深水鋼板樁圍堰防滲技術分析和堵漏施工方法

吳德東，周杰

（中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門353600）

1 工程概況

廣東穗莞深城際軌道交通項目東江北特大橋主跨為（75 m+125 m+125 m+75 m）連續梁；其處于新塘鎮東江北干流內河-Ⅲ級航道，其中，76#主墩的施工水位為+3.36 m，水流速度V=1.5 m/s，河床標高-8.806 m，嵌埋式承臺，承臺底標高為-14.506 m，頂標高為-9.506 m，墩位處水深12.3 m，承臺埋置深度為6.1 m。承臺內砂層主要有3 m中砂、1.5 m全風化砂巖、1 m強風化砂巖、0.5 m中風化含礫砂巖。

該橋址深水承臺經過多種方案進行綜合比選，在安全風險和經濟設計綜合比較下，最終選擇鋼板樁圍堰無封底干挖施工，深水圍堰采用24 m拉森SP-ⅣW形鋼板樁加雙拼H型鋼圍檁作為內支撐。通過建模計算，其圍堰的整體抗傾覆穩定性、抗管涌穩定性、強度和剛度等均滿足驗算要求。在鋼板樁的設計位置，先用旋挖鉆引孔穿透強風化及中風化層至設計鋼板樁底標高，再回填密水性強的粉質黏土。由于鋼板樁插打垂直度難以控制和鉆孔偏差，部分鋼板樁未準確打入引孔內，致使其入土深度無法達到方案設計要求，甚至在承臺底以上1 m。鋼板樁圍堰在開挖基坑內砂土和巖層過程中，隨著潮起潮落造成的動水壓力，水頭差增大，圍堰內外承壓水連通，形成了滲透路徑，先后3次出現了流沙土現象，并且水頭壓力擊穿未封堵密實的引孔，形成管涌。對此，針對出現涌水的位置范圍及流量大小等原因進行分析并積極采取了應對措施。

2 圍堰滲水原因及堵漏措施

2.1 鋼板樁接口縫隙水

在深水中超長鋼板樁插打時豎直度整體不好控制，鋼板樁之間咬合接縫也會存在空隙，鎖口接縫不嚴密時便出現漏水。根據鋼板樁的“自愈”原理，即抽水后樁縫入口處水力坡降變大，附近的砂層會發生滲透破壞，細砂顆粒會隨水流進鋼板樁的縫隙內，而樁縫出口處水力坡降向外迅速降低，細顆粒進入后就會滯留并逐漸填滿樁縫，隨著鋼板樁內外水頭差增大，縫內砂土逐漸被壓密，滲透系數逐漸變小，部分接縫漏水會自動消失。如果仍發生漏水情況則可采用細沙拌合木屑沿接口從上至下迅速拋落，利用水位差產生的吸附力使其填充間隙。

另外，針對淺水鋼板樁水頭差較小情況，合樁后接縫間隙仍然大，此時可采用“JY-669”水溶性聚氨酯化學灌漿材料注射縫口，漿液遇水后自行分散、乳化、發泡，立即進行化學反應，形成不透水的彈性膠狀固結體，具有抗滲止水性能，在水中可長久保持原形。漿液遇水反應形成彈性固結體物質的同時，釋放CO2氣體，借助氣體壓力，漿液可進一步壓進鋼板樁間的空隙內，實際使用效果良好。圖1為鋼板樁圍堰滲水圖。

圖1 鋼板樁圍堰滲水圖

2.2 局部滲水及管涌

因鋼板樁垂直度0.5%的偏差控制，21 m長鋼板樁可控最大水平偏位達1 600 mm×0.5%=8 mm。隨著圍堰抽水及開挖過程中鋼板樁在水壓作用下產生水平位移變形，造成鋼板樁外側與河床土層剝離形成縫隙，且由于每日2次潮汐落差大、水流速度快對外河床進行沖刷的影響，鋼板樁與河床接觸面縫隙便越擴越大，隨著時間推移形成過水通道沿樁底滲入進而形成管涌，在該承臺圍堰中根據現場潛水員探測縫寬可達2～25 cm，砂層流失形成孔洞。

深水圍堰施工的水頭差壓大，鋼板樁入土深度不足，開挖后原河床地質被破壞，土體失穩，易造成瞬間管涌，應全過程監控并做好應急防范措施，包括救生用品、堵漏沙袋、金湯水不漏、引流卸壓管、壓漿設備等應急物資儲備。圍堰抽水前和抽水后應對河床沖刷情況進行監測，可提前對外河床進行加固處理。

2.2.1 填補縫隙

初期對鋼板樁圍堰四周水下進行封水膠條等材料填補與河床土層縫隙，并上蓋裝填黏性土袋防止沖刷。

2.2.2 水下高壓旋噴注漿施工

利用水下高壓旋噴注漿施工起到止水帷幕的作用。即對圍護結構外側（或后期出現滲漏點處）采取二重管法高壓復合旋噴的方法進行加固處理，將漿液與空氣形成復合噴射流沖切原松質土層，并沿樁壁產生升揚置換作用，使土體及砂層固結，同時，可對沖切范圍外的周圍土體漿液滲透而進行填充擠壓，具備結石率高、帷幕強度高、防滲性能優的特點。其中，水下高壓旋噴樁施工工藝的固結強度取決于旋噴噴射壓力、漿液水灰比、攪動半徑和提升速度，以及土質砂層強制混合固化體特性。該圍堰施工時按梅花形布置2排間距30 cm、樁徑500 mm旋噴樁，樁深至承臺底1 m處或中風化層無法鉆進為止，旋噴參數為提升速度20～25 cm/min，旋噴轉速20～22 r/min，噴射壓力20～30 MPa，壓縮空氣壓力0.7～0.8 MPa，水灰比1∶1，噴嘴直徑2.2 mm。根據現場鉆芯取樣試驗強度值可達到9 MPa，能達到防滲目的。

2.2.3 放坡開挖

方案設計時放大圍堰尺寸，干挖時對鋼板樁邊角進行放坡開挖，維持原不透水層土體的穩定，防止水土從鋼板樁基坑底部反竄上來，造成流土或管涌；具備條件時可先進行四周圈梁澆筑，鞏固土坡，封閉滲水，同時防止鋼板樁漏水，造成由上至下的沖刷。此種放坡方式對強風化中風化巖層處理相當有效。

2.3 滲水及管涌治理

2.3.1 引流

土層對圍堰底部水有一定的滲透阻擋作用，可以通過疏通等方式對水壓進行釋放，采用無封底施工時澆筑30 cm墊層，并設置排水溝，排水盲溝及開設集水坑等形式釋放水壓。對于出現小的泉眼涌水同樣采用卸壓引流的方式，用直徑426～610 mm的鋼管填充級配較好的砂和碎石過濾材料，蓋住涌水點以防砂土流失，或者插入φ48 mm小管打孔成眼，用密目濾網包封引流，同時在四周用金湯水不漏等速凝材料進行反壓封堵，及時遏止滲流出現大范圍管涌。

2.3.2 混凝土封堵

對已形成大的管涌造成圍堰內外貫通，要回水平衡內外水壓。先對涌水處的鋼板樁底角進行錨固，用振動錘插打1 cm厚直徑10 cm的鋼管至鋼板樁底50 cm以上，管內放置7 cm鋼棒，以防止鋼板樁因管涌水壓產生擾動造成應力突變，失去剛性，增加處理難度。安排潛水員水下探測管涌范圍，在圍堰外側局部增打1圈鋼板樁，對涌口位置進行合圍，切斷貫水路徑源頭。對合圍內河床吸泥，將砂礫和回流素土全部清理，再根據合圍面積采用單導管或多導管進行水下混凝土封底，澆筑高度為以高出河床2～3 m為宜，封底一次到位，確保封底效果，不得形成水平斷層或縱向斷面。圍堰內水下焊接擋板以同樣方法進行水下混凝土封堵，為保障再次抽水后鋼板樁與混凝土因為剛性接觸而形成間隙（水壓越大，鋼板樁變形與混凝土面脫離形成新的導流孔洞），可在澆筑前在緊貼鋼板樁邊插入預埋壓漿花管，待混凝土強度達到80%以上后進行壓漿，以完全封閉滲水通道[1]。

2.3.3 對圍堰進行壓漿防滲加固

對鋼板樁外側與河床有縫隙的區域進行壓漿填實擠密。根據地質情況、鋼板樁入土深度、承臺埋深及水下壓漿作用半徑確定壓漿管的平面布置和埋置深度，再埋設注漿管，可先用地質鉆機等設備進行造孔。在鋼板樁上搭設牛腿支承平臺，確保壓漿管的定位及埋深，采用水泥漿摻加水玻璃速凝劑進行雙液壓漿，以填充河床空洞和鋼板樁縫隙。根據壓漿速度調整雙液比例，既保證速凝效果及強度且不堵管，注漿壓力值為水深壓力加土壓力值以上，但不宜過高防止造成原土破壞[2]。該主墩承臺圍堰在每一處鋼板樁接口處布置1根壓漿管，埋深為設計鋼板樁底處，壓漿采用水泥漿配比1∶1（質量比），水玻璃與水1∶4（體積比），雙液壓漿比為1∶0.2（體積比），該混合液凝結時間為17 s，滿足水下注漿施工要求，BW-150壓漿機注漿壓力值取1 MPa，壓漿結束后穩壓2 min，確保混合液填充到位，待漿液固結體強度達到后開始抽水。

通過以上處理方法，該深水鋼圍堰承臺施工順利完成。

3 滲水堵漏施工安全技術措施

作業前，根據施工方案對作業人員進行有針對性的安全技術交底；搭設施工安全作業平臺并設置護欄。作業中，作業人員必須配備落水救生設備；基坑開挖中，實時做好監控量測，同步觀察滲漏水情況，在漏水持續增大的情況下必須先堵水，確保安全后方可作業。

4 結語

以上防滲分析和堵漏方法均在實際施工中總結而來，每一種處理方法均取得了良好的效果，最終該承臺的施工在全國首次實現了鋼板樁圍堰在深水淺覆蓋層中的運用，不僅節省了成本，降低了施工安全風險，而且為今后類似工程提供了借鑒。