基坑围护结构渗漏治理和修复加固技术的应用研究

张少敏

上海远方基础工程有限公司 上海 200436

围护结构在基坑开挖过程中最重要的作用是围护和止水，其质量缺陷所造成的渗水、漏水及涌砂对工程建设的危害极大，经常造成周边路面下沉、地下管线变形或破损、建筑物倾斜或结构受损，致使基坑坍塌造成重大人员伤亡和财产损失，社会影响非常大，围护结构的缺陷是基坑工程的重大安全隐患之一。

基坑开挖施工过程中的“渗漏涌”现象普遍存在，有“十坑九漏”之说，当前渗漏治理和修复加固的技术有很多种，但是没有形成系统的应用成果，因此有必要在理论层面上梳理总结并作进一步的研究[1-6]。

1 围护工程渗漏水的类型

围护结构有多种形式，常用的几种结构有地下连续墙、钻孔灌注桩、咬合桩、SMW工法桩等形式，由于施工工艺的不同，每种围护结构渗漏的原因也不同。

1.1 地下连续墙的渗漏

地下连续墙作为一种安全有效的围护结构，广泛应用于城市轨道交通等重大的基础设施围护工程中，施工工艺相对较为复杂，基坑开挖过程中地下连续墙的渗漏主要有接缝渗漏和墙体渗漏2种类型。

1.2 钻孔灌注桩围护结构的渗漏

排桩围护结构是由钻孔灌注桩和高压旋喷桩或者水泥土搅拌桩共同组成的，钻孔灌注桩承载着周围土体的压力，高压旋喷桩或者水泥土搅拌桩作为止水帷幕起到桩间止水作用。排桩围护结构渗漏的主要原因是高压旋喷桩或者三轴搅拌桩止水帷幕的质量缺陷。

1.3 咬合桩的渗漏

咬合桩围护结构由于接缝较多，渗漏点多存在于接缝处，这主要与咬合桩的成孔工艺有关，若采用全回转钻机或者搓管机成孔的垂直度能够得到很好的保证，若采用旋挖钻成孔则垂直度容易产生较大偏差，桩间咬合较差或者不能咬合造成接缝渗漏。

1.4 SMW土搅拌桩的渗漏

搅拌桩渗漏一般是由于围护结构承受的载荷较大，桩的变形较大从而造成桩身裂缝，继而出现渗漏水的情况。

2 渗漏的应急处理措施

基坑开挖过程中围护结构出现质量缺陷，首先是要对缺陷进行诊断，根据渗水、漏水、涌水或者涌砂的现象，采取针对性的应急抢险措施，使之在可控的范围之内，最后通过围护结构修复和加固，确保基坑的安全开挖。

2.1 渗漏水的诊断

发生在软土层、粉砂层和砂砾层的渗漏情况不同，应根据具体情况采取不同的应急措施，保障基坑安全的同时，又不能影响工程施工的质量和进度。

2.1.1 围护结构的渗水

1）接缝主要是由于在围护结构施工过程中接缝的处理不彻底，形成止水的薄弱点，在基坑外侧地下水压力和土压力的作用下，水通过接缝中的孔隙渗出。

2）墙体渗水是混凝土浇筑的质量控制出现问题，主要原因有以下3个方面：

① 混凝土离析导致的浇筑不密实，墙体的胶结材料含量少，没有把粗骨料之间的缝隙完全填充。

② 混凝土浇筑的过程中导管埋深控制不准确，在拆管过程中出现导管拔出混凝土面的现象，致使墙体局部出现质量缺陷。

2.1.2 墙体或者接缝的漏水

相对于渗水基坑的漏水流速快，流量大（尤其是在砾砂层），安全隐患更大，在基坑开挖过程中围护结构漏水主要是以清水为主，主要有以下几种：

1）接缝处夹杂大量的回填砂袋或者出现大量的混凝土绕流，地下连续墙施工时没有有效地处理，或者相邻的地下连续墙垂直度偏差较大，使得接缝出现“劈叉”。

2）墙底沉渣过厚或者局部塌方，混凝土浇筑过程没有有效翻浆，将沉渣或者土体包裹形成空洞。

3）排桩围护需要高压旋喷或三轴搅拌桩止水帷幕的配合，止水帷幕的质量缺陷不能有效止水，相邻咬合桩的垂直度出现较大的偏差或者没有咬合形成较大缝隙。

开挖过程中这种强度极低的软土、松散沙土或水泥土，不能承受基坑外侧土压力和地下水压力的作用，随着基坑开挖深度的不断增加必然出现漏水现象，大量的地下水流出。

2.1.3 围护结构的涌水、涌砂

在地下水比较丰富的地区，围护结构若存在较大的质量缺陷，则容易造成涌水，在砂性土地质条件下则会出现涌砂，轻则造成路面下沉，严重的则有可能造成路面塌陷，基坑坍塌。

涌水涌砂不仅与围护结构的施工质量有关，还受到水文地质条件的影响。一般在砂砾层较多的是涌水，砾石体积较大，质量较大，在富水层砾石不能悬浮，涌砂现象较少。在粉砂、细砂或中粗砂层则会出现涌砂现象，基坑涌砂是基坑工程最为严重的质量事故。

墙体接缝的涌水、涌砂都是由于施工过程控制不严格造成的，而坑底的涌水涌砂则是由于设计的缺陷造成。当围护结构的插入比较小，没有将承压水层隔断，随着基坑开挖的深度不断增加，坑底卸载，若承压水层以上的不透水层和土层压力不足以支撑坑底承压水的压力，则会出现坑底的突涌。

2.2 渗漏水及涌水、涌砂的应急措施

基坑开挖的过程中应根据渗漏的情况，采用不同的应急措施，通过现场渗漏水的诊断确定采取何种堵漏的应急措施，常用的措施主要有：快速封堵、导流管引流、混凝土或者土体反压等方式。

2.2.1 速凝材料的快速封堵

快速封堵主要是针对渗水的情况，基坑开挖过程中渗水是最常见的一种现象，在施工过程中常用速干水泥进行抹面处理，或者在漏水部位打孔注入聚氨酯直接封堵。

2.2.2 导流管引流

一般基坑漏水采取的方案是先疏后堵，即在漏水处预埋导流管，将渗漏出的水导流出，然后在缝隙处使用速干水泥封堵，待水泥达到一定强度后再封堵导流管。

2.2.3 反压

涌水、涌砂的现象出现，对于基坑来讲是一个非常大的安全风险，鉴于其严重性，应当立即停止基坑的开挖并进行人员与设备的疏散，利用现场的条件进行反压。初始反压采用的是砂袋，不可使用砂土直接反压，待砂袋反压到一定程度，可以将水或砂的流速减缓后，在使用及大量的土方或浇筑混凝土，险情得到控制后再采取其他措施对基坑进行修复和加固。

3 围护工程缺陷的修复与加固工艺

根据围护结构质量缺陷的严重情况，处理方法主要分为被动堵漏措施和主动修复措施两种。基本步骤是“先堵后修”，速凝材料封堵、引流、反压等应急措施都属于在基坑内侧所采用的被动堵漏措施，基坑外侧的注浆、高压旋喷等措施属于主动修复措施。

3.1 被动堵漏措施

被动堵漏修复措施，方便快捷、易于操作，对基坑开挖的影响较小，有利于整个工程的工期节点，针对一些相对较小的漏水险情可采用这种措施。

3.1.1 工艺流程

清除表面混凝土→填充漏点缝隙→固定导流管→封堵缝隙→养护→封堵导流管→固定钢板

1）凿除渗漏部位表面的泥土和杂质，露出新鲜混凝土面，同时让漏点缝隙暴露在视野下。

2）使用棉麻填充漏点缝隙，棉麻可以起到阻隔泥沙、减缓水流的作用。若漏点缝隙中形成较大的空洞，可以凿除漏点处混凝土，将钢筋网片焊接在围护结构钢筋上，再填充棉麻。

3）在缝隙合适的位置放置导流管，导流管要尽可能深入漏点缝隙之中，如果使用直径较大的导流管，要安装阀门开关。

4）使用速干水泥封堵漏点缝隙，封堵时要保持导流管畅通，并将导流管固定。

5）速干水泥养护到一定强度，才可以封堵导流管，使用橡胶或者塑料材质的软管时，可用绑扎或注入聚氨酯的方式进行封堵。

3.1.2 缺点及解决方案

如果漏水压力较大时，漏点被封堵住了，但水从其他薄弱部位突破，仍然要对其突破的部位继续封堵，为了避免这种情况，二次封堵时，可以不封堵导流管。

3.2 主动修复措施

对于涌水、涌砂的漏点必须先反压再进行堵漏，此时被动堵漏措施已经没有作用，应该采用主动堵漏技术，即反压漏点后，在围护结构的背侧采用注浆措施。

3.2.1 注浆工艺流程

确定漏点水平位置→钻机引孔到漏点深度→注浆管插到漏水点→连接注浆机与注浆管→搅拌水泥浆→单液注浆→漏点有水泥浆渗出→水玻璃、水泥调制的双液浆注入→养护→清理反压土或砂袋

1）根据漏点在地面上确定其水平位置，并做好标记。

2）钻机就位标记处引孔，在砂性土地层引孔时须用膨润土护壁，引孔到漏点以下2 m。

3）注浆采用镀锌管，端头套丝接驳方便连接，并下放到漏点以下1 m。

4）将注浆机与注浆管连接，水泥浆管和玻璃水管应在镀锌管顶部使用三通进行连接。

5）开启后台搅拌水泥浆，初始搅拌的水泥浆应及时测量其相对密度，合格后方可使用。

6）用注浆机注单液水泥浆，在此过程中要将注浆压力调整到合适的范围内，待压力调整合适后，开始正式注浆并记录时间。

7）待漏点有水泥浆渗出时，计算水泥浆到达漏点所需的时间，开始调制水玻璃，水玻璃的掺量与浆液到达漏点的时间有关。水玻璃不能过多，否则初凝时间过快会堵塞注浆管；也不能过少，否则水泥浆在漏点的凝固时间过长，扩散到周围水中起不到封堵效果。

8）准备工作完成后开始双液注浆，过程中注意注浆压力，若压力持续不增加，应及时分析原因，采取措施。待注浆压力增大至一定范围，即可停止注浆。

9）养护一定时间后（4～6 h），清除反压的土和砂袋，继续开挖。

3.2.2 其他主动修复措施

主动堵漏除采用注单液浆、双液浆和化学浆液的方式外，还可以在基坑背侧采用高压旋喷加固，对于30 m以上较深的基坑可采用全方位高压喷射（MJS）、双高压旋喷（RJP）或超高压喷射搅拌成桩（N-Jet）等加固工法进行修复。

3.3 围护结构缺陷的加固措施

围护结构如果存在比较严重的质量缺陷会影响围护结构的受力，进而造成支撑体系的不稳定，酿成灾难性后果，因此在围护修复后基坑开挖前，应先采取围护结构加固措施。

常用加固措施主要有：钻孔灌注桩与高压旋喷桩结合的措施、劲性水泥土搅拌墙（SMW）工法桩措施、补墙措施、人工地层冻结后的被动加固措施等5个方面。

4 防渗堵漏治涌的新技术新材料

近几年，治理渗漏技术有了很大的发展，一些复杂特殊的基坑围护结构的渗漏治理和结构修复加固采用了冻结法施工技术，最新研发的微创修复高聚物注浆技术极大地促进了基坑围护工程的渗漏水治理和修复技术的发展，解决了很多堵漏技术难题。

4.1 冻结法施工技术

冻结法是利用人工制冷技术，使地层中的水冻结，把天然土变成冻土，增加其强度和稳定性，形成隔绝地下水与地下工程联系的冻结壁。尤其是在特殊地质和工程条件下，它基本不受支护范围和支护深度的限制，能够有效地防止涌水、涌砂以及控制地下工程相邻土体的变形。

国内外大量的工程实践表明，应用冻结法进行渗漏治理具有安全可靠、适应性广、灵活性好、可控性好、污染性小、经济合理的特点，随着加固深度的加大，经济性越来越明显。

4.2 微创修复高聚物注浆技术

4.2.1 高聚物封闭注浆技术

通过高压注射系统和注浆导管，将双组分高聚物材料注入封闭的土工织物袋。材料发生化学反应后体积迅速膨胀并固化，从而快速封堵管涌通道，或封闭注浆孔，防止漏浆。

4.2.2 高聚物劈裂注浆技术

利用静压方法使“双翼型”成槽板在围护结构背侧形成定向劈裂槽。采用导管注浆技术向槽内注入高聚物注浆材料。

材料发生化学反应后体积迅速膨胀，产生的膨胀力超过土体的抗拉强度时，即沿成槽板引导的方向将土体劈开，连接形成超薄型高聚物防渗体系。

4.2.3 超薄型高聚物防渗墙注浆技术

采用特制的“三锥头”成槽板和静压成槽装备，在围护结构背侧形成连续的防渗墙槽模。通过注浆导管从槽底注射高聚物材料，并按一定速度连续提升注浆。材料发生化学反应后体积迅速膨胀，填充满槽模并固化，并与相邻槽模连续胶结，形成连续超薄型高聚物防渗墙。

4.3 非水反应的发泡聚氨酯材料

非水溶性聚氨酯是由多异氰酸酯和多羟基化合物聚合而成的高分子材料。该材料不溶于水，只溶于有机溶剂中，其主要性能如下。

1）非水溶性的，遇水开始反应，不易被地下水冲稀，可用于动水条件下堵漏，封堵各种形式的地下漏水，止水效果好。

2）浆液遇水反应时，放出CO2气体，使浆液产生膨胀，并向四周渗透扩散，直到反应结束时为止。由于膨胀而产生了二次扩散现象，因而有较大的扩散半径和凝固体积比。

3）浆液黏度低，可注性能好，可与水泥注浆相结合；采用单液系统注浆，工艺设备简单。

4）固砂体抗压强度高，一般在0.6～1.0 MPa。

5）抗渗性能好，渗透系数可达10-6～10-8cm/s。

5 结语

对本文相关内容进行总结，可以得到以下结论：

1）预防围护结构质量缺陷的关键是加强施工过程中的质量控制。

2）基坑渗水采取被动措施可以完全修复好。

3）大的漏水必须采取主动措施修复，修复前必须掌握漏水的位置和原因。

4）围护工程的结构损伤修复必须与相应的加固措施配合，确保基坑开挖的安全。

5）新材料和新技术在防治围护工程渗漏水方面的效果非常明显，应用前景广阔，需要进一步的推广。