骑马井施工过程基坑渗漏水原因分析与治理方法探究

祁 涛（上海市政建设有限公司，上海 200126）

0 引 言

随着城市化的发展，早期建造的污水管道的运行工况均发生了较大变化，一般都处于长期超负荷运行状态，产生了较为严重的老化问题。常见的问题有腐蚀、开裂、变形、渗漏或其他损坏等。为了确保老旧管道的正常运行，并延长其使用寿命，需要进行修复和改造。一般常用老旧管道的修复方法有更换整段管道、内衬修复、化学清洗增加防腐涂层等，这些方法均需要将人工以及相关物料输送至作业地点，同时也需要创造良好的通风作业条件。在原有管道上新建骑马井对老旧管道开盖与其连接可以有效解决上述问题，并可以根据现场实际情况灵活设置骑马井，因此采用新建骑马井的方法对原有管道进行修复和改造是一种非常灵活、便捷、高效、经济的方法。然而，由于骑马井的特殊构造，在骑马井的施工和运行过程中，基坑渗漏问题时有发生，这严重影响了骑马井施工和运行的安全。因此，骑马井基坑渗漏水问题的原因分析和治理措施研究具有重要的理论意义和实践价值。

1 骑马井概况及基坑构造

1.1 项目概况

本项目为某市老旧污水管道修复项目，该管道位于高架正下方，高架桥桩基骑跨于管道之上，管径内径为3.5 m。旧管道由于已满负荷运行30年，现已腐蚀严重，存在较大的安全隐患，为了保证老旧管道在各种工况条件下的可靠性和安全性，需要对其采取修复措施。旧管道在当时采用顶管法施工，相邻井位间隔1 km左右，为满足管道修复期间临时排水，修复期间不中断运行、投料、人员进出、管道内通风换气以及修复完成后管道维护等功能需求，需要在待修复管段区间新开若干井位，新开井采用骑马井形式。

新开井骑跨于原有管道上，在原有管道上新建检查井，把原有管道开盖以实现管道与新开井的连接，这种骑跨于原有管道上的井俗称为骑马井[1]。本工程管道位置示意图如图1所示。

图1 管道位置示意图

1.2 骑马井基坑构造情况

骑马井基坑尺寸宽度为5.5 m，基坑开挖深度为7.0 m左右，长度根据使用要求的不同（投料井及临泵始发井）分为7.5 m和10.5 m2种，笔者以长度为10.5 m的基坑为例进行相关分析。

根据设计要求，骑马井施工基坑围护采用Ф600钻孔灌注桩，桩长16.5 m，遇到管道打至基坑短边上方300 mm；长边止水帷幕采用Ф2400@1800MJS旋喷桩；短边止水帷幕，角部采用Ф2400@1800MJS旋喷桩，管顶以上采用斜打14°竖向变径MJS旋喷桩。基坑开挖遵循“先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”原则，并采用疏干降水确保坑内水位位于开挖面下1 m。新开井处保留半环管道，通过植筋与新浇井壁连接，半环管道底部两侧交叉斜打MJS旋喷桩能够在管道底部形成有效加固体，通过上拉下托的组合方式，确保半截管道荷载的有效传递。管道修复完成后，所有新开井将继续保留，为将来再次检修管养时使用。骑马井基坑截面及构造模型如图2、图3所示。

图2 骑马井基坑剖切（沿管道纵向）截面示意图

图3 骑马井基坑构造模型

1.3 周边环境及工程地质水文情况

本项目骑马井基坑位于老城区，周边交通繁忙、市政设施众多，情况复杂；涉及的重点保护设施有高架、燃气管、给水管、道路等，在骑马井施工过程中为了尽量减少施工对地面交通的干扰，在需要进行占道施工时选择在夜间进行。

根据本项目地质勘察资料，本项目地基土在25.3 m深度范围内均为第四系松散沉积物，属滨海平原相，全线主要由饱和黏性土、粉性土组成。

按地基土地质时代、成因类型、分布发育规律及工程地质特征，可将其划分为4个主要工程地质层，8个工程地质亚层。根据场地土层分布情况，拟建工程沿线主要以正常沉积区为主，土层分布存在一定变化。

工程部位潜水赋存在浅部土层中，②3为潜水含水层。其稳定水位埋深为1.2～1.6 m，平均水位埋深为1.37 m，相应水位标高为+1.3～+1.8 m，平均水位标高为+1.62 m。

1.4 骑马井施工渗漏情况

在进行基坑开挖过程中，当开挖至第二道支撑（开挖深度4 m左右）以下1 m时发生了渗漏情况，坑底短边方向出现严重渗水并有扩大趋势。为避免对周边土体稳定造成影响，并影响周边道路、高架的安全，施工单位立即采取措施对基坑进行回填处理，回填高度至第二道支撑位置。根据基坑监测数据，在发生渗漏以后，水位观测点反映水位出现了下降的情况，结合现场实际情况，渗漏点位于基坑短边位置，为此，施工项目部对基坑渗漏原因进行分析，以便制订相应处理措施。

2 骑马井基坑渗漏情况分析

2.1 基坑止水情况

骑马井基坑沿管道纵向的长边止水帷幕深入管道下方，且与管道底部MJS基坑加固及管道、围护桩形成闭合整体，不存在渗水通道，因此能有效止水。

受现状管道影响，限于施工条件，骑马井基坑横跨管道上方的短边止水帷幕及围护桩（钻孔灌注桩）打至管道上方300 mm，因此在管道上方与钻孔桩及MJS止水帷幕之间形成高度为300 mm，厚度（围护及止水结构厚度）为2.6 m，宽度（基坑宽度）为5.2 m的夹层。这是骑马井施工普遍存在的情况。骑马井短边围护桩模型如图4所示。

图4 骑马井短边围护桩模型

综上可知，骑马井基坑短边方向的夹层可能形成渗漏通道，是基坑发生渗漏的关键，因此需对其进行详细分析，从而为后续施工以及渗漏处理提供可靠数据，以便在施工时采取有效的针对措施，规避由此引发的风险。

2.2 基坑渗漏情况分析

2.2.1 模型建立

针对基坑短边部位进行分析。利用GeoStudio软件进行建模辅助分析。

MJS止水帷幕桩相互重叠形成密实整体，根据其施工参数，施工达标渗透系数为1.0e-09 m/s，具有良好的防渗性。因此，以MJS止水帷幕桩及围护桩简化为连续密实的止水帷幕整体，同时，短边方向上夹层工况一致，在基坑宽度（即短边）上管道顶部高差变化较小。取基坑短边中点截面作为分析截面，以简化分析模型并能准确反映短边上的渗漏情况。

根据地质勘测资料，基坑各土层物理力学性质参数如表1所示。

表1 土层物理力学性质参数

地下水位取平均水位标高为+1.62 m。基坑模型及材料分区如图5所示。

图5 基坑模型及材料分区

模型有限元单元尺寸取0.4 m进行有限元网格划分。模型为饱和—非饱和渗流模型，根据饱和—非饱和渗流基本原理，对模型土体赋予相应的参数，利用GeoStudio软件的SEEP/W模块可得到对应土体的土-水特征曲线、渗透系数曲线。模型设置完毕后，运行并分析模型结果。

2.2.2 模拟结果及分析

模型分析的目的是为了分析夹层的渗漏情况，因此取基坑开挖到底时的稳态工况进行分析。求解可得模型渗流情况。

模型压力水头等值线及流速矢量图如图6所示。

图6 模型压力水头等值线及流速矢量图

由图6可知，渗流路径主要集中在砂质粉土层及止水帷幕下的夹层中；而粉质黏土层形成了一个相对不透水层。止水帷幕与管道间300 mm的夹层空间也是砂质粉土层，其与整个砂质粉土层共同构成了一条渗流通道，成为基坑渗漏的原因。

对该渗流通道进行定量分析，得到压力水头曲线和单位流量曲线，如图7、图8所示。从基坑边缘开始，在夹层范围内具有较大的单位渗流量，夹层上可达到0.015 m3/（h/m2），同时在基坑夹层边界形成负压，渗流将很快带走砂质粉土颗粒，如不采取有效措施，该渗流将很快在夹层形成管涌并扩大，演变为严重的基坑渗漏。

图7 渗流通道压力水头曲线

图8 渗流通道单位流量曲线

2.3 渗漏分析结论

通过以上分析，得到结论如下：

（1）骑马井基坑施工是否出现渗漏，关键在于帷幕桩与管顶之间夹层及夹层所在土层的土质情况。

（2）砂质粉土层及300 mm夹层形成渗流通道，在夹层中形成较大的渗流。

（3）渗流易在夹层中形成管涌通道，导致渗漏扩大。

（4）应采取措施进行防治，其关键在于封闭夹层，隔断渗流通道。

（5）在施工基坑短边吊脚桩时控制好桩基孔深，尽量不要扰动夹层处的土层，否则易在该处形成渗流通道，导致渗漏。

3 骑马井基坑渗漏预防及治理措施

根据分析，防止基坑渗漏主要是隔断渗流通道。对于本工程骑马井基坑渗漏的防治方案有以下2种思路。

一是对于已出现渗漏的基坑，在基坑短边围护结构外侧采用20～50 MPa的高压泵机，注浆压力为40 MPa、水泥强度等级为42.5，水泥浆水灰比为1.2，水泥浆液流量为90 L/min、Ф19～22 mm的高压浆管进行施工，旋喷桩桩径为800 mm，底部打至管道顶部，上方打至粉质黏土层。这样形成密实的止水土体，隔绝渗漏，从而起到堵漏的作用。

二是对于后续基坑围护施工时，在设计要求的基础上减小MJS止水桩的半径即加密MJS止水桩，通过此方法来减少基坑的渗漏情况；还可按照原设计要求进行MJS止水帷幕的施工，待施工完成后在基坑短边围护结构外侧采取补打高压旋喷桩的方式进行防渗漏处理，高压旋喷桩的相关参数同上述渗漏处理方式。

通过本工程后续基坑开挖实际情况来看，采取高压旋喷桩的措施取得了良好的防渗漏效果，加密MJS止水帷幕的方式防渗漏效果一般，由此说明在此类工况条件下，采用高压旋喷桩可以有效隔绝整条渗流通道。因此上述关于基坑渗流通道的分析以及处理思路是正确的，并可得出此类型基坑防渗漏的关键是要分析得出渗流通道并将其封闭。

需要说明的是，本案例是在围护结构及止水桩施工严格按照规范及相关标准且质量达标的前提下进行的。在止水帷幕施工质量不达标的情况下，基坑仍可能出现渗漏情况。因此，围护结构及止水桩施工时要严格按照规范及相关标准进行，确保维护结构强度及止水效果，待此项工程完成并检测合格后方能进行开挖。在围护结构施工过程如果发生异常情况，要及时记录、及时处理，减少隐患问题的发生。在基坑施工前要做好规划，使各工序紧凑以有序减少基坑的暴露时间，这样可以避免围护结构变形，从而降低渗漏的风险。由于地下工程施工过程中不可预见的因素较多，地质勘查也会存在一定的不确定性，有时也无法准确反映土质情况，所以会出现高压旋喷桩失效的情况[2]，甚至会导致难以封堵的渗漏情况，因此基坑开挖前也要准备好应急抢险的物资确保有备无患。

4 注意事项及有效处理措施

笔者基于GeoStudio软件对某市老旧污水管道修复项目中的骑马井基坑进行建模分析，得出此类基坑的渗流特点，并结合本工程的实际应用，针对此类问题提出了如下需要注意的事项以及可采取的有效处理措施。

（1）当管道顶部土层为渗透性较差的土体时，常规施工工艺预留300 mm的围护夹层可避免渗漏问题，但当土层渗透性较好时，此处容易形成渗透通道，导致基坑渗漏情况严重。因此，对于这类型基坑，应采取有效措施对薄弱夹层进行防渗处理。

（2）基于此种情况，在施工工艺上应避免此渗漏层，当不可避免地存在夹层时，在基坑开挖前可采用高压旋喷桩进行处理可以起到良好的防渗漏效果。

（3）对于已开挖的基坑，如果出现渗漏则可采取紧急回填，在坑外采用高压旋喷桩进行封堵等措施处理。

5 结 语

骑马井由于其特殊的与其他结构形成的骑跨形式，在围护、止水方面有其自身的特点[3]。随着社会的发展，需要修复的老旧污水管道将越来越多，通过修建骑马井来实施老旧管道的修复工作是一种经济高效的方法，因此骑马井的运用将会越来越广泛[4]。笔者基于某市老旧污水管道修复项目在实践中取得了较好的效果，对骑马井基坑的渗漏特点及预防措施进行了阐述，为后续此类工程提供有益参考。