地下深层废弃井管高效处理关键技术

2021-12-22陈卫东

建筑施工 2021年9期

陈卫东

上海市基础工程集团有限公司上海 200002

1 工程背景

上海轨道交通某车站位于市中心地段，车站主体总长219 m，标准段宽28 m，底板埋深27 m，为地下3层结构，采用明挖顺作法施工。场地位于上海市闹市区，周围现有建（构）筑物众多，基坑南侧距离周边建筑大厦最近处为5 m。

地下水类型主要有浅部土层中的潜水和深部⑦、⑨层中的承压水。其中第⑦层粉（砂）性土，为上海地区第一承压含水层，且与⑨层连通，赋存地下水量丰富。场地勘察期间测得第一承压含水层水位埋深为5.29 m，标高为－1.19 m，按照该水头验算，主体基坑开挖需抽降承压水。标准段临界开挖深度约为15.6 m。

在基坑开挖至6.7 m后，发现基坑内存在一口壁厚20 mm、φ360 mm的铸铁井管（图1、图2），该井管内不断有地下水涌出，且权属单位不详，通过低应变检测及金属探测法检测，得知该不明井管深度至少达地面以下26.7 m，且与承压水层连通。此时如继续基坑开挖将存在重大风险[1-2]，但考虑到基坑已开挖6.7 m，且废弃井管位于钢支撑下方，导致空间受限，常规的降水井封井方案难以实施，因此需要采取特殊措施对废弃管井进行处理。

图1 废弃管井平面位置

图2 废弃井管

2 技术路线

为确保基坑开挖的安全，同时避免由于基坑开挖进度延迟造成的其他负面影响，决定采用如下技术方案：在废弃井管外侧施工钢管桩，钢管桩深度宜隔断承压水层；继续进行基坑开挖，开挖期间应注意对钢管桩的保护；完成基坑底板的施工；在废弃井管内部注浆，外部施工高压旋喷桩；逐层割除废弃井管后完善底板孔洞施工。

该方案的核心理念在于开挖阶段维持废弃井管的现状，利用管内的余土平衡承压水压力，同时在其外侧使用钢管桩隔断承压水层，杜绝风险（预处理），待基坑开挖完成后，再使用注浆及其他工艺进行封井（后处理）。

3 工艺流程

3.1 钢管桩预处理措施

为隔断废弃井管同承压水层的连通，在其外侧施工直径1 m的钢管桩，桩长48 m，隔断本工程⑦层承压水。现场采用ICE 50RF免共振振动锤及配套吊车完成上述作业（图3）。此外，在附近位置施工降水井兼观测井，作为后续施工过程中的监控及应急手段。

图3 钢管桩施工

3.2 基坑开挖

预处理完成后继续开挖基坑，开挖期间需注意对已完成钢管桩的保护，特别注意避免基坑下设备行驶及回转过程中的碰撞情况发生。根据正常施工流程逐层开挖至基坑底（图4）。

图4 开挖过程

3.3 结构底板施工

基坑开挖至底板浇筑前，为避免底板下承压水突涌，于钢管桩外侧焊烧环形外止水钢板，钢板厚度与降水井井壁厚度（6 mm）保持一致，宽度为200 mm。底板完成后，对钢套管外壁与结构间缝隙进行堵漏预注浆，降水井停抽后未见渗水。

3.4 注浆及旋喷加固

底板完成后，对废弃井管内部进行注浆，并在废弃井管及钢套管间进行高压旋喷桩加固，于不明井管与钢套管夹层间等距布设4根高压旋喷桩（图5、图6），桩体直径不小于800 mm，桩体搭接不小于350 mm，加固区域为地下26.8～42.0 m范围；采用42.5级普通硅酸盐水泥，可适当添加早强剂，加固体单桩水泥含量不小于25%。

图5 加固平面布置

图6 加固剖面示意

注浆封井前，应现场预拌水泥浆；水泥浆的水灰比宜为0.8～1.0，浆量宜为回填细石子量的1.5～2.0倍。注浆管应居中下入井管内，注浆管底端应进入滤管底部。注浆管安放到位后应在井管口固定管位。固定注浆管后，应向井管内填入细石子，回填顶面不低于地面以下26.8 m。

注浆时应控制注浆压力不小于0.4 MPa，每注浆0.5～1.0 m高度的浆量后将注浆管上提相同高度，或以不大于15 cm/min的速度缓慢上提注浆管，注浆至细石子顶面后应继续注入水泥浆并缓慢上提约10 m，以保证注浆效果。

水泥浆终凝后，应抽出井管内余水，检查注浆效果，必要时再次灌入微膨胀细石混凝土至底板面下。

不明井管注浆完成后，展开井管与钢套管间高压旋喷加固施工。

3.5 封井作业

高压旋喷桩施工完成后尽快抽除管内余水，并切除底板顶面上方井管。由于井管贴近结构上翻梁导致作业面狭小，为保证封井质量，人工挖清浮土至底板面1 m以下，并割除底板顶面下1 m范围内的不明井管，随后封填细石混凝土至井管断面，捣实并抹平，于钢套管内壁焊封一层止水钢板，并于其上布设单排双向φ32 mm@150 mm钢筋，且与外层钢套管焊接牢固；随后由下至上逐层填实细石混凝土并焊封剩余2道止水钢板与加强钢筋；其中，顶层止水钢板加强钢筋应与底板顶层主筋焊接牢固，完成后浇筑细石混凝土至底板顶面齐平（图7）。

图7 封井示意

4 质量保证措施

4.1 高压旋喷桩质量保证措施

1）由专职人员负责测量放线及桩位的确定。

2）钻机就位后应进行水平和垂直校正，钻机应与桩位一致，偏差在50 mm以内，以保证桩垂直度。

3）浆液必须按照配合比进行配制，采用P·O 42.5水泥。

4）在施工过程中，要防止喷嘴被泥砂堵塞，气、浆压力和流量必须符合设计值，一旦堵塞，要拔管清洗干净后再重新插杆喷。插杆时应采取边射水边插，高压水喷嘴要用塑料布包裹，以防止泥土进入管内。

5）钻机的旋转和提升应连续进行，不得中断；拆卸钻杆时要保持钻杆伸入下节有100 mm以上的搭接长度，以免桩机脱节。钻机发生故障时，应立即停止提升钻杆和旋喷，以防止断桩，并应立即检修排除故障。

6）水泥浆液应严格按预定配合比制作，为防止灰浆离析，放浆前必须搅拌30 s再倒入存浆桶。

7）压浆阶段不允许发生断浆现象，输浆管道不能堵塞，全桩须注浆均匀，不得发生夹心层。

8）在喷浆过程中往往有一定数量的土粒沿着注浆管壁冒出地面，如冒浆量小于注浆量的20%，可视为正常现象，超过者或出现不冒浆时，应查明原因，采取相应的措施。冒浆量过大通常是有效喷射范围与注浆量不适应所致，可采取提高喷射压力、适当减小喷嘴孔径、加快提升和旋喷速度等措施，减小冒浆量；不冒浆大多数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等措施，填满空隙后，再继续旋喷。