受多层地下水影响的深基坑病害的解决方案探讨

刘选朋 秦国栋 马世敏 苏铁志 郭永胜 闫淇铭

（1.航天规划设计集团有限公司，北京 100162；2.北京航天地基工程有限责任公司，北京 100071；3.绿城房地产集团有限公司，浙江杭州 310000）

0 引言

近年来北京地区受生态补水的影响，地下水位普遍抬升。昌平地区2022 年5 月份平均地下水位埋深22.89 m，较2021 年同期上涨了4.99 m，其中东小口地区平均地下水位埋深11.22 m，属于昌平辖区地下水位最高的区域。地下水的上升给基坑支护工程的安全带来了较大的威胁，基坑工程“水患”事故多发，绝大多数事故都与土中水有关[1]。实际工程中，止水帷幕漏水、失效的情况常有发生，导致基坑工程事故[2-4]。随着社会的不断进步与发展，城市中可供建设的空间越来越少，建筑场地周边环境也日趋复杂，复杂条件下的深基坑支护工程，尤其受多层地下水影响下的深基坑工程，设计与施工技术难度更大[5-9]。

昌平区东小口某深基坑工程周边环境条件复杂，并受多层地下水的影响，施工过程中遇到了止水帷幕漏水、桩顶后塌陷、桩间流砂等一系列基坑病害问题，通过原因分析及现场试验，总结技术处理措施，供处理此类问题参考。

1 工程概况

拟建项目包括022 和027 两个地块，本工程±0.00 标高为39.60 m，大部分基底标高为25.00～32.80 m（局部坑地位置较深），基坑设计地面标高按39.00 m 控制，基坑深度为3.8～14.0 m，022 地块基坑周长约880 m，027 地块基坑周长约1140 m。

拟建场地现状地面基本平坦，022 地块北侧邻近某小区住宅楼，距离北侧红线最近距离约为15 m。距离场地北侧15 m 有一条给水管线，直径200 mm，埋深约1.6 m；距离东侧约5 m 有一条电缆线，埋深约1.2 m，距离约6 m 有一条给水管线，埋深约1.6 m。两个地块中间位置，距022 地块南侧约6 m 有一条给水管线，直径为400 mm，埋深约2.5 m。

距离场地东侧约10 m 为已建市政道路，本工程施工时作为场区的主要通道使用，场地南侧及西侧为规划市政道路。

基坑支护平面布置如图1 所示。

图1 基坑支护平面布置图

2 工程地质及水文地质条件

2.1 工程地质条件

根据勘察资料，本场区的地层共分12层，典型地质剖面图如图2 所示，地层概况如表1 所示。

表1 地层概况表

图2 典型地质剖面图

2.2 水文地质条件

根据勘察报告，在35 m 深度内共揭露5 层地下水，水位情况见表2。

表2 地下水水位

3 基坑支护及地下水控制方案

3.1 基坑支护方案

根据拟建建筑的设计条件、工程地质和水文地质条件及场地的周边环境条件，基坑采用土钉墙+桩锚支护方案，根据基坑深度的不同，共设计了13 个支护剖面，基坑深度小于10 m 的采用土钉墙或复合土钉墙支护形式，深度10～14 m 的采用桩锚支护形式。典型桩锚支护设计剖面见图3，基坑深度13.45 m，护坡桩采用直径800 mm 钢筋混凝土灌注桩，桩间距1600 mm，桩长20.78 m，嵌固深度7.33 m；共设置三排预应力锚索，长度分别为25 m、28 m、25 m，锚索水平间距1.6 m。复合土钉墙典型支护剖面见图4，基坑深度10 m，按照1∶0.4 放坡，设置4 排土钉、2 排预应力锚索，自上而下土钉长度分别为7.8 m、8.8 m、8.8 m、5.8 m，2 排预应力锚索长度均为15 m。

图3 典型桩锚支护剖面图（单位：mm）

图4 典型复合土钉墙支护剖面图（单位：mm）

3.2 地下水控制方案

根据勘察报告，本场地35 m 深度内分布5 层地下水，针对场地特殊条件和《北京市建设工程施工降水管理办法》，本工程采用“止水帷幕+疏干井+应急减压井”的方式进行地下水控制。

止水帷幕采用三轴深层搅拌桩（见图3）。止水帷幕桩顶标高为34.0 m（绝对标高），桩长20 m，上部空桩5 m，基坑北侧临近现有建筑物一侧，采用φ850@600 三轴搅拌桩，其余部位采用φ650@450 三轴深层深搅桩，施工采用套接一孔搭接措施（见图5）。

图5 三轴搅拌桩搭接示意图

坑内设置疏干井，井深16～21 m，井间距约20 m，降水井布置应尽量避开独立柱基和条形基础，并随土方开挖逐节摘除，直至基底作为集水抽水井，后期再进行封闭处理，帷幕外侧设置减压降水井，减压井间距10.0 m，井深18 m。

4 基坑工程病害及解决方案

4.1 止水帷幕漏水原因分析及解决方案

由于地层并非由完全均质的颗粒组成，部分砂层中可能存在卵石颗粒或夹杂其它包裹体、透镜体，帷幕桩与这些较硬的包裹体之间会形成微缝隙；施工时操作人员的水平有别，导致帷幕桩桩体质量有好有坏，如桩体的垂直度控制不好，会导致帷幕桩“劈叉”现象；锚杆施工时穿透帷幕墙，锚杆注浆体浆液无法保证完全与帷幕桩体闭合，即使完全闭合，锚索张拉杆体受力时，也可能形成帷幕墙体与锚杆浆体间的裂缝。受以上不确定性因素的影响，基坑开挖后止水帷幕漏水问题较为常见。漏水问题处理不及时，直接影响基坑的正常、安全使用。

基坑帷幕漏水一般使用疏排和封堵两种方案处理。

（1）疏排方案

对于基坑周边无重要建（构）筑物、管线、道路等，可考虑采用疏排的方式，根据渗漏流量大小的不同，可分别采用坑外降压疏导和漏点泄水孔疏排的方式处理。当渗漏流量较小表现为渗水、滴水、小绺渗流时，可进行桩间疏导，泄水孔可采用PVC 或钢管材料，直径不宜小于5 cm，孔头插入漏点内不宜小于30 cm，管壁上按照间距5～8 cm 制作小孔后缠绕100 目密目网进行包裹处理，插入漏点后管壁与帷幕桩缝隙采用堵漏灵材料封堵，如图6 所示。当渗漏量较大时，可采用坑外减压井抽水降压的方式处理渗漏问题，抽水减压时应做好地下水位监测和地面沉降监测，一旦出现地面沉降，及时采取相应处理措施，可以采用回灌地下水或灌注化学浆液封堵的措施处理渗漏问题。

图6 漏点泄水孔疏排大样图

（2）封堵方案

对于基坑周边存在重要建（构）筑物，以及对变形较为敏感的道路、管线等，或由于政策规定不允许采用抽降地下水，可采用封堵的方式解决帷幕漏水问题。封堵方案可根据渗漏量的大小，采用内封、外封，或两者相结合的方式。当渗流量较小，可采用化学封堵材料配合水泥干料，涂抹于渗漏处封堵。当渗流量较大且采用简易封堵方法封堵不成功时，可采用内、外灌浆的方式处理，采用的灌浆材料有水泥浆液、双液（水玻璃+水泥浆）以及为了配合及时止水效果在双液中添加一定比例的磷酸液。王志德等[10]引进的二重管无收缩双液WSS 工法，根据应用的地层范围不同，分为悬浊液型和溶液型浆体两种，砂卵石地层采用悬浊液（AC 液），止水系数能达到10-7～10-8cm/s。

本工程022 地块东侧，锚索采用套管钻机施工时穿透帷幕桩，锚索注浆时出现浆液全被带出的情况，注浆用量消耗了理论注浆量的5倍，仍无法形成有效的锚固体，清理后发现在锚索与帷幕桩交汇处有明显的空洞，渗流量较大，该部位存在约2.0 m 的水头差，灌入的浆液还未凝固就被流水带出。针对现场情况分析，如果浆液能有效地灌入帷幕桩后地层中不被带出，才能发挥出其应有的作用，经过现场试验，制作了一种“L 型”注浆单向管（管体设置单向通过阀），管端头砸扁，头部设置注浆小孔，插入帷幕桩后30 cm。在桩间护壁与帷幕桩中间空洞码放袋装水泥进行堵口，护坡桩外侧配合堆土反压抑制水流，见图7。前端处理完毕后，进行高压注浆，浆液材料选择双液（水泥∶水玻璃=1∶0.5，水灰质量比0.5，水玻璃模数3.2），注浆压力2～3 MPa，终浆压力不小于5 MPa，注浆完毕检查封堵口是否有继续渗漏情况，如有继续灌浆，直至封堵点封堵完毕。经过以上处理方式，漏点被成功封堵，封堵过程如图8 所示。

图7 漏点封堵处理大样图

图8 封堵过程照片

4.2 桩间流砂、桩顶塌陷原因分析及处理方案

地下水从锚索孔或帷幕桩裂缝处流出，尤其在砂层中，会伴随着细小颗粒一起流出，即“流砂”，如图9 所示。细小颗粒被持续带出后，会造成桩间的坍塌，也会造成该部位以上地层整体下沉，在桩顶后形成空洞，如图10 所示。冬季施工时，渗漏的水被冰冻后，形成一排排冰挂，威胁基槽内作业的人员的安全。

图9 桩间流砂照片

图10 桩顶冠梁后部空洞

（1）桩间流砂病害治理方案

解决桩间流砂、结冰病害的关键在于止水，只有将漏水点及时封堵或将地下水有效疏排后，才能根除该病害，但是封堵水是一个循序渐进的过程，流砂如不及时处理，会造成路面大面积塌陷，引发安全事故。

部分工程采用植筋、支模浇筑混凝土的桩间封堵方案，此方式对于封堵完漏点后无坍塌风险的情况，处理效果较为理想，对于应急处理流砂时不太适用。针对本工程出现的流砂情况，首先用草帘子或棉麻材料迅速塞填流砂处，并垂直打设短钢筋固定，直至流出清水后，在清水流出处设置导水孔，进行疏排水。接着在护坡桩侧钻眼设置加密横向压筋，横向压筋采用直径不小于16 mm 螺纹钢筋，竖向间距20～30 cm，压筋连接处必须采用焊接，单面搭接焊搭接长度不小于10d（d为采用横向压筋的钢筋直径），双面搭接焊搭接长度不小于5d，压筋焊接封闭前，在桩间植入竹胶板（可采用浇筑冠梁用的废旧模板较为经济），随后焊接压筋，及时喷射混凝土封闭桩间。处理过程如图11 所示。

图11 桩间流砂治理照片

（2）桩后坑顶地面塌陷治理方案

桩间流砂处理不及时，可能会引起流砂处以上地层整体下沉，在桩顶后部形成空洞病害，本工程027 地块西侧形成的最大空洞高度约2.0 m，横向延伸约5 m，纵向延伸约1.5 m，体积约15 m³，空洞形成后，在桩顶冠梁后会开出“天窗”，如图12 所示。对于空洞的封堵材料，常用的有碎石、干拌料、混凝土以及陶粒料等。根据现场试验，当采用碎石、干拌料时，材料流动性较差，空洞封堵收口时容易形成三角锥，边角部位也不易填实，采用混凝土流动性虽较好，能有效封堵边角，但混凝土密度较大，对桩间护壁冲击较大，对于较大空洞以及桩间采用钢板网支护形式，混凝土易冲破桩间护壁流出，不建议使用该方法。通过现场试验对比，选用陶粒颗粒填充后进行注浆加固效果最为理想，陶粒颗粒密度小，填进空洞后易于流动填充角落，对桩间护壁的侧压力最小，填充完毕后，采用常压灌注水泥浆填缝加固，能有效解决封堵空洞问题。处理后效果如图13 所示。

图12 桩顶冠梁后“天窗”

图13 冠梁后空洞处理图片

4.3 其他技术问题

（1）基底过渡区域坡面控制。因坑中坑高低跨部位均有结构做法，对剖面坡度及尺寸要求严格，而喷锚支护作业精度低，经常出现喷锚完毕后，放线做结构时坡度不够破除喷锚面的情形，该部分建议由总包单位放线找坡砌筑砖胎膜进行护坡。

（2）关于疏干井位置。一般会将一些疏干井移至肥槽内，但经过挖土后，能留的下来的疏干井寥寥无几，如果有空间，建议将一些疏干井设置坡顶护坡桩与帷幕桩中间，疏干井在挖土过程能被完全保留下来，对于疏干基槽内地下水起到至关重要的作用。

（3）肥槽设置宽度。一般考虑用地红线以及现场平面布置问题，基坑肥槽宽度设置在0.8～1.0 m 居多，实践证明，对于涉水基坑，尤其在基槽底部需要打桩时，由于护坡桩有偏位情况，加上锚杆腰梁突出的尺寸，基槽内施工靠边基础桩或抗拔桩时空间不够，肥槽内补打疏干井时靠边困难，且后续结构施工将面临双排脚手架无法搭设，肥槽内疏干井无法保留等棘手问题。如果空间允许，建议涉水基坑肥槽留置1.3～1.5 m。

5 基坑监测

由于受止水帷幕漏水影响，022 地块东侧道路出现了最大沉降量为32 mm 的沉降裂缝，超过了预警值，如图14 所示。监测结果显示坡顶水平位移均在预警值以内，分析认为坡顶裂缝主要是受漏水后地面沉降所致，采用堆土反压+“L 型”单向注浆管灌浆封堵后，持续观测了14 d，沉降趋势稳定，后续基坑监测位移值均未出现预警情况。典型道路沉降变形观测点位移曲线如图15 所示。

图15 典型坡顶道路沉降曲线

6 结论

（1）复杂环境条件下的深基坑支护工程，尤其地下水条件较为复杂时，设计应重点考虑地下水控制方案，设置合理的施工肥槽，在空间允许的情况下，对于受地下水影响的基坑，肥槽宜设置为1.3～1.5 m，疏干井设置在帷幕桩与护坡桩之间，能更好地保留下来，便于后续基槽内疏干排水施工。

（2）根据周边环境条件，选择合理的疏排或封堵的方案，是解决“漏水”基坑工程边坡安全的关键，坡顶无重要建（构）筑物、管线时，可以采用泄水孔或减压井疏排，对于渗流量较大，采用常规手段无法有效封堵时，采用堆土反压+“L 型”单向注浆管工艺灌浆的方式，可以有效解决此类病害问题。

（3）深基坑施工时应做好安全巡视及基坑监测工作，做到信息化施工。对于存在的基坑病害问题，如桩顶地面塌孔、桩间流砂、坡顶裂缝等，采取合理的措施消除隐患。根据实践，桩顶冠梁后塌孔采用“陶粒+常压灌浆”封堵空洞效果比较理想，桩间流砂采用钢筋网+竹胶板模板封堵方案较为经济适用。