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摘要：本文以在建基坑工程为例，针对深基坑止水帷幕失效渗漏问题，结合地质条件和具体工况，对相关加固技术进行了理论分析和实践探索，取得了良好的效果，解决了重大质量安全隐患。并对类似工程提出了较为完备的加固技术和实施方法。
关键词：深基坑；止水帷幕；渗漏；加固
1 工程背景
基坑支护结构体系采用Φ1000@1200的钻孔灌注围护排桩+三层钢筋砼支撑，止水帷幕采用设置Φ850@600三轴水泥土搅拌桩作为外侧止水帷幕；基坑内采用降水井降低坑内地下水位。
勘察深度范围内揭露的主要含水层有①层杂填土、③层老城杂填土、④层粉土，场地所含地下水类型为潜水，主要接受大气降水、地下径流、越流补给，以径流、越流、地面蒸发为主要排泄途径；土层中地下水分布极不均匀，无稳定统一的地下水位，水位埋深1.3~2.5m不等。
2、突发渗漏及原因分析
2.1渗漏情况
基坑在施工完二道支撑，第三道支撑尚未完全结束，底板未封的状态下，2017年6月13日10：50，基坑西边中部深度12m粉砂层处的围护桩间出现明显渗漏并带泥砂冲出，项目部立即停止土方作业，启动现场应急预案，对渗漏点采用棉絮、棉毡、袋装水泥进行堵漏，同时覆土反压，当天又组织专业队伍对渗漏点采用聚氨酯堵漏的方式进行止水，次日立即在漏点外侧辅以双液注浆进行填充加固。
针对西侧出现的三处渗漏点，同样采取内侧漏点堵漏并覆土反压，外侧辅以双液注浆进行填充加固，经过应急处理第四天现场险情得到控制。
2.2原因分析
项目部立即委托检测单位对基坑止水帷幕进行取芯检测。经过分析芯样，基坑止水帷幕取芯检测结论：整个基坑北侧、西侧北部、东侧北部、东南角止水帷幕在砂层位置失效。
经查看止水帷幕施工记录及施工参数、核对地勘报告，本基坑粉砂层位于（-8.5m～-15m），粉砂层透水良好，且本工程地下粉砂层为古卞水、古泗水、古黄河河床，粉砂层所含水体为流动水，实为地下暗流（暗河）。止水帷幕成桩后，粉砂层部位水压力较大，止水帷幕的水泥在凝固前被砂层水流带走，造成此处止水帷幕质量缺陷，从而导致漏水。
3、加固方案比选
3.1高压旋喷注浆法加固机理
单相液体以高压从喷嘴喷出后，所形成的高压喷射流由三个区域构成，即保持出口压力的初期区域A，紊乱发达的主要区域B，喷射流变得不连续的终期区域C。在初期区域中，喷嘴出口处速度分布是均匀的，轴向动压是个常数；随着与喷嘴距离的增加，保持均匀分布的部分越来越窄，直到某一位置，断面上的流速分布不在均匀，速度分布保持均匀的这一部分成为喷射核E，轴向动压有所减小的过度部分成为迁移区D。初期区域的长度是喷射流的一个重要参数，可根据此判断破坏土体和搅拌效果。见 图1高压喷射流构造图
在主要区域，轴向动压陡然减弱，喷射流扩散宽度与距离的平方根成正比，喷射流的混合搅拌在这一部分内进行。在终期区域喷射流能量衰减很大，末端成雾化状态，当喷射流摄入饱和介质或水中时，这一区域一般不存在，比如当在地下水位喷浆时，就会出现这种情况。喷射流的有效喷射长度为初期区域长度和主要区域长度之和，有效喷射长度越长，搅拌土的范围越大，所形成固体的直径也越大。
图1高压喷射流构造图
3.2双液注浆加固原理
水泥浆和水玻璃溶液混合后立即发生反应，很快形成具有一定强度的固结体。随着反应连续进行，结石体强度不断增加，早期强度主要是水玻璃反应的结果，后期强度主要是水泥水化反应的结果。
Maag应用达西定律作为物理方程推导出浆液球形扩散理论公式。该理论作出以下假定：①被注砂土为均质的和各向同性的；②浆液为牛顿流体；③采用填压法注浆；④浆液在地层中呈球状扩散；⑤重力影响作用忽略不计。
3.3 鉴于本工程基坑四周平面十分狭窄，四周工况复杂，施工过程对周围产生的风险大，经过充分论证和比较，针对不同渗漏情况的区域，采取旋喷+双液注浆的止水加固方案，充分发挥双液注浆堵漏的特点，发挥旋喷桩止水桩强度高等特点。
4、双液注浆技术要点
4.1注浆压力的选择与控制
水泥—水玻璃浆液的胶凝，充塞过程不同于水泥浆液。水泥—水玻璃注浆压力控制通常根据该段所需浆量，一开始就在短时间内浆压力升到最大允许压力，并一直保持到注浆结束。在规定压力下，每一级浓度浆液的累计吸浆量达到一定限度后，调换浆液配比，逐级加浓，随着浆液浓度的逐级增加，裂隙逐渐被填充，单位吸浆量逐渐减少，直到结束标准时，即结束注浆。
4.2浆液浓度的选择与变换
由于各孔段裂隙大小、分布情况各疏密程度都不一样，每一注浆段中各种宽度的裂隙所占的比例也不相同，合理的注浆浓度需适应上述二种情况。为适应大小不同的裂隙，一般是先压稀浆后压浓浆。浆液浓度的变换，是在同一浓度下一步注浆持续一定时间后，或压入量达到一定数量，而注浆压力、吸浆量均无显著改变时，即可加浓一级。若加浓后压力显著增大，或吸浆量突减时，均说明浓度变换可能不当，应立即换原来浓度。
4.3浆液注入量
浆液压入Q，根据扩散半径及土层裂隙率进行计算
Q=πηβ（m3）
式中 r——浆液扩散半径（m）；
H——压浆段长度（m）；
η——土层裂隙率，一般取1%~5%；
β——浆液在裂隙内的有效充填系数，约0.3~0.9，视土层性质而定。
4.4注浆结束标准
注浆结束标准，以两个指标表示，一是最终吸浆量；另一是达到预定设计压力（即终压）时的持续时间。水泥—水玻璃双液结束标准是：注浆压力达到设计终压；吸浆量为50~100Lmin，稳定约20min即可结束。
本工程采用定压注浆，当注浆压力达到或接近终压时结束注浆，而当压力接近终压或达到终压的80%时，如出现较大的跑浆，经间歇注浆后全部达到或接近终压也可结束注浆。
5、高压旋喷加固试验
5.1 第一次试验
针对本工程砂层中常规参数不能有效成桩，且地下水具有流动性的特点，决定提高水压、降低提升速度和转速，以达到对土体有效切割和维持较高持浆量的目的，初定两组具有细微差别的参数进行试验：①水灰比1.0，水压26MPa，浆压0.9MPa，气压0.7MPa，转速13rpm min，提升速度8cm min，水玻璃2%；②水灰比1.1，转速15rpm min，提升速度10cm min，其余参数同前。
从试桩桩头开挖和钻芯结果看来，桩头处直径为980~1100mm，桩心芯样水泥含量高，密实成型，但在距桩心0.5m 处的芯样，以桩顶往下约4m 处（土层与砂层的分界线）为界，往上桩身水泥含量高且密实，但往下直至桩底则除桩芯孔较完整外，其他孔位几乎不含水泥，为松散砂粒，试验结果不能满足要求。
5.2 第2次试验
经分析第1次试桩成桩半径较小的原因，可能
存在水泥浆流失或喷射压力不足的问题，其解决方法是对前一种情况进一步降低转速和提升速度，对后一种情况继续增大水压。由于工期紧及试桩成本高，不可能再通过试验寻找一个最佳参数，同时为了保证第2次试桩成功，将各项参数尽可能取得较大，即：水灰比1.0，水压32MPa，浆压2MPa，气压0.7MPa，转速10rpm min，提升速度4.4cm min。
7d 后的抽芯检查结果表明，桩身水泥分布基本均匀，成形性和固结性尚好，成桩效果较好，基本达到试验目的，由此参数指导现场正式实施。
6、止水帷幕渗漏加固实施
6.1 基坑西侧双液注浆。在三轴搅拌桩止水帷幕外侧进行双液注浆，间距800mm，注浆管深度15m，垂直于地面方向。
6.2 双液注浆+双重管高压旋喷，第1步先在三轴搅拌桩止水帷幕外侧进行双液注浆，间距800mm，注浆管深度15m，与垂直方向的夹角为7°；第2步采用φ800双重管高压旋喷桩，水泥含量30%，间距600mm，支护桩与止水帷幕之间，±0.00至-7米D100引孔在-7米至-17米间D800高压旋喷桩。
6.3注浆孔的设计和布孔：注浆孔的布孔有骑缝和斜孔两种形式，根据实际情况和需要加以选择，必要时两者并用。布孔原则：注浆孔眼的位置和数量，需根据不同漏水情况进行合理安排，以导出漏水为目的，在集中漏水处布孔，水流量大则孔距小，水流量小则孔距大。
6.注浆要点及注意事项
6.4.1注浆前对整个系统进行全面的检查，在注浆机具运转正常，管路畅通的情况下，方可注浆。使用高压注浆机试压，不得超过砼结构受压范围。向注浆孔内注双液浆料。单孔逐一连续进行。当相邻孔开始出浆后，保持压力3～5分钟，即可停止本孔注浆，改注相邻注浆孔。结束注浆：在压力比较稳定的情况下，再继续注1～2分钟 既可结束注浆，拆卸管路准备清洗。
6.4.2经检查无漏水现象时，卸下注浆孔，用水泥浆等材料将孔补平抹光进行封孔。
6.4.3注意事项：输浆管必须有足够的强度，装拆方便、所有操作人员必须穿戴必要的劳动保护用品、注浆时，注意浆液的注入量，同时观察压力变化情况。一般压力突然升高可能由于浆液凝固、管路堵塞或由于浆液逐渐充填流砂层，此时立即停止注浆。压力稳定上升，但仍在一定压力之内，此时是正常的。有时出现压力下降情况，这可能是由于孔隙被冲开，浆液大量进入流砂层外部所致，此时可持续注浆。随着大量浆液进入粉砂层，压力会逐渐上升并稳定。压力降低的另一个原因是由于封缝或管道接头漏浆造成的，需及时停止注浆，进行处理。有时由于泵压力增大，将浆液压入三轴搅拌桩断接处粉砂层脱节点，如大量浆液流失，这时可调节浆液固结时间，使之缩短凝结时间或采用间歇注浆的方法来减少浆液损失。
6.4.4注浆所用的设备、管路和料桶必须分别标明，注浆前应准备水泥、水玻璃、堵漏王及棉花毯等快速堵漏材料，以便及时处理漏浆跑浆情况。
7、实施效果
从2017年6月13日开始基坑四周发生渗漏开始，由于项目部及业主各方联合紧急采取了应急预案措施，到制定出符合现场实际情况堵漏方案的实施，从现场实际情况及监测数据可以看出：由于措施及时、方案合理，几个重要监测指标钻孔灌注桩位移、土体位移均在控制范围内，地表沉降、地下水位变化由于起初沉降值得累计导致累计值报警值超标，但由于及时采取了措施速率报警值得到了有效控制，保证了基坑稳定，使基坑施工处于安全受控过程状态下。
8、结语
根据本工程止水帷幕渗漏、抢险、修复的整个施工过程，以及加固过程的试验分析，对类似的工况得出以下有益的经验：对于地下含有流砂的土层，在工程建设前不仅需要地勘报告，还需要进行水文分析，确定水压力的大小、流速及方向；对于类似工况的深基坑止水帷幕，如果采用高压旋喷的施工工艺，施工前需要进行试验，确定试验参数；在土方开挖前，严密监测止水帷幕内外降水井的水位高度的变化，以判断止水帷幕的止水效果。
参考文献
[1]宋志兵 浅谈苏州工业园区深基坑漏水处理方法 苏州大学学报（工科版）2010年10月 VOL 30
[2]陈志强 徐伟 张宇 深基坑水泥搅拌桩止水帷幕失效分析与修复 施工技术（增刊）2012年6月第41卷
论文作者:张贵廷
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年11期
论文发表时间:2019/8/27
标签：注浆论文; 浆液论文; 帷幕论文; 基坑论文; 压力论文; 水泥论文; 水玻璃论文; 《建筑学研究前沿》2019年11期论文;