地铁车站的渗漏是一直困扰着广大建设者的难题, 各方经过多年研究实践, 仍未得到彻底有效的解决方法。长沙地铁4号线在建设之初, 就提出了在加强外包防水层有效性、提高主体结构自防水能力的同时, 要增强围护结构的止水能力。汉王陵公园站勘探时水位不高, 因此围护结构采用钻孔桩加旋喷桩的方式, 但是在开挖快见底时, 基岩裂隙水不断涌入车站, 水量较丰富, 而大量的涌水对基坑稳定性造成不良影响, 为提高围护结构止水能力, 对渗漏进行了封堵, 取得了一定成效。

汉王陵公园站位于湘江漫滩富水地区。车站为地下2层明挖车站, 底板厚度0.9m, 垫层厚度0.2m, 标准段基坑深约16.75m, 两端盾构井段基坑深约18.63m。北端为盾构始发井, 南端为盾构接收井, 总建筑面积为15 622.44m²。车站主体基坑围护桩间采用C20模筑混凝土挡板, 厚度≥100mm。

站址范围为湘江Ⅱ级侵蚀堆积阶地地貌, 所处位置地势起伏变化较小。地表土层以人工填土、冲积粉质黏土和残积黏性土为主, 下伏基岩为元古界板溪群板岩。

场地邻近湘江, 距其堤岸约1.2km, 除此外无其他地表水系。按照地下水的赋存方式, 地下水可分为第四系松散层上层滞水、孔隙潜水和基岩裂隙水3种类型。上层滞水主要赋存于人工填土中, 接受大气降水及地表水补给, 同时也接收人工及周边地下水系补给, 一般水量较小, 且无稳定的自由水面。孔隙潜水主要赋存于第四系粉细砂 (4) ₃层中, 雨季时具有微承压性。基岩裂隙水主要赋存于元古界板溪群 (Pt) 板岩裂隙中, 其赋存条件受基岩裂隙发育情况、裂隙连通情况等因素影响, 富水性和渗透性及涌水量变化较大, 很不均匀。

勘察期间, 场地大部分钻孔均遇见地下水。根据勘察资料, 历史最高水位为39.180m, 设计高抗浮水位为44.500m。

场地内地下水对混凝土结构具侵蚀性CO₂型弱腐蚀性;对混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。地铁设计使用年限较长, 因此, 在考虑腐蚀性水长期作用下混凝土性能衰减作用后, 建议加强车站范围内地下水的封堵。

车站主体采用明挖法施工, 基坑围护结构形式采用1 000mm钻孔灌注桩+3道内支撑 (第1道为混凝土支撑, 第2, 3道为钢支撑) 方案, 坑外钻孔桩间采用800mm高压旋喷桩 (三重管) 止水, 桩间距1 200mm, 与围护桩咬合200mm。围护结构嵌固深度为进入微风化岩层≥2m;进入中风化岩层≥3m;进入强风化岩层≥5m。基坑内壁桩间采用C20细石模筑混凝土。车站主体基坑第1道支撑采用混凝土支撑, 截面700mm×900mm, 第2~3道支撑 (端头井采用斜撑、标准段采用直撑) 采用600mm, t=16mm钢支撑, 转角处设置1 500mm×1 500mm钢板角撑。

车站主体基坑开挖前, 基坑开挖支护及旋喷桩施工方案均已报业主、监理审批, 且现场严格按照施工方案实施, 旋喷桩在粉细砂层止水效果明显。

2016年2月27日在车站主体基坑开挖至第3道钢支撑以上约1m位置时, 进入强风化板岩地层, 桩间岩土层中多处出现基岩裂隙水渗出, 基坑继续向下开挖至基底标高时, 桩间出现大面积渗漏水情况, 尤其在2016年3月12日北端头井模筑混凝土全部施工完成后模筑混凝土基面渗漏水情况尤为明显。针对这一情况, 项目部立即停止底板及侧墙防水层施工, 采取措施对模筑混凝土基面进行渗漏水处理。

由于基岩裂隙极发育且裂隙连通性较好, 导致地下水水量不稳定, 在有补给水的情况下, 裂隙水水量突增, 导致裂隙水向基坑中涌入。

结合本工程基坑开挖支护、防水层施工及车站主体结构施工需要, 本方案设计桩间基岩裂隙水处理的目的为: (1) 保证模筑混凝土有良好的工作面。通过水泥、水玻璃双液浆渗入基岩裂隙中填充密实, 以达到封堵桩外侧基岩裂隙流水通道向基坑内侧渗入, 保证模筑混凝土在无水环境下施工。 (2) 防止涌水可能造成的坍塌等工程危险。根据地质勘察报告, 场地内有基岩裂隙水时, 局部基岩裂隙极发育且裂隙连通性较好地段仍存在突涌的可能, 通过注浆可以防止局部地段施工中发生涌水、甚至造成局部坍塌等工程危害。 (3) 提高基底土体的强度, 减少坑 (孔) 底隆起和围护结构的变形量, 防止坑 (孔) 外地表过量固结沉降及降水对周边建 (构) 筑物的不利影响, 特别是对基坑两侧银杉路及基坑东侧银星小区的影响。 (4) 减少或防止运行期内基坑积水, 预防地下水对混凝土带来的腐蚀性破坏, 保证车站长久安全运行。

基坑开挖至第3道钢支撑中心上1m位置开始至基底, 每2根钻孔桩间打设1.5m深注浆孔, 埋设钢花管进行注浆处理。如图1所示。

根据地质勘察结果显示, 车站主体基底位于强风化板岩、中风化板岩中, 基岩裂隙水大, 因此在进行基坑开挖时, 为保证基底稳定和施工安全, 采取对车站基底地层进行加固注浆处理。

基底岩石软化后承载力将迅速降低, 因此当基坑开挖至基底以上1m位置时, 就开始由上往下打孔进行基底注浆。注浆完成后再开挖至基底进行封底施工。

基底及桩间均采用钢花管注水泥与水玻璃双液浆, 基底注浆先用地质钻机钻孔, 孔深应适当加深, 钻孔直径为50mm, 在整个基坑基底按横向、纵向为1.5m×1.5m梅花形布置布设孔位。

钻孔完成后, 采用的打孔钢花管, 管壁上每隔15cm梅花形布置直径为8mm的注浆孔, 注浆管长度有4m和2m 2种, 2种长度注浆管于横向每排交替布置。注浆浆液采用1∶0.8的双液浆。考虑防渗加固对象为板岩裂隙, 注浆压力初步选为0.5~0.8MPa, 并尽快升至设计压力, 设计压力下单位注浆量稳步降低且趋于稳定时, 屏浆≥10min后可结束注浆;单位注浆量较大或无降低趋势时, 亦可结束注浆, 但浆液初凝后在周边补孔灌注。注浆结束后, 将管口封堵, 以防浆液倒流管外。如图2所示。

1) 施工工艺流程 测放桩位→开孔→下管→制浆→注浆。

2) 施工方法 (1) 测放桩位按方案要求间距进行桩位施放, 桩间距误差±50mm; (2) 开孔基底成孔选用地质钻机、桩间采用水钻进行引孔, 钻孔偏斜尺寸不应大于总长度的1%; (3) 下管根据设计要求的钢花管进行安装, 安装方式为分段安装, 套丝连接, 然后把管下入孔中, 最后一段下完后, 预留10cm以备接注浆管; (4) 浆液制备注浆浆液为水泥、水玻璃双液浆, 水玻璃∶水泥浆混合浆液配合比为0.8∶1。浆液应搅拌均匀, 随拌随用, 需在浆液达到初凝前用完; (5) 注浆下管完毕, 开始进行注浆, 每段注浆达到注浆结束标准时再自下而上逐次提升芯管进行操作, 直至全孔灌注结束, 才开始转入下一个施工孔。

1) 钢花管采用无缝钢管。

2) 终孔直径≥50mm。

3) 坑底注浆管间距为1.5m×1.5m (纵×横) 梅花形布置;桩间注浆管竖向间距0.6m;注浆压力为0.5~0.8MPa;浆液扩散半径0.5m。

根据地质情况及堵水施工要求, 充分考虑各种注浆材料的技术指标和经济性, 为确保堵水效果;同时通过对第1段注浆技术的经验总结, 注浆材料选用水泥-水玻璃高性能双液浆。施工过程根据渗漏水情况及地层吸浆情况进行材料种类及配合比选择调整。水玻璃浓度34~40°Be', 模数2.4~2.8;所使用材料必须合格、保质、新鲜。

1) 基底 先注外围、后注中部, 以达到一序外围成墙、二序内部压密的目的, 从外围进行围、堵、截, 内部进行填、压, 同一排间隔施工。注浆形式采用后退式注浆, 外围适当提高注浆压力;桩间:从上往下注浆。

2) 注浆结束标准 注浆压力达到0.81MPa且注浆量达到要求后, 稳压3~5min。在注浆过程中, 应观察相邻注浆孔的返水、排水、冒浆情况, 若周围有浆液冒出, 说明注浆效果好。及时做好现场注浆记录, 包括注浆压力、注浆量、水泥和水玻璃用量等。

3) 在施工场地根据设计要求准确地进行注浆孔位置放样, 并保证钻孔深度达到设计要求。

4) 钻进过程中遇涌水或因岩层破碎造成卡钻时, 应停止钻进, 进行注浆扫孔后再行钻进。

5) 封孔 在压密注浆结束后, 割除露出基底部分钢花管将孔口用水泥砂浆抹平封口。

本工程透水层主要为板岩裂隙, 为了阻断渗流途径, 采用基坑竖墙桩间中心钻孔注浆、底板梅花形钻孔注浆防渗措施, 隔断地下水和基坑土体间的联系, 以达到防渗的目的。注浆效果控制标准初定为灌后地基渗透系数<0.01m/d, 或基坑总渗漏量<0.05m³/d。

在基坑内每隔20m打设1个直径为300mm的疏干井, 在基底四周埋设盲管将地下水引流至降水井集中抽排。

1) 已完模筑基坑竖墙混凝土基面 在钻孔桩间土中心打设150cm深、竖向间距60cm的水平孔。

2) 基坑底板 (1) 基底打设1.5m×1.5m梅花形孔, 长4m; (2) 钻孔完成后, 进行钢花管注浆处理, 通过浆液快速凝固的特性填充基岩裂隙, 截断渗入模筑混凝土基面的流水通道以达到止水效果; (3) 根据地质情况及堵水施工要求, 充分考虑各种注浆材料的技术指标和经济性, 为确保堵水效果, 以水泥水玻璃双液浆为主, 进行基坑第1、第2段基底和桩间试验段注浆, 另选一50m²桩间区域进行水泥单液浆注浆, 用于与双液浆注浆效果对比; (4) 注浆原材料:普通硅酸盐水泥P·O42.5;水玻璃:浓度34~40°Be', 模数2.4~2.8。浆液基本参数如表1, 2所示。

根据实验室提供的数据资料, 上述参数均符合现场施工的最优技术指标。

在模筑混凝土表面渗漏区域每隔10cm打设注浆孔, 孔位梅花形布置, 注双组分聚氨酯浆液。

注浆堵漏前及陆续开始注浆后, 对基坑4个渗漏点进行涌水量统计, 结果表明采取上述专项方案对围护结构和基底进行渗水治理, 效果显著, 成功地解决了围护结构桩间及基底渗水难题, 该方案可以推广使用。