深基坑止水帷幕失效原因及對策研究

白乾本 陳佐洪 陳 強 劉雷華

（中國建筑土木建設有限公司，北京 100070）

0 引言

隨著城市化進程加快，城市建筑空間日益縮小，深基坑的數量不斷增加。止水帷幕作為控制深基坑工程地下水涌入的關鍵措施之一，其可靠性和有效性直接關系到基坑工程的安全[1]。但是，在大多數深基坑工程實踐中，由于施工前并未進行嚴格的地質調查、施工方案選擇不當、質量控制不嚴等因素，導致止水帷幕失效情況時有發生。因此，加強對深基坑止水帷幕失效原因及處理對策研究具有十分重要的現實意義。

1 工程概況

1.1 基坑周邊概況

擬建基坑為某辦公樓地下室，基坑呈長方形，長129m，寬40m，地下室設計為3層和4層，開挖深度分別為13.5m和17.5m。該建筑周圍建筑物密集且距離基坑較近：東側基坑邊距離用地紅線約14 m，紅線外為某市政道路；南側為某已建研發中心，距離基坑邊4.8m；西側基坑邊距離用地紅線最近，紅線外為某市政道路；北側為某已建綜合樓，距離基坑邊約5.6 m，同時在基坑的南側、西側和北側的地下均埋有建設單位內部的電纜溝和水管等，基坑周邊環境極為復雜。

1.2 工程與水文地質條件

擬建場地的西南區域的局部位置是由建筑垃圾填筑魚塘而成的，孤石發育異常。經勘查可知，場地巖土層具體分布：①素填土（Qml）、②-1粉質黏土（Qal）、②-3淤泥質粉質黏土（Qal）、②-3礫砂（Qal）、②-4淤泥（Qal）、②-5粉質黏土（Qal）、②-6中粗砂（Qal）、②-7粉土（Qal）、③砂質黏性土（Qel）。土層主要特征指標見表1。

表1 擬建場地土層主要特征指標

根據含水介質類型及埋藏條件，判斷擬建場地的地下水類型主要為孔隙承壓水。孔隙水主要賦存于礫砂和中粗砂層中，透水能力較強且具微承壓性，孔隙承壓水的主要參數見表2。在地質調查中發現，在基坑西側不遠處存在河涌，再加上礫砂和中粗砂層具有較強的透水性，導致基坑地下巖土層與河涌形成水利聯系。

表2 擬建場地孔隙承壓水的主要參數

2 基坑支護結構設計

2.1 設計難點

設計難點包括以下3點：1）擬建基坑具有面積大、開挖深度較深的特點。2）結合擬建基坑周邊實際情況，在開挖過程中需要考慮基坑變形對市政道路、建筑物、管線等的影響，并采取相應的措施。3）基坑開挖深度范圍內有②-3礫砂和②-6中粗砂含水層，因此在開挖過程中需要考慮地下水處理問題。

2.2 基坑支護方案

綜合該擬建場地基坑周邊環境及水文地質條件等因素，按照相關技術規程綜合判定，該基坑支護結構南側壁安全等級為一級，重要性系數為1.1，西北側壁安全等級為二級，重要性系數為1.0，其他側安全等級為三級，重要性系數為0.9。經研究決定，本次深基坑支護方案采用鉆孔灌注樁+水泥攪拌樁止水帷幕組合的支護結構形式。具體設計參數見表3。

表3 基坑支護方案設計參數

2.3 基坑開挖過程中地下水處理

2.3.1 止水帷幕處理

綜合考慮擬建場地地質條件、工程造價等因素，在水泥攪拌樁與支護樁中間采用高壓旋噴樁進行補漏修復。

2.3.2 地表水處理

在基坑施工中會遇到雨季，為防止基坑成為巨型集水坑，需要進行地表水處理，通過設置截水溝，將地表徑流進行集中抽排，阻止雨水進行基坑內，確保基坑施工的順利開展。

3 止水帷幕失效及原因分析

3.1 失效情況

在本次深基坑施工中，止水帷幕失效情況如下：1）基坑南側局部位置出現涌水點，并持續大量涌水，且坑外觀測點水位變化速率超過2 m/d的警戒值，說明該位置的止水帷幕存在漏水點[2]。2）基坑西北位置持續滲水，且伴有細砂，該處出現涌水、涌砂現象，此時止水帷幕已失效。為了保障基坑施工安全，向兩處涌水點注入大量混凝土才勉強堵住。全面停止基坑開挖，坑中逐漸被涌水注滿，說明這兩處的止水帷幕已完全失效。

3.2 原因分析

通過翻閱水泥攪拌樁成樁記錄以及深入施工現場，發現止水帷幕失效的原因有以下4點：1）相關連接位置的密封工作不佳。如果止水帷幕施工中，水泥攪拌樁樁體因搭接不足或垂直度偏差引起接口咬合不足，同時還未采取有效措施對搭接冷接口進行補強處理，這樣就會導致止水密封不佳，從而使止水帷幕失效。在擬建項目施工中，由于設備施工垂直度存在偏差導致冷接頭處理不當，相關連接位置的密封性不佳，且在鉆孔作業過程中還有部分位置并未完全封閉，導致水泥攪拌樁的成樁質量收到影響，增加了止水帷幕滲漏的風險。2）止水帷幕設計缺乏合理性。在設計止水帷幕時，并未充分考慮擬建現場的水文、地質等情況，再加上止水帷幕施工完成后，為加快施工進度，未等到樁位穩定便開展大規模的挖掘、抽水等作業，導致支護體系中出現稀釋帷幕中的水泥，進而影響水泥攪拌樁的防水性能，導致止水帷幕失效[3]。3）受場地地質條件復雜且孤石的影響，加上施工機械功率受限，增加水泥攪拌樁的成樁施工難度，水泥攪拌樁的成樁深度并未達到設計要求，未穿透②-6中粗砂層，這就導致施工中形成了大量了的“吊腳樁”，留下了較大的止水帷幕滲水隱患[4]。4）未進行水泥攪拌樁性能試驗。由于不同水文、地質等情況對工藝要求各有不同，因此施工前必須選取不同的施工參數對水泥攪拌樁的性能進行充分試驗分析，確保其性能滿足施工要求。但是在本次項目施工前未進行相關性能試驗，導致混凝土性能不代表，最終出現止水帷幕滲水，對施工質量造成很大影響。

4 處理對策

針對擬建項目深基坑止水帷幕失效出現的原因，結合相關施工經驗，制定以下處理對策。

4.1 對坑外帷幕注漿封堵

為有效處理止水帷幕滲漏問題，應對坑外帷幕采取注漿封堵措施，坑外帷幕注漿封堵施工工藝如圖1所示。施工步驟包括以下3個：1）定位。首先應對整體帷幕進行定位，并設計科學合理的坑外帷幕注漿施工方案。2）布點。根據擬建項目施工要求，確定注漿孔位置，并按梅花狀進行排布，每排注漿孔的間距為0.5m左右，其中第一排注漿孔安裝在先前設置的止水帷幕外側，并與主軸鉆孔的距離約0.2m。3）注漿。注漿孔位置排布完成后，用準備好的壓密針開展注漿壓密工作，注漿中水與水玻璃的比例為1∶（0.8～1），注漿壓力為0.5MPa～1.0MPa，注漿管壓入時須保持垂直狀態，并合理控制壓入深度，確保壓入深度控制在6m～16m，這樣才能更好地發揮止水帷幕的作用[5]。

圖1 坑外帷幕注漿封堵施工工藝示意圖（單位：mm）

4.2 對坑外管井進行降壓

由于本次施工期間雨水較多，地下孔隙承壓水的涌水量較大，因此在基坑開挖時，坑內和坑外的水值相差較大。針對這種情況引起的止水帷幕失效，采取坑外注漿封堵的處理方法效果不明顯，再結合擬建項目的施工狀況，應深入土層對坑外管井進行降壓處理，降低滲水量，改善坑內外的水值差，給坑外注漿封堵創造條件。基坑土方挖到16 m位置，使坑內和坑外保持合理的距離，減少坑內坑外壓力差，防止坑內滲水，保障基坑施工安全。與此同時，還應對土質濕潤度進行實時觀測，并進行間歇式抽水，避免影響坑外注漿封堵的施工質量。此外，在對坑外管井進行降壓處理時，應將降壓井安裝在基坑一側，井深12 m，井點間距20 m，井管與井孔之間采用綠豆砂作為過濾層。

4.3 對坑內帷幕混凝土封堵

在處理止水帷幕滲漏過程中，對坑內帷幕進行混凝土封堵是十分必要的。對坑內帷幕混凝土封堵主要采用掛網噴漿的方式，通過在基底與排樁交匯處掛網噴射混凝土，形成結構堅硬的擋墻，起到封堵作用，使止水帷幕能夠發揮止水作用。擬建項目基坑施工中，基坑底距離地表6.8 cm左右處會遇到滲透率及流動性較大的②-3礫砂層和②-6中粗砂層，因此在土方開挖前先根據土層特性進行基底層交接處理，即掛網噴漿封堵，采用φ8 mm鋼筋，間距150 mm，與樁體可靠連接。在混凝土噴射時，對其材料有一定的要求，混凝土等級為C20，需要嚴格控制噴射厚度，噴射厚度控制在60 mm左右，采取分層噴射的方式進行噴射，先噴射30 mm厚度，待第一層混凝土凝固后，做好相應的養護工作，方可進行下一層的噴射作業[6]，終凝后加強噴漿混凝土養護，以保證噴射質量。對坑內帷幕混凝土封堵，能有效防止濕氣、水汽進入帷幕坑內，有效密封坑內滲漏點，保證深基坑止水帷幕施工的有效性。

4.4 設定總體施工流程

施工流程如下：1）為保證加固效果，在基坑外進行雙排雙液注漿加固，即在密封加固坑外注漿孔作業時，依次按照第一排、第二排的順序進行加固注漿，必須待第一排注漿孔加固完成并進行修復處理后，方可進行第二排注漿孔的加固作業，作業方向從西北角起，分別向南和東進行延伸作業。2）坑內外掛網噴漿應與注漿加固同時進行，在掛網噴漿作業時還應隨時觀察注漿過程中是否存在滲漏現象，采用快干水泥密封滲漏點，形成混凝土擋墻，增加止水帷幕的硬度和強度，充分發揮止水帷幕的止水效果。3）在尚未開挖到含水層部位時，同樣需要在坑外設置注漿孔并進行注漿加固，待漿液凝固后，即可對該部位的坑內圍護樁周圍的土層進行開挖，并及時按照坑內圍護樁之間的掛網噴漿施工工序進行施工。4）如果已經開挖到含水層部位，且出現滲漏現象，應采取坑外深井抽水或坑內滲水點堵漏等措施。

5 基坑監測

5.1 地下水位監測

在基坑周圍淺層設置5個地下水位觀測孔，對淺層地下水位進行觀測[7]，部分水位觀測結果如圖2所示。

從圖2曲線變化趨勢來看，擬建項目9月出開始土方開挖，10月中開始主體結構施工，12月底主體施工完成。在基坑開挖過程中，盡管坑內一直保持有承壓水，但坑外淺層水位基本保持穩定，局部受降雨量的影響升降幅度偏大。由此說明，經過處理后的止水帷幕完全隔斷基坑內外的上層潛水，同時坑內承壓水也未對坑外淺層水位造成影響[8]。

圖2 地下水位觀測變化圖

5.2 周邊建筑物沉降監測

擬建項目周邊建筑物密集，設置了50個監測點，沉降報警值為30mm，報警值變化速率2 mm/d。基坑南側建筑物沉降監測圖如圖3所示。

從圖3曲線變化趨勢來看，基坑南側建筑物最大值沉降量為16.9 mm，最大值位于基坑南側研發中心北面基礎中部，其余變化幅度不大。由此可見，在基坑開挖的過程中，基坑周邊建筑物沉降變化平緩且逐漸趨于穩定。

圖3 周邊建筑物沉降監測變化圖

根據上述地下水位、周邊建筑物等監測結果顯示，該擬建項目滲漏現象得到很好的控制，表明滲漏水治理效果良好取，使止水帷幕充分發揮止水作用，保障基坑、周邊建筑物、道路及地下管線的安全。

6 結語

綜上所述， 止水帷幕是深基坑中的關鍵環節，要想發揮深基坑止水帷幕的止水作用，就必須確保止水帷幕的有效性。該文結合具體工程實踐，結合止水帷幕失效情況，對失效的原因進行分析，為了解決深基坑止水帷幕失效問題，提出相應的處理對策，保障基坑安全。