摘  要：杭州某地铁深基坑工程由于地连墙在圆砾层中成槽困难,使得地下连续墙（以下简称“地连墙”）插入深度减小，不能满足承压水抗突涌稳定性要求，基于此，依托该地铁深基坑实例，通过现场灌浆对比试验，确定帷幕灌浆参数，并按此参数设置帷幕灌浆，填充地连墙未隔断的圆砾层，与地连墙搭接形成封闭的阻水帷幕，解决承压水抗突涌问题。研究表明：圆砾层的孔隙度大、渗透性好,可进行灌浆处理；帷幕灌浆能够节省工期，节约造价，有效地解决圆砾层的承压水抗突涌问题。

关键词：地铁；深基坑；帷幕灌浆；抗突涌；研究

 

      深基坑工程承压水的抗突涌问题事关整个工程安危，在突涌稳定的处理措施方面，主要包括隔断、封底加固和降压3种处理方法。国内对于受承压水影响大的深基坑工程，本着按需降水的基坑降水原则，能隔断尽量采取隔断措施，采用常规的疏干降水可解决承压水问题，隔断的方法对周围环境的影响是十分小的。对于上覆隔水层厚度略小于抗突涌稳定临界厚度的情况，采取封底加固措施是比较经济的。在无法完全隔断承压水，不能保证降水效果的情况下，可以通过封底加固，使基底土体以及围护结构形成整体，来满足抗突涌的要求。降压措施通常会诱发大量沉降，对周边环境保护不利，可与上述2种方法结合。

      在不隔断的情况下，采取帷幕灌浆的方式辅助降压，以达到抗突涌的目的，尚无先例。杭州地铁滨江站深基坑工程，在地连墙不能隔断承压含水层，而隔水层厚度与临界厚度差距又很大的情况下，首次采用帷幕灌浆技术抗突涌取得了成功。

 

      滨江站深基坑工程采用明挖顺作法施工，开挖深度为23.87  m，围护结构采用1  m厚地连墙，插入地面以下51  m（原设计为57  m）。基坑地质剖面图如图1所示，其中(12)₁中砂层和(14)₁圆砾层为相互联通的承压含水层，富水性好，属中等透水—强透水层，层厚约29  m，水位埋深4  m。

      原设计中地连墙插入深度为57 m，其中深度为41.5～56  m范围内是圆砾层，底端进入圆砾下面的岩石1  m。根据基坑试成槽的3幅地连墙的情况来看，成槽到约51  m处就遇到大直径（最大约20  cm）圆砾，在使用利勃海尔成槽机继续成槽施工近15  h，槽深几乎未再发生变化，最终停止成槽。因圆砾层强度高，且下部有大直径圆砾使得成槽速度极为缓慢，对成槽设备磨耗大，维修工作量相应增加，成槽质量和施工进度得不到保证。耗时过长增加了槽壁塌孔的风险，超声波探测表明在圆砾层缓慢的成槽过程中已导致成槽面上部局部塌孔，这为后期开挖带来安全隐患。因此，将地连墙的插入深度调整为试成槽情况能达到的51  m，不能按原设计隔断承压水，疏干降水方案失效，需对承压水进行降压控制。由于基坑坑底距离承压含水层层顶之间的覆土厚度较薄，按照设计要求，主体基坑控制承压水水位在坑底以下0.5～1.0  m，以保证基坑的抗突涌稳定性，验算结果见表1，由表1可知需将水位控制在24.87  m，降深为20.87  m。

      本工程开挖深度大、环境保护要求较高、坑底与承压含水层层顶间的覆土浅（仅有4.68  m），由于圆砾层的孔隙率大、渗透性好、侧向补给充足且迅速。工程难度在于地连墙插入深度调整后，在原疏干承压水方案不可行的情况下，确保开挖过程中的抗突涌稳定性，也即确保降压后的水位满足要求。

 

      由于地连墙插入深度的变动，拟对承压水采取的疏干方案不再适用。在地墙施工完成之后进行的单井抽水试验（平均流量1  752  m³/天）表明稳定后降深仅为4.7  m，远不能满足降深20.87  m的要求。借鉴地连墙降低部分土层渗透系数，隔断承压含水层形成阻水帷幕的思想，使用帷幕灌浆辅助降压抗突涌。

      (14)₁圆砾层空隙较大、可灌性较强，考虑到本工程施工场地和灌浆施工周期，确定此次帷幕设计采用单排孔直线式布置，帷幕防渗标准为地层渗透系数降低50%以上或单位吸水量降低50%以上。

      试验孔采用直线式同次序不等间距布置，布置试验孔5个(包括检查孔2个)，施工顺序为孔S1→S2→S3→检查孔1→检查孔2，帷幕灌浆平面布置图如图2所示。灌浆孔深58 m，帷幕幕顶设在地连墙底部往上5  m（埋深46  m，标高约-40  m），帷幕幕底入全风化岩约1  m（埋深58  m，标高约-52  m）帷幕高度为12  m，与已施工的51  m地连墙下部结合形成整体封闭式阻水帷幕，注浆孔的结构图如图3所示。

      (1）钻孔。帷幕灌浆孔施工采用XY-1B型回转式岩芯钻机，钻探使用复合精钢钻头，优质泥浆循环钻进，无泵反循环法采取岩芯。帷幕灌浆孔偏斜率控制在＜1%，开孔直径不小于110  mm，终孔直径不小于91  mm。检查孔的施工，按照S L31-2003《水利水电工程钻孔压水试验规程》进行。

      (2）注浆管埋设。注浆管采用内径不小于2.5  cm的聚乙烯耐压塑料管，下部12  m按50～80  cm间距对向预打直径8  mm注浆孔，并用弹性橡胶带封好。注浆管由钻杆顶压放至钻孔底以确保埋置深度，底部圆砾层注浆管与孔壁间隙采用细石（苍蝇子）回填，圆砾层上部（目标层以上）至地面以下采用快凝水泥注浆封孔，孔口用细石混凝土封堵。注浆管埋设好后放置不少于12  h方可注浆。

      (3）浆液制备。首先进行配比试验，为浆液制备提供现场依据。在此过程中发现原方案，水泥浆∶水玻璃溶液=1∶1的双液浆混合凝结速度过快（仅几十秒，水灰比1∶1，水玻璃溶液波美度39），浆液混合后在注浆管内沉淀极易导致射浆管堵塞、灌浆管路爆裂，且灌浆半径小，不易形成防渗帷幕。经配比试验调整，确定采用水灰比为1∶1的水泥浆加5%（体积比）的水玻璃溶液（波美度为39）具有良好的流动性和流动性维持能力，且凝结后抗渗性能好，适合作圆砾层灌浆浆液。

      (4）灌浆。由于目标层圆砾孔隙较大、透水性好，现场注浆试验采用以注入速率为主的控制方法，注入速率控制在50～60  L/min，起始注浆压力为0.3  MPa逐渐上升至0.7 MPa。

      (1) 检查孔取芯检查。从检查孔1的岩芯取样（注浆段上、中、下部分别取样，见图4）来看，岩芯采取率较高，好多处可清楚地见水泥浆液充填，芯样干结后较为完整致密，而检查孔2情况则较差（图5）。这说明土体的可灌性良好，灌浆效果较好，采用间距1  m孔位布置基本能够达到灌浆减渗的目的。

      (2）压水试验检查。压水试验压力分别取0.3、0.4、0.5 MPa为标准值，根据不同保压阶段吸水量来判断注浆效果的好坏。压水试验分3次进行：第1次，在S1孔成孔后，压水试验取得原始数据；第2次，对检查孔1取芯完毕后，压水试验获取相关数据；第3次，对检查孔2取芯完毕后，压水试验获取相关数据。压水试验结果见图6，压水试验表明，注将前单位时间吸水量大且其P-Q升压曲线为通过原点的直线；而检查孔1的单位吸水量较小，P-Q升压曲线为通过原点凸向Q轴的曲线。根据SL25-92《水利水电工程钻孔压水试验规程》判定注浆前水流属A（层流）型，而试验孔S1中水流属B（紊流）型。分析判定检查孔1处的注浆充填率约为60%，这说明帷幕灌浆的防渗阻水效果比较好，孔位间距按2  m布置时基本可以满足本工程灌浆减渗要求。检查孔2处的注浆充填率约为30%，较检查孔1压水试验的P-Q曲线特征变化不明显，这说明孔位间距按2  m布置时不足以满足本工程要求。

      通过本次帷幕灌浆试验表明，采用坑外注浆降低渗透系数是可行的，圆砾层可灌性良好，灌浆后防渗效果好，采用水灰比为1∶1的水泥浆加5%（体积比）的水玻璃溶液（波美度为39）混合浆液是适合本工程的。