地铁明挖车站围护桩间涌水流沙的治理

地铁明挖车站围护桩间涌水流沙的治理 吴豪 中铁十七局集团第六工程有限公司 摘 要 明挖法的地铁车站,基坑开挖后,围护结构出现渗漏,必须及时封堵,否则容易出现流沙、流泥，甚至管涌，既会对土方开挖和下步主体施工进度带来影响，严重的还会使周边道路和建筑物产生沉降，甚至出现基坑塌方危险。结合厦门地铁1号线诚毅广场站小里程端围护桩间涌水、流沙的险情，采用疏堵结合、先疏后堵的堵漏技巧，以瞬凝水泥、膨胀及水泥水玻璃双液浆三种简易有效的堵漏措施，效果良好，为以后同类的施工提供借鉴。 关键词 地铁车站; 围护桩间涌水流沙; 疏堵结合; 堵漏措施 1 工程简介 厦门地铁诚毅广场站地下水极为丰富，车站东侧附近为碧溪汇入杏林湾入口，线路所占地段原为一片池塘水体。地下水主要有第四系孔隙水、基岩裂隙水。第四系空隙潜水主要赋存于冲洪积砂层中，地下水位埋深7.5m。 基坑围护结构采用“挡土+止水”，即钻孔灌注桩+三重管高压旋喷桩+内支撑的围护结构。车站基坑普通段开挖深度为16.4m，大小里程端头盾构井段深度为17.75m。采用明挖顺做法施工。 2 地质情况 根据详勘报告，车站小里程端地质情况依次向下为粘土质素填土(0m-5.8m)、全新统冲洪积粗砂(5.8m-7.9m)、全新统冲洪积可塑状粘土 (7.9m-10.3m)、全新统冲洪积粗砂(10.3-16.1m)、残积硬塑状砂质粘性土(16.1m-18.2m)。 3 堵漏措施及其施工 在车站基坑开挖至16.5m时，小里程端桩间出现直径约60cm的涌水、流沙口，沿涌水口的围护桩外侧出现约3m高*4m宽*5m深的空洞。在施工过程中，我们充分利用了钢筋混凝土灌注桩强度高、胶接 性能良好的特性，进行堵漏。堵漏方案是先疏导后堵漏，即先填充塌方空洞，在渗漏处预埋导流水管，将渗漏出来的水导出去，然后在涌水口使用瞬凝水泥封堵，并注水泥-水玻璃双液浆，如无明显渗漏后，挂网喷射混凝土补强，待混凝土达到一定强度后，最后封堵导流管。 图3.1 涌水、流沙口 图3.2 现场流沙情况 3.1 注浆法堵漏的机理 通长认为注浆法堵漏有两种作用机理,第一种作用机理是劈裂作用机理.即高压注浆,克服地层的初始应力和抗拔强度,使土层沿垂直于小主应力的平面上发生劈裂[1]。高压水泥浆作为堵漏主材料，在高泵压的作用下，水泥浆将突破最薄弱部位的地基土，或沿着已经开路的渗漏缝隙渗流，调节好水泥-水玻璃的初凝时间，使水泥在合适的时间凝固，达到堵塞渗流通道的目的。 第二种机理是浆泡作用机理。即水泥浆在高泵压的作用下，使土体压缩，形成类似气球的浆泡，紧靠浆泡周围的土体受到严重破坏和剪切，形成塑性变形区，土体密度因扰动而减小，却因注入水泥浆而加固;离浆泡较远的周围土体，发生弹性变形，土体密度明显增加，变得更加密实[1]， 渗透能力因而降低了，达到提高地基土的承载力和阻止渗漏的目的。 3.2 堵漏材料 堵漏的材料包括导流水管、瞬凝水泥、填充物、水泥、水玻璃 导流水管:由于渗漏量较大，选用直径32的不锈钢管(或PE管)作为导流水管，兼做注浆管使用，导流水管长度根据现场塌方的空洞深度选择，配套16号细铁丝、木塞若干。 瞬凝水泥:S型瞬凝水泥，其参数为初凝时间1~2min，终凝时间2~3min。早强发挥迅速，水灰比W/V=0.4时，抗压强度:4h?20MPa，1d?40Mpa，具有微膨胀等特性。配套黄砂，碎石等。 填充物:旧棉絮、废旧布料若干。 42.5MPa水泥、浓度为16Be′水玻璃若干。 3.3 注浆设备 采用国产某型号双液浆注浆机，注浆参数为:工作压力0.5-8MPa，额定生产能力0-80L/min，吸入骨料最大粒径?5mm，电机功率11kw，吸浆高度1m。 3.4 注浆参数设定 根据水泥-水玻璃的化学反应原理，试验中采用固定水灰比为1:1的水泥浆在水玻璃不同浓度(39-8.4Be′)下的浆体初凝时间变化不是很大[2]，但终凝时间最快为21秒，最慢为19500秒，相差4个数量级，这个变化是非常大的。过长的终凝时间，注浆时跑浆漏浆是非常严重的，并且施工效果也不好。 桩间塌方体空洞注浆主要部分是人工填充的旧棉絮、废旧布料等散体 结构，如果终凝时间过长会造成材料浪费，并且达不到注浆效果。但是注浆又要求一定的土体扩散半径，在诚毅广场站桩间注浆加固施工中要求扩散半径大于1m小于5m。所以注浆中既要保证扩散半径又要不能扩散太远，这就要求水泥浆的初凝和终凝之间有一段合适的时间差。根据不同配比水泥与水玻璃凝胶时间表[2],综合及考虑，取水灰比为1:1，水玻璃浓度为16Be′，水泥浆与水玻璃体积比为1:0.25，可以达到要求。 3.5 注浆堵漏工艺 注浆堵漏的工艺为:清除混凝土表面杂物?充填空洞?安装钢筋网片?固定导流管?瞬凝水泥封堵涌水?混凝土养护?注浆封堵导 流管口?喷射混凝土。 地面沉降点A002 地面沉降点A004 砼支撑梁 冠梁 水位观测孔3# 冠梁 围护桩 钢支撑 轴力计N5 旋喷止水桩 围护桩 旋喷止水桩 基 坑 内 轴力计N6 基 坑 外 水玻璃 水 泥 导流管 水玻璃 水 泥 导流管 图 3.3 桩间涌水、流沙处理示意图 3.5.1 凿除渗漏部位钢筋混凝土表面的泥土和杂质， 露出新鲜混 凝土面，为瞬凝水泥提供较好的胶结面。 3.5.2 由于渗漏时间过长 ,桩体背后已出现较大的空洞 ,使用旧 棉絮、废 旧布料填塞空洞，用编织袋装黄沙、石子在涌水口码放。旧 棉絮废旧布料既可以阻止泥沙流失，又可以透水，黄沙和石子可以起 到挡流沙作用。 3.5.3 由于涌水口较大， 将围护桩中的钢筋凿除， 焊上钢筋网片， 以固定瞬凝混凝土。 3.5.4 在涌水口封闭的缝隙合适位置安装固定导流水管， 宜做双 根导流管，一高一低安装(或左右安装) ，导流水管要深入空洞一定 长度，也要露出封堵混凝土一定长度。 3.5.5 使用瞬凝水泥拌制混凝土，封堵流水缝隙。封堵时要保持 导流管通长。并将导流水管固定在封堵混凝土当中。在瞬凝混凝土达 到一定强度值，即可进行导流管注浆。 3.5.6 利用带阀门的三通管与位置高的导流管连接， 控制好注浆 压力，当另外一根导流管流出水泥浆液时，说明空洞内部大部分的水 被排出，此时需封堵位置低的导流管，加大注浆压力，直至到达合理 的压力值。 图3.4 涌水口封堵 图3.5 导流安装 3.5.7 调节好喷射混凝土速凝剂的比例，使喷射混凝土能快速凝固，起到加固涌水口的作用。 图3.6 导流管注浆 图3.7 注浆后效果 4 监控量测 4.1 地表沉降观测 图4.1 地表沉降观测图 从上图可以看出，从第13次至第18次观测期间，为桩间土体塌方期，地表土体明显加速沉降;从第18次至21次观测期间，为塌方空洞注浆期，由于注入水泥浆液，地表土体出现隆起;从第21次至26次观测期间，为土体稳定期，表明塌方空洞已得到有效的加固处理，地表已趋于稳定可以 进行后续结构施工。 4.2 水位观测 图4.2 3#水位观测孔观测图 从上图可以看出，从第13次至第18次观测期间，为桩间土体塌方期，桩外水位急速下降，到第18次已经至基坑底;从第18次至21次观测期间，为堵塞涌水口及双液浆注浆期，由于注浆使得桩间渗漏得到治理，水位急速上升;从第21次至26次观测期间，为土体稳定期，表明土体水位稳定，桩间不再有渗漏现象。 5 结语 通过上述的堵漏施工工艺，在诚毅广场站小里程端桩间涌水、流沙抢险的实践证明，注浆有效加固了土体，防止了渗漏水，效果良好。通过加强监控量测等手段，及时反馈信息，及时掌握地面监测点、支撑轴力、水位观测的动态变化并指导施工，为基坑后续的安全可控奠定了基础，取得了良好的经济效益和社会影响。 参考文献 [1] 蔡文胜,基坑围护结构渗漏的堵漏技术,化工矿产地质,2007(4)。 [2] 刘玉祥,柳慧鹏,水泥-水玻璃双液注浆中的最优参数选择,矿冶,2005(4)。