旋喷桩截水帷幕施工及渗水处理方法浅析

【摘要】随着城镇化和城市化高度发展，对止水围护结构的质量要求越来越高。然而采用止水帷幕桩为基坑防渗措施时，常常由于各种原因造成基坑渗水。调节池采用高压旋喷桩截水帷幕，在基坑开挖到砂层时局部段基坑侧壁发生渗漏现象，渗漏问题得到了及时处理未影响基坑整体稳定安全，获得的工程经验得以推广和借鉴到其他基坑施工工程中。

【关键词】基坑；旋喷桩；止水帷幕；渗水

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 26.067

在我国社会发展新形势下，城镇化和城市化高度发展，城市人口不断增加，土地面积和居民生活需求之间的矛盾日益突出，地铁、人防、地下车库持续向纵深发展，市政项目的规模不断扩大，对止水围护结构质量提出更为严格的要求[1，2]。高压旋喷桩截水帷幕作为一种重要的施工工艺，具有良好的加固性能和防渗漏性，能够提升基坑地下水治理的工作效率并减轻施工工程的工作量[3-5]，在防水效果以及稳定性方面具有较大的优势，然而在具体施工中难免出现渗水问题等问题[6，7]，对市政工程的稳定性和可靠性带来负面影响。因此，在施工过程中针对止水帷幕桩渗水原因进行分析，并且提出相关处理措施具有现实意义。

本文以调节池为工程背景，根据现场实际情况对高压旋喷桩截水帷幕施工工艺和渗水处理方案予以概述，进而为类似工程提供参考经验。

1、工程概况

如图1所示，调节池分地面、负一层、负二层等三层建设，地面层标高为5.6m，负一层设计标高为-1m，负二层设计标高为-9.6～-10.6m。本标段主要工程内容为负一层及负二层，地面层为第五标段工程内容。负一层主要工程内容：预处理区、停车库区、变配电间及控制区、通风除臭区等。负二层主要工程内容：调节池池体区及提升泵站区，其中池体区设计有效容积9万m3，平面分独立三格，其中3#池体为储存污水单独使用。检修时，可通过闸门切换互为备用。提升泵站区分3组水泵，分别位于相应池体末端。

调节池基坑场地地势平坦，占地面积约1.85万平方米，坑底设计高程为-1.9m～-14.5m，基坑深约7.0～19.1m，工程区基坑轮廓整体呈长条形，南北向较长，长宽分别约为220m及78m，周长约725m。

2、高压旋喷桩截水帷幕施工方案

本工程基坑截水采用三重管高压旋喷于支护桩间形成截水帷幕，三管旋喷桩设计桩径0.8m，位于相邻两侧支护桩中心位置，与支护桩搭接长度200mm，具体施工工艺如下：

（1）先用振动打桩机将带有活动桩靴的套管打入土中，然后将套管拔出一段，拔出地面高度大于拟旋喷的高度，然后拆除上段套管；（2）安放钻机和慢速卷扬机，将旋喷管通过钻机盘插入孔内，接通高压管、水泥浆管、空压管，开动高压泵、泥浆泵、空压机和旋转钻机进行旋喷，用仪表控制压力、流量、风量，当分别达到预定数值时开始提升；（3）旋喷和提升直至预定的旋喷高度后迅速拔出旋喷管和套管，并用清水冲洗管路防止凝固堵塞，相邻两桩施工间隔时间应比小于48h；（4）成桩14天后选择有代表性的旋喷桩桩体进行钻探取芯，芯样直径应大于80mm，用双管单动取样器钻取芯样，要求取芯率>85%，对旋喷桩进行现场注水试验，钻探取芯数量不少于总桩数的0.5%且不少于3根，取芯钻孔应在试验后采用水泥砂浆充填。

三重管高压旋喷喷射时先应达到预定的喷射压力、喷浆量后再逐步提升注浆管，开始时先送高压水再送水泥浆和压缩空气，在一般情况下压缩空气可晚送30s，在桩底部边旋转边喷射，1min后再进行边旋转边提升边喷射。中间发生故障时应停止提升和旋喷以防柱体中断，同时立即进行检查排除故障，如发现有浆液喷射不足影响柱体的设计直径时应进行复核，旋喷过程中冒浆量应控制在10%～25%之间，对需要扩大加固范围或提高强度的工程可采取复喷措施，即先喷一遍清水，再喷一遍或两遍水泥浆。

在旋喷过程中往往有一定数量的土粒随着一部分浆液沿注浆管壁冒出地面，冒浆量小于注浆量20%可视为正常现象，超过者或出现不冒浆时应查明原因并采取相应的措施，通常冒浆量过大是有效喷射范围与注浆量不適应所致，可采取提高喷射压力、适当缩小喷嘴孔径、加快提升和旋喷速度等措施减少冒浆量，不冒浆大多是地层中有较大空隙所致，可采取在浆液中掺加适量的速凝剂缩短固结时间，或增大注浆量填满空隙再继续正常旋喷。

在插管旋喷过程中，要防止喷嘴被泥砂堵塞，水、气、浆、压力和流量必须符合设计值，一旦堵塞要拔管清洗干净再重新插管和旋喷，插管时应采取边射水边插，水压力控制在1MPa，高压水喷嘴要用塑料布包裹以防泥土进入管内。

钻杆的旋转和提升应连续进行不得中断，拆卸钻杆要保持钻杆伸入下节有100mm以上的搭接长度以免桩体脱节，钻机发生故障应停止提升钻杆和旋喷以防断桩，并应立即检修排除故障。

3、地下水渗漏处理方法

本工程在基坑支护结构施工之前，结合设计要求及施工方案进行了旋喷桩的试桩，确定了旋喷桩施工参数。但在基坑开挖到砂层时局部段基坑侧壁发生渗漏现象，个别位置水量较大且带有泥砂，造成土体流失，坑外形成空洞或地面沉降。施工过程中对于渗漏问题进行了及时处理，未影响基坑整体稳定安全。

3.1 应急处理方案

对渗水量较大，但没有流砂带出，造成施工困难，而对周围影响不大的情况，可采用“引流-修补”方法：先在支护结构水平（略向上）打入一根内径20～30mm钢管将水引出，然后用防水砼或砂浆修补封堵管边的支护结构薄弱处，待修补封堵的砼或砂浆达到一定强度后再将钢管出水口封住。

对渗流量较大的涌水且带有泥砂现象，应首先考虑在坑底采用土袋、砂袋等进行反压加强措施，先进行沙袋或土袋反压控制水流速度，然后根据现场实际情况确定是否需要进行大范围的土体反压，反压后可在出现渗水的部位插入引流管，引流水体。反压完成后，在基坑顶部进行注浆封堵并加固土体，在支护桩后侧布置注浆孔，中心距初步可按1m控制，沿渗水点周边布置，对周边3～5m范围内的土体进行注浆加固，注浆孔底高程应穿过透水层不小于1.5m。

当支护体系底部位移超过警戒值时，应对坑底土体进行分块、分段加固，并及时通知设计单位。变形可能会导致边坡在短时间内整体失稳或破坏时，应首先考虑在坑底采用土方、砂袋等进行反压加强或增设斜向支撑等措施；尽可能减少坡顶堆载，条件允许情况下也可在坡顶部位进行挖土卸荷。

3.2 渗漏原因分析

为查明基坑范围内旋喷桩存在的问题，对旋喷桩进行抽芯试验，其中11-13#、11-26#和12-56#桩在砂层未见水泥，芯样为松散状砂，未形成有效的桩体。旋喷桩在砂层未能形成有效桩体与周边环境的变化、施工过程中的控制及管理等因素都可能有所关联，特别是周边改造项目的实施，与本项目共用红线，由于场地工程地质、水文地质条件复杂，改造项目地下深基坑施工过程中可能产生的水土流失及施工完成后对本项目地下水渗流场的改变等环境变化，均可能影响本项目基坑截水帷幕的形成效果。

根据工程地质勘察报告，场地地下水类型主要为第四系孔隙水，主要含水层为海陆交互沉积的粉细砂、中粗砂和砾砂层。地下水补给来源主要为大气降水、河水及雨季侧向补给，砂层为地表水与地下水联系的主要通道。试验桩施工时间为旱季，地下水位相对较低，成桩质量较好。在本工程大面积旋喷桩施工期间，支护结构堵住了部分南北地下排水通道，使旋喷桩施工区域的水流加大继而影响成桩质量。并且部分旋喷桩于雨季进行施工，地下水位上升并与周边地下水、河流连通具有流动性，造成旋喷桩在富含流动水的砂层中成桩质量不够理想，这是造成目前土方开挖后局部漏水现象的原因之一。

3.3 基坑防渗加固处理设计

針对目前基坑渗漏问题，为保证基坑防渗，加快推进工程建设，对基坑周边砂层进行注浆加固，加强截水帷幕的形成。注浆加固以砂层为主，加固范围包括砂层、砂层顶以上1m及砂层底以下1.5m，相应高程结合砂层顶底板确定。注浆孔直径不应小于45mm，沿基坑冠梁外边线布置，间距1.6m，布置于相邻两根支护桩的中线。注浆采用自下而上上行式注浆法，注浆初始压力为0.5～1.0MPa，终压2.0MPa，浆液的扩散半径考虑砂层的渗透性取为1.2m，第一序孔段长宜为0.3m～0.5m，第二序孔段长可根据注浆量及注浆效果增长，但不超过1.0m，注浆压力应适当增大。

注浆材料采用水泥-水玻璃浆液，水泥浆与水玻璃体积比1：1；水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥，浆液水灰比0.7：1～1：1（可取直径1.0的搅拌桶0.38m水配3包50kg的袋装水泥加外加剂）；水玻璃浓度为30～45Be（可取水玻璃：水=1：2～1：6），模数2.4～3.0，必要时可掺入速凝剂；根据配比，初步估算每立方米注浆液水泥用量为256kg，水玻璃用量为110kg。

成桩14天后应选择有代表性的地段进行钻探取芯，芯样直径应大于80mm，用双管单动取样器钻取芯样，要求取芯率>85%，对钻孔取芯部位进行现场注水试验，要求渗透系数不大于1×10-6cm/s，钻探取芯数量不少于总桩数的3%且不少于3根。取芯钻孔应在试验后采用水泥砂浆充填。

结论：

（1）施工过程中应对渗漏问题进行了及时处理，避免影响基坑整体稳定安全。

（2）旋喷桩于雨季进行施工，地下水位上升并与周边地下水、河流连通具有流动性，会造成旋喷桩在富含流动水的砂层中成桩质量不理想。

（3）基坑防渗加固可采用水泥-水玻璃浆液对基坑周边砂层进行注浆加固，加强截水帷幕的形成。

参考文献：

[1]柳林，李宗恩.轨道交通道岔转辙机基坑渗水原因分析及处理措施[J].隧道与轨道交通，2019（S1）：131-133.

[2]郑克亚，孙振锋，刘传新，唐连权.某基坑地下连续墙渗水问题鉴定研究[J].工程勘察，2018， 46（10）：30-35.

[3]李雪丽，刘永福.探究二重管旋喷在基坑地下水治理中的应用[J].绿色环保建材，2020（09）： 28-29.

[4]冯象英.高压旋喷桩止水帷幕在深基坑支护中的应用[J].科学技术创新，2020（26）：143-144.

[5]解宏博.高压旋喷桩在基坑止水中的应用效果探讨[J].城市建设理论研究（电子版），2018（31）：156-157.

[6]乜风义.止水帷幕桩渗水原因及处理措施[J].建材与装饰，2019（34）：15-16.

[7]杨秋明，肖益盖，孙国权.双重管高压旋喷注浆工艺在第四系地层竖井施工中的应用[J].现代矿业，2016，32（04）：30-31+35.

作者简介：

张馨（1984.11-），男，北京，汉族，现任北京京西门城基础设施投资建设有限公司工程人员，工程师，研究方向：工程施工、项目管理。