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摘要：深基坑工程质量会受到多因素的影响，其中最为常见的就是止水帷幕渗漏现象，如不进行防治处理，则极易造成质量安全事故。本文就结合具体项目，阐述该项目水泥土止水帷幕渗漏的渗水期、水土流失期、空洞期及管涌期4个阶段的机理与表现，并提出各阶段适宜的封堵工艺，总结与编制了应急预案，可供参考。
关键词：止水帷幕；渗漏；空洞期；管涌期；封堵工艺
引言
止水帷幕作为深基坑工程地下水控制的重要技术措施，止水帷幕的有效性直接关系到整个基坑工程的安全。而在实际施工中，止水帷幕会因一些施工误差和地层的影响而造成局部止水失效，导致在基坑开挖时发生漏水、涌沙，影响基坑内土方开挖，严重时可引起基坑坍塌和对周围环境造成损害等安全事故。因此制定有效的止水封堵方案，对保证基坑开挖的质量和工期非常重要。本文主要介绍了深基坑工程止水帷幕渗漏封堵技术。
1 项目简介
水泥土止水帷幕因其施工便捷、污染小、造价低而成为该项目的止水措施。但由于冷缝处理不善、抗变形强度低、搅拌不均等因素，导致基坑开挖后帷幕在巨厚粉砂土层中出现渗漏水现象，而且从渗水到漏水表现出明显随时间变化的阶段性发展特性。下文就对此进行探讨。
2 水泥土止水帷幕渗漏各阶段的机理与表现
2.1 渗水期
是指因水泥土搅拌不均，帷幕局部抗渗性能降低，产生细微渗水通道，导致地下水向基坑内渗入，但未形成连续渗流通道的阶段。外观表现为内侧支护排桩桩间土有阴湿现象，但由于此时帷幕渗透系数还较低，入渗量较小未形成稳定水流。如图1所示。
图1 某项目三轴搅拌桩帷幕7～9m段渗水
2.2 水土流失期
是指水泥土搅拌不均缺陷部位长期未处理，帷幕渗透性进一步加大，或冷缝未及时封堵，地下水渗透力越过搅拌桩墙体作用到支护桩桩间土，导致渗流开始将桩间土带走，形成桩间土流失的阶段。该阶段比较明显的现象就是，支护桩桩间土出现凹坑，局部地方地下水形成细小水流沿凹坑流淌，但桩间土未完全被冲蚀掉，桩后侧止水帷幕未完全受坑外土压力作用。此阶段的出现，表明基坑渗漏由“渗”进入“漏”。如图2所示。
图2 某项目三轴搅拌桩帷幕桩间土流失
2.3 空洞期
空洞期实际上是水土流失进一步发展的后期，因局部粧间土在渗流力作用下进一步流失，流土范围开始扩展到支护桩后侧，水泥土止水帷幕与支护桩间的土体也开始流失，止水帷幕开始受到土压力作用而逐渐出现开裂，促使本来存在缺陷的止水帷幕进一步遭到地下水渗透力破坏，减小了渗透系数，加大了地下水渗流面积。如图3，4所示。
图3 某项目止水帷幕与排桩间严重被冲蚀形成空洞
本阶段的现场表现，是桩间土几乎被冲蚀殆尽，形成很深的孔洞，明显看到浑浊的地下水从空洞深处流淌出。此时，水泥土止水帷幕还未形成较大的孔洞，基坑外侧的土体开始以流土形式小规模的进入坑内。
图4某项目三轴搅拌桩止水帷幕水平断裂
2.4 管涌期
水泥土止水帷幕彻底断裂，局部止水作用完全失去，帷幕具有一定规模的孔洞，地下水沿孔洞携带坑外土体（一般在粉土粉砂层中常见），涌进基坑内，管涌期出现。水流夹带泥沙大量流出，粗颗粒土在洞口淤积，细颗粒土被带至较远处，并逐步埋没洞口，形成倒锥形冲积扇土堆。
管涌期的出现，对基坑自身及周边环境危害极大，靠近基坑边的管线及道路由于失去地基土而出现断裂及塌陷可能引发次生灾害；基坑边天然地基建筑物发生倾斜，严重者出现坍塌；桩基础建筑物可能因桩身侧摩阻力丧失发生不均匀沉降；地下水水位出现降深，可能造成远离基坑的建筑物固结沉降；基坑自身应两侧土压力不平衡支撑导致位移失稳，可能进一步引发其他风险因素等等。应尽量避免出现管涌期的出现。如图5所示。
图5 某项目基坑管涌
3 渗漏不同阶段的封堵工艺
渗漏各阶段，应该采用适宜的封堵措施，否则不但浪费资金材料，失去宝贵的抢险时机，还可能适得其反，加大渗漏破坏。
3.1 渗水期
渗水期应以阻止渗水带走桩间土为目的，借助止水帷幕尚存一定的抗渗能力，治理措施应以封堵为主，引流为辅，减小地下水的渗透力。
防止排桩间土流失，可以在排桩外侧紧贴桩间土挂钢筋网，与桩身钢筋相连接，然后喷射速凝混凝土，形成面层保护。防止渗入的地下水在面层内侧形成荷载，可以事先在渗漏点附近的土体内插入引流盲管，浇筑时穿越混凝土面层。若渗流点位置较多，或者无法确定，可以在一定范围内按等间距布设引流管。引流管一端插人桩间土一定深处，管身开孔外裹滤网，确保不被泥砂堵塞，另一端在层面外开口。间距应根据桩间土颗粒大小确定，一般在1～2m，粉质黏土间距略小，粉土粉砂间距可以适当放宽。渗水期一般无需采取止水帷幕外注浆封堵措施。
3.2 水土流失期
水土流失期的治理，应以避免桩间土进一步流失出现空洞为目的，采用坑内阻止桩间土流失，坑外注浆增补止水帷幕的封堵措施。
由于桩间土出现流失现象，表明地下水渗流力较大，已经开始破坏桩间土的结构，钢筋混凝土面层封堵往往难以控制渗流力对桩间土的冲蚀。若仅采用坑内封堵，地下水将转向旁侧渗流，导致周边桩间土流失，使渗漏范围扩大。若仅采用坑外注浆堵漏，坑内临空面不采取压堵的措施，注浆压力无法平衡，此时浆液反而进一步破坏本来就很薄弱的止水帷幕，导致渗漏孔洞进一步加大，形成管涌。
坑内封堵可以采用透水性较好的物品（如土工织物、编织袋、棉被等），覆盖于渗漏的桩间土之上，再反压重物（如盛土编织袋，石块等），同时事先应在桩间土体内安插引流管，从反压物中引出，确保渗漏处流水不再流土。坑内压重封堵的范围，不应仅局限在出现渗漏的部位，应该向两侧延伸2～3个桩间范围。原因是桩间土出现流失的部位的正后方，不一定正好是帷幕渗漏点，地下水渗流侵蚀一般是沿土体中最薄弱的部位开展，扩大封堵范围是为了防止渗流路径改变，在其他桩间出现新的水土流失点。
当坑内反压措施到位后，随即可以在坑外帷幕外侧，渗漏点地面投影位置钻孔注浆堵漏。坑外注浆堵漏施工，应考虑浆液种类及配比的选择、注浆深度的确定、注浆压力及流量参数的设计以及注浆孔间距的布置等几方面。
（1）注浆材料的选择，应根据堵漏的具体要求选定。在水土流失期，一般都要求采用快速凝固的化学浆液封堵（如CS双液注浆）。在渗漏的后期出现地面塌陷，需要浆液填充孔洞等，可以采用水泥浆单液注浆。需要注意，若帷幕较厚，外侧渗漏点位置不是十分明确的条件下，慎用速凝楽液，原因是此时渗漏途径可能较长且呈支脉状，双液浆未达充填全部渗漏通道前就已凝固，由此可能未能将所有渗漏途径封堵，还可能造成注浆管道堵塞。
（2）注浆深度的确定，应考虑如何将渗漏点的上下完全封堵。一般来讲，巨厚在的粉土粉砂地层中水泥土搅拌桩最容易产生质量问题，也是最容易出现渗漏的位置。因此注浆深度应穿越渗透性较好的地层，进入下部相对隔水地层为2m为宜。
（3）注浆压力与注浆孔间距，由于水土流失期帷幕未出现孔洞，但渗漏处水泥土强度较低，注浆孔往往紧贴帷幕，因此注浆压力不能过大，否则容易导致帷幕进一步损坏。但过低的压力，又可能使注浆半径减小，不能形成搭接效果。因此，注浆压力与孔间距应相匹配。
水土流失期，应该是基坑渗漏封堵的最佳时机，地下水渗流量较小，帷幕虽有缺陷，但未进一步扩大，桩间土流失不严重，特别是帷幕与排桩之间的土体还存在，坑内坑外封堵的工作量不大，如果处理及时得当，完全可以确保基坑不再渗漏。作为基坑渗漏应急预案措施，必须及时识别该阶段，并及时处理。如图6所示。
图6 坑外打设拉森钢板桩进行止水
3.3 空洞期
与水土流失期相比，空洞期桩间及排桩与帷幕之间土体流失严重，形成空洞，与管涌期相比，帷幕还未断裂或出现孔洞，坑外土体未大量流入坑内。
空洞期的渗漏治理，应以阻止帷幕出现断裂或阻止帷幕孔洞的形成，防止坑外土体大量流入坑内为目的。因此，坑内将桩间土及排桩与帷幕之间土体流失所产生的空洞填补，防止其进一步流入坑内；坑外采用双液注浆手段补强渗漏的帷幕体，是本阶段治理所采用的主要方法。如图7所示。
图7 坑外双液注浆引孔封堵
坑内封堵的原则，依旧是确保流水不流土。但由于此时排桩间空洞已经形成，甚至排桩后的土体业已流失，空洞可能延伸至排桩后，土工织物及棉被等无法完全填塞满空洞，因此必须采用填充材料填补空洞，速凝混凝土是较为理想。为确保填充材料凝固前不流出洞口，洞口事先应采取有效措施加以封挡。可以采用砖砌法、木桩插板法等措施封挡。
砖砌法，是在空洞前紧贴排桩用砖块水泥砂浆砌墙，封堵洞口，留上部浇筑口，以浇筑填充材料。砖砌法一般适用于空洞体积较小，流水量小的渗漏处理。
木桩插板法，是在排桩前插入木桩，在洞口与木桩间插入模板、密竹笆（耙）等挡土材料形成封挡，留上部浇筑口，然后往空洞内浇筑填充材料。
比较理想的填充材料，应该是和易性流动性较好的是水硬性材料，但建议凝固时间不宜太快，否则材料可能堵塞洞口，无法完全充填全部空洞空间，但凝固时间也不宜太慢，否则，浆液可能被水流带出洞口造成浪费。速凝细石混凝土一般是首选材料，可以根据洞体量的大小，调节凝固时间。
针对渗水情况较为严重的，应在浇筑同时预埋地下水引流管盲管，盲管一端应接触渗水的帷幕，并确保不被填充材料堵塞，且可以使地下水流入盲管内，一端应在封挡材料外出露。埋设盲管的目的，是为避免因封堵过于密实无法透水，可能导致周边桩间土被改变流向的地下水冲蚀，造成更大的空洞范围。
坑外帷幕补强的做法与上述水土流失期的工艺相同，但实施需要滞后于坑内封堵，否则可能因注浆压力导致帷幕进一步破坏而加大渗漏。双液注浆应在确保坑内填充材料已经浇注完毕，封堵口流水不流土后进行。如图8所示。
图8 模板插板法
3.4管涌期
坑外水土通过止水帷幕的漏洞浦入坑内，标志着基坑渗漏管涌期的出现由于在渗漏点处帷幕已经失去挡水的作用，土体在地下水压力作用下涌入坑内，给封堵工作带来很大的困难。此时，坑内的封堵质量的好坏将直接影响坑外注浆的成败。
采用SMW工法围护结构的基坑，因搅拌桩施工偏差未搭接出现的缝隙，若止水帷幕强度尚可，可采用海带或遇水膨胀材料充填缝隙达到止水效果。
深度大于10m的基坑出现管浦，由于水压较大，必须采用有效方法阻挡泥土的流失^根据水土流失量的大小，可以采用堆压法、木桩插板法、钢板焊接法等措施。
堆压法，是采用的编织袋，在渗流点处层层交错码放，堆成下大上小的三角形截面，袋与袋之间保留较小的空隙或预埋引流管，作为透水的通道。随着填充材料的浇注，流土减速，在缝隙处淤积，只留清水从剩下的缝隙或引流管内流出。
钢板焊接法，是先将排桩混凝土保护层剔除，紧贴排桩竖向打入木桩，再将钢板插入木桩与排桩的间隙，然后将钢板与排桩主筋焊接连接，上部留口，预埋引流管后浇筑填充材料。若泥水流量很大，木桩无法抵挡，外围仍然可以采用堆压法辅助封堵。需要强调，如果封堵太严地下水不宜挥出，可能导致周边桩间土被改变流向的地下水冲蚀，造成空洞范围增大。
填充材料仍可采用和易性流动性较好的水硬性材料，如速凝细石混凝土等。
当坑内填充材料即将浇筑完毕，确保基本不再流土，坑外方可开始在预先成孔内双液注浆，以补强帷幕。如图9所示。
图9某项目管涌处理
4 应急预案
针对水泥土止水帷幕不同渗漏阶段的机理，应采取相应的应急抢险措施。
（1）实践经验表明，在渗水期对水泥土止水帷幕采取有效修补，可以防止渗漏的进一步发生。
（2）水土流失期是水泥土止水帷幕抢险的最佳时期，有效采取坑内封堵坑外注浆的措施，完全可以避免桩间土的流失。若参建各方具有高度的基坑渗漏风险意识，是完全可以避免水泥土止水帷幕发展到管涌期的。
（3）应急预案中，应针对各渗漏阶段，制定明确有效的应急处理方法及措施。现场应根据应急措施提前准备好应急物质及设备，做到随时待命，随时启动。
（4）施工监测应加强对止水帷幕渗漏日常巡视检查监测，发现渗氷或氷土流失现象，应尽快进行封堵。第三方监测应在日常监测频率基础上，加密对周边既有建筑物、道路、管线及地下水位，以及基坑支护体系的变形及内力监测，并形成畅通有效的监测信息通报机制，完全做到信息化施工，以指导抢险施工。
5结语
总之，基坑止水帷幕出现大规模的渗漏，势必影响到基坑体系的安全及危害到基坑周边建筑物的稳定。而了解止水帷幕渗漏不同阶段的机理与表现，采取相应的封堵措施及时有效地防止水帷幕的渗漏，是深基坑抗风险应急的主要措施之一。本文针对某项目的渗水期、水土流失期、空洞期及管涌期4个发展阶段，提出了适宜的封堵工艺，可为深基坑工程止水帷幕渗漏的封堵提供参考作用。
参考文献：
[1]任斌向，郭卫萍.某深基坑止水帷幕失效后的渗漏治理[J].施工技术.2013
[2]李义堂.富水区深基坑止水帷幕局部渗漏处理技术[J].现代隧道技术.2014
[3]张国平.深基坑工程止水帷幕透水渗漏的防治[J].城市建设理论研究：电子版.2013
论文作者:黄羿华
论文发表刊物:《基层建设》2016年15期
论文发表时间:2016/11/17
标签：帷幕论文; 基坑论文; 地下水论文; 空洞论文; 注浆论文; 材料论文; 措施论文; 《基层建设》2016年15期论文;