双液旋喷施工对周边环境的影响分析

朱金彬

上海地铁维护保障有限公司 上海 200233

随着地下空间开发的不断深化，深基坑工程趋向复杂，软土地区土体形成多以沉积为主，土层差异明显，其中砂性土富含承压水，对深基坑工程威胁较大[1]。受土层影响，围护结构施工时，如地下连续墙、钻孔灌注桩等，实施质量易出现缺陷，再加上人为因素，很多深基坑工程在开挖阶段出现渗漏水问题。

双液旋喷工法是比较新型的堵漏方法，其经济性好，堵漏效果好，适用的渗漏范围大、深度深，已有多个成果的应用案例。但除了考虑堵漏效果，还要保证基坑安全，规避周边管线等损坏，研究双液旋喷施工对周边环境的影响具有重要意义。

1 工程概况

苏州某项目基坑形状不规则，基坑周长415 m，面积1 0681 m2。围护结构有以下几种：西侧邻近地铁采用2排三轴搅拌桩止水帷幕＋钻孔灌注桩（φ800 mm@1 000 mm），开挖深度10 m；北侧和东侧地库区域采用1排三轴搅拌桩止水帷幕＋钻孔灌注桩（φ1 000 mm@1 400 mm），开挖深度10～13 m；南侧2层地库区域采用放坡＋SMW工法（型钢间距1 200 mm，三轴搅拌桩桩径850 mm），开挖深度10 m；主楼局部深坑区域采用钻孔灌注桩（φ700 mm@1 000 mm）作为重力式支护形式，未设置隔水帷幕；主楼坑底采用高压旋喷桩作为侧壁支护，并利用旋喷桩封底，开挖深度16～21 m。

本工程不良地质主要为⑤2层粉土夹粉质黏土或⑤3层粉土微承压水层，其富水性、透水性中等-较好，补给来源为地下径流补给，排泄方式以地下径流及人工抽吸为主。勘察期间实测微承压初见水位标高在0.95～1.17 m之间，稳定水头标高在0.85～0.90 m，随季节变化地下水位有升降，年变幅0.80 m左右。

第I承压水上段主要赋存于⑨1粉土、⑨2粉质黏土夹粉土、⑨3粉土层中，补给来源主要为承压水的越流补给及地下径流补给，其富水性及透水性均较好，该层埋深在自然地面下30 m左右，其上有较好的隔水层⑥粉质黏土、⑦粉质黏土层，具有相对较好的封闭条件。其稳定水位标高为－2.86～－2.80 m。

2019年8月25日，基坑在开挖坑中坑时，局部深坑已部分到底，出现流砂现象，且局部深坑南侧部分区域出现塌陷，主楼西侧围护桩漏水点明显，且水量较大、携带泥砂。项目部及时回填局部深坑区域土方，防止3层区域支护踢脚破坏。渗漏发生后坑外西北角局部沉降加剧，沉降数据达7 cm，水位下降明显，从5 m下降至12 m。前期采用坑外双液注浆手段，根据水位的变化情况，具有强烈的波动性，注浆抬升、停止后回落，说明围护结构渗漏一直存在。9月6日抢险单位进场，提出双液旋喷方案进行封堵。

2 双液旋喷设计

为弥补围护结构缺陷，防止水土进一步流失，设计采用双液旋喷进行邻近地铁侧抢险堵漏及加固。为规避对已成基坑及周边环境的影响，桩体深度设定为止水帷幕至坑底垫层标高。桩体间距根据灌注桩间距中心布置，间距1 000 mm，桩径800 mm[2]，设计桩深28 m，桩长17 m，桩底进入不透水层1 m，桩顶至已开挖基坑垫层下部，针对轨道侧及其他区域水位降深处设计。

双液旋喷施工对地铁结构的影响分析：地铁隧道采用明挖法施工，结构形式相对于盾构法隧道刚度更大，底部设有工程桩，桩底深度大于双液旋喷的施工深度。施工区域土层的物理性能见表1。

表1 施工区域土层的物理性能

根据平均厚度和内摩擦角计算，平均内摩擦角15.3°，根据破坏理论的计算公式，滑移面为45°＋φ/2[3]，影响分析角度为45°＋15.3°/2＝52.65°，桩体深度28 m时，施工影响的主要范围为21 m，地铁隧道与在建基坑的最近距离为28 m，施工对隧道的影响较小。

3 监测数据分析

3.1监测点布置

本工程为了保证施工期间基坑安全，避免对邻近轻轨线路产生不良影响，在邻近轨道一侧设置了地下水位、桩体变形、地面沉降、围护桩顶部垂直位移及水平位移等监测点。

水位监测点布置于轨道侧距离基坑边沿7 m处，间隔20 m，共设置SW09、SW10、SW11、SW12四个监测点，监测点SW09垂直距离轻轨最远，间隔约26 m，监测点SW12垂直距离轻轨最近，间隔约17 m。

沉降监测点布置于轨道侧距离基坑边沿2 m处，间隔20 m，共设置DM7、DM8、DM9、DM10四组监测点，每组监测点按照3、5、7、9 m间距向轻轨方向各布设5个监测位置。

桩基侧向变形监测搭设在钻孔灌注内，间隔20 m，共设置CX10、CX11、CX12、CX13这4个监测点，如图1所示。

图1 轨道侧监测点布置

3.2监测数据分析

3.2.1 双液旋喷对地下水位的影响

2019年8月25日，局部深坑已部分到底，局部深坑区域出现流砂现象，且南侧部分区域出现塌陷。轨道侧水位于8月26日出现突变，突变最大位置为SW10，达到最大变化值－7 970 mm，周边各点水位下降数值围绕SW10向两侧递减，从监测数据中可以判断围护结构缺陷位置位于SW10附近。8月31开始进行双液注浆，各点水位在波动，说明双液注浆并未起到明显效果，随着扰动及变形，其他点水位也开始出现较大降幅。9月5日，主楼区域坑底出现暗涌，坑内回填至第3道支撑底进行反压。9月6日开始采用双液旋喷施工，之后监测数据显示周边水位基本恢复并保持稳定，如图2所示。可以看出双液旋喷施工达到了较好的堵漏效果，迅速有效地遏制了基坑渗漏情况的进一步恶化。

图2 轨道侧地下水位监测变化曲线

3.2.2 双液旋喷对周围地面沉降情况的影响

轨道侧9月4日开始出现沉降，9月5日发现基坑涌水，最大沉降值增大至7 cm，最大沉降位置出现在监测点DM9-2、DM10-2位置，紧邻基坑且向轨道方向延伸；而在监测点DM9-3与DM10-3的位置，同样出现了较大沉降值。9月6日开始双液旋喷注浆施工，9月7日监测数据即显示出周边地面沉降变化开始趋于稳定，水土流失情况得到较好的控制。

9月20日，2号机施工双液旋喷时，监测点DM8-1、DM8-2区域出现2 cm隆起情况，如图3所示。在渗漏情况下，由于大量压力释放至坑内，在渗漏停止后，双液旋喷的浆液堆积在地下，当空洞填充密实后，开始产生隆起等现象。

图3 轨道侧周边地面沉降监测情况

3.2.3 双液旋喷对邻近已有桩基的影响

为对比不同参数施工对环境的影响，选用2种施工参数：1号机选用XP-120高压注浆泵，转速500 r/min，压力20 MPa，流量60 L/min，硅酸钠溶液（水玻璃）2 MPa，流量20 L/min，对应测斜CX12、CX13；2号机选用XPE-90高压注浆泵，转速900 r/min，压力35 MPa，流量90 L/min，硅酸钠溶液2 MPa，流量30 L/min，对应测斜CX10、CX11。

9月14日，施工邻近测斜管CX10位置双液旋喷桩，监测数据显示桩体变形单次最大变量18 mm，9月16日CX10累计变量为58.71 mm，超出累计变化控制值±35 mm，如图4所示。

图4 CX10桩体测斜变化趋势

9月18日，监测数据显示西侧桩体测斜CX11单次变量30.35 mm，9月19日累计变量达71.52 mm，超过累计变化控制值，如图5所示。

图5 CX11桩体测斜变化趋势

9月18日，监测数据显示西侧桩体测斜CX12单次变量13.19 mm，9月19日累计变量达51.05 mm，超过累计变化控制值，如图6所示。

图6 CX12桩体测斜变化趋势

9月8日，监测数据显示西侧桩体测斜CX13单次最大变量28 mm，9月11日累计变量44.97 mm，超过累计变化控制值，如图7所示。

图7 CX13桩体测斜变化趋势

根据以上邻近已有桩基侧向变形监测数据来看，基坑排桩围护变形值均已超过报警值，并且各监测位置的监测曲线变化基本类似，均呈现出上部10 m左右变化小，10～16 m范围内变形值变大，16 m以下变形值减小的趋势。

双液旋喷采用的高压高流量浆液，并具有速凝效果，孔口无法上翻泄压，在坑内无渗漏的情况下，浆液固化体在土体内堆积，对周边产生较大的侧向挤压。由于双液旋喷的施工桩顶仅至开挖深度底面，在双液旋喷施工前，该基坑完成开挖深度10 m，基坑内3道支撑梁已施工完毕，地面以下10 m范围内的灌注桩已经形成了较强的桩顶约束，故10 m以上没有明显变形。灌注桩深度26 m，18 m位于喷浆区域灌注桩中心，随着固化体积累，在16 m深度处出现最大变形点。

4 结语

采用双液旋喷工法进行本工程堵漏，水位恢复并未出现反复，地面沉降趋于稳定，堵漏效果良好。但双液旋喷施工过程中，会产生较为明显的挤土效应，引起围护桩倾斜变形超出3.5 cm，并造成局部地面隆起2 cm。其影响与工艺本身原理有关，影响程度和距离可以参考本文进行评估。双液旋喷对灌注桩桩体的侧向位移影响明显，局部最大累计达到7 cm，且累计变形与施工参数具有正相关性，建议调整施工参数控制其对侧向土体的挤压效应。在渗流状态下，压力释放至坑内，当封堵完成后，宜根据孔口冒浆情况，调整提升速度，减少对环境的影响。控制桩顶标高上部不进行扰动，可以减小对地面隆起的影响，根据渗漏位置进行桩顶标高设计。故在施工前应当详细了解周边环境，进行有针对性的设计，并在施工过程中加强监测，规避环境影响事故的发生。