。為保證鋼板位置與接縫位置之間的固定性，可以在扶住鋼板后利用手鉆鉆孔將膨脹螺栓固定到封堵鋼板上。最后，在鋼板固定、封堵過程中，必須注意鋼板是否進入主體側墻結構限界。借助膨脹螺栓固定鋼板后，還可以利用水不漏密封鋼板四周。當首塊鋼板固定、封堵后，需要從上、下兩個方向繼續固定鋼板，但應將鋼板與鋼板之間的空隙控制在1 cm 內，同時利用鋼筋完成焊接拉結作業，進而有效提高封堵鋼板的平穩性。

4 施工現場施工中的施工質量控制

木材模板的傳熱系數和熱損耗低容易造成溫度裂縫，而鋼模板具有較高的熱傳導性，能夠迅速將混凝土的內熱散發出去，減少內外溫差，從而減少混凝土的溫度裂縫。鋼模板可以通過對拉螺桿進行加固，很好地滿足車站基坑工程的防水要求，而且具有較高的標準化、較穩定的尺寸參數以及較低的摩擦系數，因此安裝時的效率更高，使用方便。

4.1 主體結構混凝土質量控制

在結構底板和側墻施工前，通常很難解決支護結構滲漏問題，并且施工進度控制也未得到應有的重視。由此導致混凝土不能持續供給，混凝土澆筑旁站流于形式，只能通過人工操作的方式完成相關工作，無法真正落實分層分段澆筑施工，最終造成地下水位回升、結構滲漏等問題，無法達到一級防水標準。

在混凝土施工中，未及時進行抹刀收面和覆蓋也同樣會造成結構表面出現質量下降的問題，混凝土養護制度落實不到位，致使混凝土澆筑后14 d 內無法保持濕潤狀態。為了保證混凝土供應的及時性，應盡可能地選擇兩條生產線以上的供應商，若混凝土澆注量大，則泵車的臺數不能少于兩輛。在現場切實做到分層分段供應，杜絕混凝土澆筑出現冷縫，板類結構應及時壓漿收面覆蓋，側墻、柱子混凝土拆模后應用薄膜覆蓋，并配備超聲波養護設備，以此充分發揮防水混凝土結構的防水作用。

根據施工需要進行現場澆筑施工，大體可分為全面分層、斜面分層以及分段分層3 類。分段階梯澆注方法是目前最常用的大體積混凝土板施工方法，關鍵在于澆注從一頭進行，澆注到5 ～8 m后再進行下一次澆注，每次澆注的厚度不超過30 cm，并應在施工結束后噴灑水分，至少兩個星期。側墻和端墻采用分層施工技術，以斜向施工的方式將兩層間的施工間隔控制在2 h 以內，施工過程中的澆注速度需控制在200 cm/h，澆注厚度按0.5 m 計算。此外，為了使澆注效果最佳，還需要按照75 cm 的間隔分層振搗。

4.2 鋼筋混凝土保護層厚度控制

保護鋼筋可以有效地提高鋼筋的耐久性和承載力，對鋼筋砼結構的保護厚度進行有效控制同樣具有重要的現實意義，而作為地下工程的地鐵車站，其防護厚度的控制尤為重要。傳統防滲加固技術已經無法滿足地鐵工程施工的質量要求，給工程施工帶來了一定的困難。這種襯墊在生產時很可能未達到生產標準，從而產生很大的偏差，并因安裝問題引起松動，尤其體現在封模和振搗方面。這些都將對鋼筋砼保護層施工造成很大影響，甚至埋下嚴重的安全隱患，導致工程的機械性能和耐用性下降。采用鋼筋保護層的塑膠墊片非常方便。為了節省時間和效率，橡膠墊片和鋼筋之間不應簡單的捆綁，而是需要直接固定在鋼筋上，在保護土壤時發揮其獨特的優點，并根據需要調整保護層的厚度，解決傳統保護層帶來的弊端。

此外，由于鋼筋混凝土保護層具有原料豐富、工藝簡單的優點，因此形成了較為成熟的工業生態體系，極大降低了使用成本。

5 結語

富水砂層地層地下連續墻施工具有流程復雜、不可預見因素多以及技術標準較高等特點，在實際施工過程中必須實時采集并處理相關數據信息，以此保證整個施工過程有據可循、可追溯。這就需要施工方做好日常監督與管理工作，詳細記錄施工過程中涉及的數據信息，同時分別標施工中出現的問題，并將其標注在地連墻CAD 圖紙中的對應位置，深入研究與分析各個問題產生的主要原因，從長遠角度考慮其在后續開挖施工中可能造成的影響，并采用單一或多種措施相結合的方式做好預處理工作。