騎馬井施工過程基坑滲漏水原因分析與治理方法探究

祁 濤（上海市政建設有限公司，上海 200126）

0 引 言

隨著城市化的發展，早期建造的污水管道的運行工況均發生了較大變化，一般都處于長期超負荷運行狀態，產生了較為嚴重的老化問題。常見的問題有腐蝕、開裂、變形、滲漏或其他損壞等。為了確保老舊管道的正常運行，并延長其使用壽命，需要進行修復和改造。一般常用老舊管道的修復方法有更換整段管道、內襯修復、化學清洗增加防腐涂層等，這些方法均需要將人工以及相關物料輸送至作業地點，同時也需要創造良好的通風作業條件。在原有管道上新建騎馬井對老舊管道開蓋與其連接可以有效解決上述問題，并可以根據現場實際情況靈活設置騎馬井，因此采用新建騎馬井的方法對原有管道進行修復和改造是一種非常靈活、便捷、高效、經濟的方法。然而，由于騎馬井的特殊構造，在騎馬井的施工和運行過程中，基坑滲漏問題時有發生，這嚴重影響了騎馬井施工和運行的安全。因此，騎馬井基坑滲漏水問題的原因分析和治理措施研究具有重要的理論意義和實踐價值。

1 騎馬井概況及基坑構造

1.1 項目概況

本項目為某市老舊污水管道修復項目，該管道位于高架正下方，高架橋樁基騎跨于管道之上，管徑內徑為3.5 m。舊管道由于已滿負荷運行30年，現已腐蝕嚴重，存在較大的安全隱患，為了保證老舊管道在各種工況條件下的可靠性和安全性，需要對其采取修復措施。舊管道在當時采用頂管法施工，相鄰井位間隔1 km左右，為滿足管道修復期間臨時排水，修復期間不中斷運行、投料、人員進出、管道內通風換氣以及修復完成后管道維護等功能需求，需要在待修復管段區間新開若干井位，新開井采用騎馬井形式。

新開井騎跨于原有管道上，在原有管道上新建檢查井，把原有管道開蓋以實現管道與新開井的連接，這種騎跨于原有管道上的井俗稱為騎馬井[1]。本工程管道位置示意圖如圖1所示。

圖1 管道位置示意圖

1.2 騎馬井基坑構造情況

騎馬井基坑尺寸寬度為5.5 m，基坑開挖深度為7.0 m左右，長度根據使用要求的不同（投料井及臨泵始發井）分為7.5 m和10.5 m2種，筆者以長度為10.5 m的基坑為例進行相關分析。

根據設計要求，騎馬井施工基坑圍護采用Ф600鉆孔灌注樁，樁長16.5 m，遇到管道打至基坑短邊上方300 mm；長邊止水帷幕采用Ф2400@1800MJS旋噴樁；短邊止水帷幕，角部采用Ф2400@1800MJS旋噴樁，管頂以上采用斜打14°豎向變徑MJS旋噴樁。基坑開挖遵循“先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”原則，并采用疏干降水確保坑內水位位于開挖面下1 m。新開井處保留半環管道，通過植筋與新澆井壁連接，半環管道底部兩側交叉斜打MJS旋噴樁能夠在管道底部形成有效加固體，通過上拉下托的組合方式，確保半截管道荷載的有效傳遞。管道修復完成后，所有新開井將繼續保留，為將來再次檢修管養時使用。騎馬井基坑截面及構造模型如圖2、圖3所示。

圖2 騎馬井基坑剖切（沿管道縱向）截面示意圖

圖3 騎馬井基坑構造模型

1.3 周邊環境及工程地質水文情況

本項目騎馬井基坑位于老城區，周邊交通繁忙、市政設施眾多，情況復雜；涉及的重點保護設施有高架、燃氣管、給水管、道路等，在騎馬井施工過程中為了盡量減少施工對地面交通的干擾，在需要進行占道施工時選擇在夜間進行。

根據本項目地質勘察資料，本項目地基土在25.3 m深度范圍內均為第四系松散沉積物，屬濱海平原相，全線主要由飽和黏性土、粉性土組成。

按地基土地質時代、成因類型、分布發育規律及工程地質特征，可將其劃分為4個主要工程地質層，8個工程地質亞層。根據場地土層分布情況，擬建工程沿線主要以正常沉積區為主，土層分布存在一定變化。

工程部位潛水賦存在淺部土層中，②3為潛水含水層。其穩定水位埋深為1.2～1.6 m，平均水位埋深為1.37 m，相應水位標高為+1.3～+1.8 m，平均水位標高為+1.62 m。

1.4 騎馬井施工滲漏情況

在進行基坑開挖過程中，當開挖至第二道支撐（開挖深度4 m左右）以下1 m時發生了滲漏情況，坑底短邊方向出現嚴重滲水并有擴大趨勢。為避免對周邊土體穩定造成影響，并影響周邊道路、高架的安全，施工單位立即采取措施對基坑進行回填處理，回填高度至第二道支撐位置。根據基坑監測數據，在發生滲漏以后，水位觀測點反映水位出現了下降的情況，結合現場實際情況，滲漏點位于基坑短邊位置，為此，施工項目部對基坑滲漏原因進行分析，以便制訂相應處理措施。

2 騎馬井基坑滲漏情況分析

2.1 基坑止水情況

騎馬井基坑沿管道縱向的長邊止水帷幕深入管道下方，且與管道底部MJS基坑加固及管道、圍護樁形成閉合整體，不存在滲水通道，因此能有效止水。

受現狀管道影響，限于施工條件，騎馬井基坑橫跨管道上方的短邊止水帷幕及圍護樁（鉆孔灌注樁）打至管道上方300 mm，因此在管道上方與鉆孔樁及MJS止水帷幕之間形成高度為300 mm，厚度（圍護及止水結構厚度）為2.6 m，寬度（基坑寬度）為5.2 m的夾層。這是騎馬井施工普遍存在的情況。騎馬井短邊圍護樁模型如圖4所示。

圖4 騎馬井短邊圍護樁模型

綜上可知，騎馬井基坑短邊方向的夾層可能形成滲漏通道，是基坑發生滲漏的關鍵，因此需對其進行詳細分析，從而為后續施工以及滲漏處理提供可靠數據，以便在施工時采取有效的針對措施，規避由此引發的風險。

2.2 基坑滲漏情況分析

2.2.1 模型建立

針對基坑短邊部位進行分析。利用GeoStudio軟件進行建模輔助分析。

MJS止水帷幕樁相互重疊形成密實整體，根據其施工參數，施工達標滲透系數為1.0e-09 m/s，具有良好的防滲性。因此，以MJS止水帷幕樁及圍護樁簡化為連續密實的止水帷幕整體，同時，短邊方向上夾層工況一致，在基坑寬度（即短邊）上管道頂部高差變化較小。取基坑短邊中點截面作為分析截面，以簡化分析模型并能準確反映短邊上的滲漏情況。

根據地質勘測資料，基坑各土層物理力學性質參數如表1所示。

表1 土層物理力學性質參數

地下水位取平均水位標高為+1.62 m。基坑模型及材料分區如圖5所示。

圖5 基坑模型及材料分區

模型有限元單元尺寸取0.4 m進行有限元網格劃分。模型為飽和—非飽和滲流模型，根據飽和—非飽和滲流基本原理，對模型土體賦予相應的參數，利用GeoStudio軟件的SEEP/W模塊可得到對應土體的土-水特征曲線、滲透系數曲線。模型設置完畢后，運行并分析模型結果。

2.2.2 模擬結果及分析

模型分析的目的是為了分析夾層的滲漏情況，因此取基坑開挖到底時的穩態工況進行分析。求解可得模型滲流情況。

模型壓力水頭等值線及流速矢量圖如圖6所示。

圖6 模型壓力水頭等值線及流速矢量圖

由圖6可知，滲流路徑主要集中在砂質粉土層及止水帷幕下的夾層中；而粉質黏土層形成了一個相對不透水層。止水帷幕與管道間300 mm的夾層空間也是砂質粉土層，其與整個砂質粉土層共同構成了一條滲流通道，成為基坑滲漏的原因。

對該滲流通道進行定量分析，得到壓力水頭曲線和單位流量曲線，如圖7、圖8所示。從基坑邊緣開始，在夾層范圍內具有較大的單位滲流量，夾層上可達到0.015 m3/（h/m2），同時在基坑夾層邊界形成負壓，滲流將很快帶走砂質粉土顆粒，如不采取有效措施，該滲流將很快在夾層形成管涌并擴大，演變為嚴重的基坑滲漏。

圖7 滲流通道壓力水頭曲線

圖8 滲流通道單位流量曲線

2.3 滲漏分析結論

通過以上分析，得到結論如下：

（1）騎馬井基坑施工是否出現滲漏，關鍵在于帷幕樁與管頂之間夾層及夾層所在土層的土質情況。

（2）砂質粉土層及300 mm夾層形成滲流通道，在夾層中形成較大的滲流。

（3）滲流易在夾層中形成管涌通道，導致滲漏擴大。

（4）應采取措施進行防治，其關鍵在于封閉夾層，隔斷滲流通道。

（5）在施工基坑短邊吊腳樁時控制好樁基孔深，盡量不要擾動夾層處的土層，否則易在該處形成滲流通道，導致滲漏。

3 騎馬井基坑滲漏預防及治理措施

根據分析，防止基坑滲漏主要是隔斷滲流通道。對于本工程騎馬井基坑滲漏的防治方案有以下2種思路。

一是對于已出現滲漏的基坑，在基坑短邊圍護結構外側采用20～50 MPa的高壓泵機，注漿壓力為40 MPa、水泥強度等級為42.5，水泥漿水灰比為1.2，水泥漿液流量為90 L/min、Ф19～22 mm的高壓漿管進行施工，旋噴樁樁徑為800 mm，底部打至管道頂部，上方打至粉質黏土層。這樣形成密實的止水土體，隔絕滲漏，從而起到堵漏的作用。

二是對于后續基坑圍護施工時，在設計要求的基礎上減小MJS止水樁的半徑即加密MJS止水樁，通過此方法來減少基坑的滲漏情況；還可按照原設計要求進行MJS止水帷幕的施工，待施工完成后在基坑短邊圍護結構外側采取補打高壓旋噴樁的方式進行防滲漏處理，高壓旋噴樁的相關參數同上述滲漏處理方式。

通過本工程后續基坑開挖實際情況來看，采取高壓旋噴樁的措施取得了良好的防滲漏效果，加密MJS止水帷幕的方式防滲漏效果一般，由此說明在此類工況條件下，采用高壓旋噴樁可以有效隔絕整條滲流通道。因此上述關于基坑滲流通道的分析以及處理思路是正確的，并可得出此類型基坑防滲漏的關鍵是要分析得出滲流通道并將其封閉。

需要說明的是，本案例是在圍護結構及止水樁施工嚴格按照規范及相關標準且質量達標的前提下進行的。在止水帷幕施工質量不達標的情況下，基坑仍可能出現滲漏情況。因此，圍護結構及止水樁施工時要嚴格按照規范及相關標準進行，確保維護結構強度及止水效果，待此項工程完成并檢測合格后方能進行開挖。在圍護結構施工過程如果發生異常情況，要及時記錄、及時處理，減少隱患問題的發生。在基坑施工前要做好規劃，使各工序緊湊以有序減少基坑的暴露時間，這樣可以避免圍護結構變形，從而降低滲漏的風險。由于地下工程施工過程中不可預見的因素較多，地質勘查也會存在一定的不確定性，有時也無法準確反映土質情況，所以會出現高壓旋噴樁失效的情況[2]，甚至會導致難以封堵的滲漏情況，因此基坑開挖前也要準備好應急搶險的物資確保有備無患。

4 注意事項及有效處理措施

筆者基于GeoStudio軟件對某市老舊污水管道修復項目中的騎馬井基坑進行建模分析，得出此類基坑的滲流特點，并結合本工程的實際應用，針對此類問題提出了如下需要注意的事項以及可采取的有效處理措施。

（1）當管道頂部土層為滲透性較差的土體時，常規施工工藝預留300 mm的圍護夾層可避免滲漏問題，但當土層滲透性較好時，此處容易形成滲透通道，導致基坑滲漏情況嚴重。因此，對于這類型基坑，應采取有效措施對薄弱夾層進行防滲處理。

（2）基于此種情況，在施工工藝上應避免此滲漏層，當不可避免地存在夾層時，在基坑開挖前可采用高壓旋噴樁進行處理可以起到良好的防滲漏效果。

（3）對于已開挖的基坑，如果出現滲漏則可采取緊急回填，在坑外采用高壓旋噴樁進行封堵等措施處理。

5 結 語

騎馬井由于其特殊的與其他結構形成的騎跨形式，在圍護、止水方面有其自身的特點[3]。隨著社會的發展，需要修復的老舊污水管道將越來越多，通過修建騎馬井來實施老舊管道的修復工作是一種經濟高效的方法，因此騎馬井的運用將會越來越廣泛[4]。筆者基于某市老舊污水管道修復項目在實踐中取得了較好的效果，對騎馬井基坑的滲漏特點及預防措施進行了闡述，為后續此類工程提供有益參考。