摘要：本文结合盾构工作井深基坑施工中在粉砂岩层处发生涌水涌砂现象，现场及时采取合理、有效措施进行治理，成功地解决了粉砂岩层深基坑涌水涌砂的难题。其关键技术内容主要包括：深基坑连续墙接头涌水涌砂原因的分析、涌水涌砂路径的探测、采取回灌水平衡水头压力、连续墙接缝处使用WSS注浆工艺切断涌水路径、连续墙接缝处封钢板处理以及采用分阶段降水和在水泥中掺入着色物验证堵漏效果。
关键词：深基坑；粉砂岩层；涌水涌砂；WSS注浆工艺
1.研究背景
随着我国城市高层建筑物的发展，深基坑越来越多，地下水引起的深基坑开挖安全问题日益突出。特别在地下水源丰富，承压水水头高的基坑场地，坑内管涌时有发生。由此导致地下水从基坑底部渗入，降低地基土的强度，这不仅直接影响该基坑的开挖与后续工程的施工，更严重影响周边建筑物及地下管线的安全。因此在基坑开挖中一旦发生管涌现象，要及时采取合理、有效措施进行治理。
2.国内外研究现状
当前国内有采用WSS注浆止水加固、回灌水平衡水头压力的应用工程报道，但本工程在粉砂岩层中同时采用回灌水平衡水头压力，应用WSS注浆切断涌水途径，连续墙接缝处封钢板处理、连续墙表面挂网喷锚处理、盾构始发采用钢套筒及双帘板始发以及采用分阶段降水观测水位变化和在注浆浆液中掺入着色颜料等技术处理措施，国内尚没有类似工程的报道。
3.技术研究的主要内容
3.1工程概况
本工程3#盾构始发井位于流溪河北向的绿化带上，毗邻江村大桥，3#盾构井基坑长度36.6m，宽度21.6m，深度29.9m。采用明挖顺筑法施工，工作井围护结构采用地下连续墙+五道钢筋混凝土支撑体系，连续墙嵌固深度5.0m，地下连续墙为800mm厚，C30P10水下砼浇筑。盾构井第五道腰梁切割完成8日后基坑出现涌水涌砂，水质浑浊，携带黑色粉细砂。基坑涌水涌砂点位于基坑北侧盾构机出洞洞门旁，A4与B6地下连续墙接缝，深27.8m处。
3.2工程地质条件
根据补勘（LJZK36）钻孔情况，工作井基坑开挖范围内地层从上之下分别为杂填土（2m）、粉质粘土（1.5m）、淤泥黏土（0.6m）、粗砾砂（10.6m）、粉质黏土（4m）强风化粉砂质泥岩（1.8m）、中风化粉砂质泥岩（6m）、微风化粉砂质泥岩（4.3m），基底位于微风化岩层中，距离下部中风化泥岩层90cm。
3.3涌水涌砂原因
3.3.1查找涌水涌砂原因
因开挖阶段该点未漏水，在底板施工完成并且拆除第五道支撑后开始漏水，判断此处临近灰岩的泥质粉砂岩中存在岩层分化不均匀或者孔洞，所以分析基坑涌水涌砂的主要原因：
①地层软硬不均和可能的局部承压水造成地连墙槽段承受较大的荷载，此槽段较大的变形和相邻槽段正常变形不协调造成接头错位、漏水；②第五道支撑拆除后，可能导致围护结构地下连续墙A4幅与B6幅的不均匀位移，使外部水从其产生的缝隙流出；③漏水后现场涌出黑色粉细砂，可以判断砂岩裂隙发育，风化不均匀甚至存在孔洞填充物，采用现行的勘察设计规范无法揭示此类地层；④结合地质情况，对出水含砂量进行分析，属于砂岩裂隙水。根据现场涌出的为黑色粉细砂，而非上层褐黄色的粗砾砂，可以判断不是上层的粉细砂流至底部。此处主要受地质异常、勘察的局限性影响，存在地层的不确定性，而地下槽道走向分布较复杂。强风化、中风化、微风化泥质粉砂岩层之间存在不均匀风化现象，根据地质报告显示，上部岩层强度高于下部岩层，存在岩层倒转现象。
3.3.2查找涌水涌砂路径
本次涌水涌砂事件出现后，基坑西侧较大范围出现沉降，北偏东涌水点沉降量反而不大，由此可以判断涌水路径是由基坑西侧绕流至北偏东涌水点。
3.4基坑涌水涌砂的处理技术措施[1]
3.4.1补勘
为了保证基坑周边建筑物、江村大桥的安全，对基坑西侧进行补勘，同时继续验证上述原因分析。
3.4.2监测
在原来的基础上，在基坑南侧道路范围每5m间距布置监测点，桥梁桥墩及桥面每5m布置检测点，并定时监测地下水位，发现问题及时调整。
3.4.3回灌水平衡水头压力
当发现在涌水点满布水平孔注双液浆，止水效果不明显后，立即采取回灌水措施来保持基坑内外水压平衡，防止基坑外侧水土流失引起沉降，回灌水位至标高5.50m，与地下水位持平。
3.4.4注浆切断渗流路径
基坑北端头涌水点范围、素混凝土墙范围、地下连续墙接缝处采用钻孔注浆一体机进行止水加固处理。
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1、注浆孔布置
（1）基坑北端头涌水处素混凝土连续墙上部布设B1~B5注浆孔，钻孔深度18.5m；
（2）基坑北侧及西侧连续墙外侧约20~30cm位置布设A1~A7、A17、A18、A19、A20、A21合计12个钻孔，钻孔深度29m；
（3）距离连续墙接缝处外侧地面约50~60cm位置钻孔注浆，钻孔直径5cm左右，钻孔深度29m，注浆至地面下5m终孔，钻孔数量为15个孔。
现场共计布置32个孔，当钻杆钻至设计深度时开始进行双液注浆，水泥浆液与水玻璃分开拌制，在管口进行混合，注浆压力不大于0.8MPa，实际以现场为准。
2、浆液拌制
浆液材料采用超细水泥-水玻璃双液浆，水泥浆液与水玻璃分开拌制，在注浆口出混合注入注浆孔中，浆液初凝时间25s，终凝时间为52s。
3、WSS注浆工艺[2]
（1）注浆工艺流程：测量定位»钻机就位»钻进成孔»提杆注浆（预先拌制浆液）»注浆结束。
（2）操作要点：
1）测量定位：由专业测量人员根据布孔图测放出孔位，并做好标识。定位准确，钻头点位误差≤20mm。钻杆垂直度误差1度。
2）钻机就位：为确保钻孔垂直度偏差≤1%，施工平台应铺设枕木或槽钢，安装钻机应保持稳固、周正。钻机对孔时，要在测量人员指导下认真做好对中、校准工作。对准孔位后，钻机不得移位。
3）钻进成孔：钻机过程中，要控制钻杆垂直度，慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定在该地层条件下的钻机参数。同时密切观察钻进尺寸，出现异常情况时，应立即停钻，分析原因再进行施工。
4）提杆注浆：严格控制每孔注浆量、提升速度和注浆压力，提升速度宜为0.2m/min～0.4m/min，注浆压力宜为0.15～0.3Mpa（可以根据现场情况进行调整）。同时密切关注注浆量，当压力突然上升或下降时，应立即停止注浆，查明原因后，采取调整注浆设计参数或移位等措施继续注浆。
5）注浆结束：将注浆管冲洗干净全部收回，对注浆孔进行密封，恢复原毕状。
3.4.5基坑内加固处理
1、封钢板处理
所有地下连续墙接缝处工字钢位置二期槽一侧采用宽45cm，厚10mm钢板长度75cm封补，快速水泥填充。由上往下，每3m抽一次水，对连续墙接缝处进行封钢板处理。
2、连续墙表面喷锚支护
施工安排在基坑内部加一层喷锚结构层，第一步在墙上植入直径12mm长150mm钢筋，间距800*800，墙内100mm外露50mm。第二步放入150*150mm网片，直径6mm。第三步，喷射80mm厚混凝土，地下水位5.5m以下均喷锚支护。
3.4.6盾构始发前处理
盾构始发采用40cm的延长钢套筒密闭始发，增加一道止水帘板。
3.5 止水加固效果验证
1、钻孔抽芯
采用钻探机在基坑西侧2m处布孔，间距10m，共计3孔。为了及时发现问题及总结规律，从钻探开始就要注意钻进的动态和分段采取岩芯，详细观察、描述及编录。
2、检漏、抽水
采用色素或碘化钾等带色物掺入水泥砂浆内，注入渗漏点外侧范围，检测基坑内是否有色素砂或水流入，达到堵漏效果，并定时检测地下水位是否随基坑内水位下降而降低。
经检测基坑内不再渗水，流砂，且注浆完成后，将基坑内水抽离至排水沟，并定时检测地下水位，发现问题及时调整。做加压回灌井，抽水时遵循分级、多点、加压的原则，每抽3m进行加压检漏、观察，并对连续墙接缝位置封钢板处理。
使用有色颜料与基坑内水位观测相结合来检测注浆堵漏效果。由于始发井基坑发生涌水涌砂后及时往基坑内抽水回灌以平衡地下水压力，因此后续对基坑涌水涌砂注浆堵漏效果的直接检测存在一定的困难。为克服上述困难，本次创新使用了在注浆浆液中加入有色颜料来检测注浆堵漏效果。若基坑内出现注浆时加入的有色颜料，则说明基坑涌水涌砂处未完成堵漏。若注浆过程中及注浆结束后基坑内未出现注浆时加入的有色颜料，则抽排基坑内的回灌水，使基坑内水位下降2~3m，安排专人间隔1小时测量一次基坑内水位，最后根据观测结果得出完成堵漏。
4.结论
通过全面分析盾构3#始发井深基坑涌水涌砂的原因并实施有效地探测方法，找到涌水路径。再通过回灌水平衡水头压力，在基坑外围采用WSS注浆止水加固技术措施，有效、快速止住涌水涌砂，有效地解决了粉砂岩层深基坑涌水涌砂的难题。整个处理过程费时短，费用低，科学有效，安全可靠，取得了较好的效果。随着建筑行业的发展，深基坑越来越多，此技术对类似深基坑涌水涌砂事件具有一定的参考借鉴作用。
参考文献：
[1]叶森立.毗邻河流基坑涌水涌砂处理技术[J].城市建设，2018（8）：113，115.
[2]姚清松.WSS注浆工艺在地基加固中的应用[J].城市建筑，2015（35）：140-140.
论文作者:董放,胡小冲
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/7
标签：基坑论文; 注浆论文; 盾构论文; 钻孔论文; 砂岩论文; 钻机论文; 浆液论文; 《基层建设》2019年第32期论文;