不规则形状基坑止水帷幕渗漏问题分析与解决方案

2018-06-22高强

常州工学院学报 2018年2期

高强

(江苏建院营造股份有限公司，江苏苏州 215021)

近年来，随着我国经济的迅速发展，建筑结构地下空间的开发需求日益加大。受用地范围和工期所限，传统形状规则、结构简单的基坑围护体系逐渐被异形、多样、复杂的形式所取代，在含水丰富的软土地区进行基坑止水帷幕施工面临着更加严峻的防渗堵漏的考验[1]。

软土地区的基坑止水帷幕施工，经常由于不规则的基坑结构形式而产生易于渗漏的薄弱区域[2]。工期压力导致设计单位采用施工速度较快的高压旋喷桩替代原本止水效果更好的水泥土搅拌桩，加大了基坑渗漏的可能[3]。

本文结合华东地区某异形基坑工程，对如何采取堵漏措施保证基坑安全等相关问题进行分析总结，给类似工程提供一定的借鉴。

1 工程概况

1.1 工程简介

华东地区某深基坑工程，基坑开挖面积约9000 m2，开挖深度如下：A区为6.70 m(地下一层)，B区为10.50 m(地下二层)，C区为13.35 m(地下二层)，A、B区高差为3.80 m，A、C区高差为6.65 m。基础形式为桩+承台+阀板结构，桩基础采用钻孔灌注桩。基坑周边环境较为宽松，地下室外墙距离用地红线约40 m。基坑外包轮廓类似“熊猫头像”，如图1所示。

图1 工程概况简图(单位：m)

1.2 工程地质条件

基坑开挖影响范围内，上部为填土及黏性土，中部为砂性土，下部为黏性土，其中第④1层为粉砂夹粉土，黄灰色至灰色，饱和，中密，厚度为4.80～8.00 m，加权平均厚度6.14 m，分布于地表下5.8～13.6 m。基坑围护设计参数详见表1。

表1 基坑围护设计参数一览表

注：括号内为经验值。

1.3 水文地质条件

影响本工程基坑的地下水主要为富存于第①层素填土中的潜水和第④1层粉砂夹粉土中的承压水。

第④1层粉砂夹粉土含水层上部以黄色粉砂为主，下部以灰色粉砂夹粉土为主，富水性良好，承压水头标高为地表下3.0 m，第④1层底部深度、开挖深度和止水帷幕关系如图2所示。

图2 开挖深度与地层关系示意图(单位：m)

1.4 基坑围护设计概况

根据周边环境及基坑自身特点，设计方案选择如表2。开挖后渗漏严重区域分别位于A区和B区高差交界处、A区和C区高差交界处，以及C区内部。围护设计剖面如图3—5所示。

表2 不同位置支护体系一览表

图3 C区典型剖面示意图(单位：mm)

图4 A、C区高差交界处典型剖面示意图

图5 A、B区高差交界处典型剖面示意图

1.5 止水帷幕施工中遇到的问题

1)C区灌注桩外围止水采用桩间落低式止水旋喷桩，因已施工围护灌注桩存在不同程度的扩径和偏位现象，旋喷桩精准定位难度非常大，存在重大安全隐患[4]，但考虑成本因素未能调整为水泥土搅拌桩。

2)在A和C区高差交界处，外围三轴搅拌桩止水帷幕受已施工主体结构工程桩影响，存在大量避让转角，施工前建议在可能渗漏点外围增设降水备用管井[5]，但未得到有效响应。

3)在A和B区高差交界处，原围护设计无止水措施，仅靠坑内管井降水处理地下水，施工前建议采用有效的止排水措施[6]，但未得到响应。

2 渗漏情况概述及原因分析

2.1 土方开挖流程

受项目工期影响，确定对A、B、C区按照“整体开挖、先浅后深”原则进行土方开挖。具体顺序为：第一阶段，将基坑整体开挖至地下一层底(坑深6.70 m)，对A、B区高差交界处和A、C区高差交界处的冠梁进行施工；第二阶段，开挖B区深度6.70～10.50 m范围内的土方；第三阶段，开挖C区深度6.70～13.35 m范围内的土方。详见图6。

图6 土方开挖流程示意图(单位：m)

在地下二层土方开挖后，基坑南侧整个负二层区域发现大量流砂涌入基坑，致使土方后续开挖工作无法进行。

2.2 渗漏情况分析

虽然基坑四周采用了全封闭式的三轴搅拌桩止水帷幕，但因基坑形状的特殊性，三轴搅拌桩的圆形基坑止水帷幕存在一定的缺陷，即转向搭接困难[7]，故实际开挖后的止水效果未达到全封闭的预估设计要求。在A区和C区高差交界处、A区和B区高差交界处，以及C区内部出现大量渗漏点。

1)C区渗漏点

原高压旋喷桩止水处的围护灌注桩施工在砂性土中有不同程度的扩径现象，导致落低式止水旋喷桩在地面施工时无法实现精准定位，致使作为备用止水措施的旋喷桩近乎失效，如图7所示。

图7 C区渗漏点现场图

2)A、B区高差交界处渗漏点

A、B区高低差交界处的止排水设计方案主要依靠坑内外管井降水，但因外围止水帷幕止水效果不足，致使B区深坑管井降水无法满足需求，高差交界处侧壁渗漏情况严重，如图8所示。

3)A、C区高差交界处渗漏点

图8 A、B区高差交界处渗漏点现场图

A、C区高差交界处具有工程桩密集且存在大量基坑阳角区域等不利因素，三轴搅拌桩需多次避让工程桩而产生大量施工转角，止水帷幕和坑内管井降水效果均无法满足预期要求，故在该类区域出现不同程度的侧壁渗漏点，如图9所示。

图9 A、C区高差交界处渗漏点现场图

3 渗漏处理措施

因工期紧张，上述渗漏问题初期处理不及时，加之施工搭接不协调，处理效果不理想，导致工程后期一度出现险情。具体处理措施分为以下三个阶段。

第一阶段为渗漏前期，有渗漏情况，但不明显。采取的措施：坑内外增设降水管井和增加桩间土喷射混凝土挂网。处理效果不明显，尤其是管井降水作用更为有限(第④1层粉砂夹粉土含水层层底标高与坑底标高相近，且下部土性为砂土和粉土互错)。

第二阶段为渗漏中期，渗漏比较严重，但围护桩外侧未发生大面积水土流失现象。采取的措施：坑内增设轻型井点强降水和加大桩间土喷射混凝土挂网力度。采用上述措施后，轻型降水效果明显，有效解决了A、B区高差交界处和A、C区高差处渗漏问题，但C区渗漏问题严重，该处理方案未能遏制水土流失。

第三阶段为渗漏后期，主要表现在C区旋喷桩止水区段渗漏严重，围护桩外侧水土流失严重。采取的措施：坑外增设超深降水轻型井点和围护桩内侧加打小趾口拉森Ⅳ钢板桩，桩间采用素砼回填，同时结合坑外局部双液注浆处理(因围护桩外侧水土流失严重，且基坑已开挖到底，无法直接采用注浆措施)，如图10和图11所示。在采取上述措施后，终于很好地解决了C区侧壁渗漏问题，底板得以顺利施工。