浅谈深基坑止水帷幕

浅谈深基坑止水帷幕
摘要：随着深基坑工程日益增多，地下水的控制成为工程中重中之重，正确认识各种土体的渗透规律，恰当选择合理的处理方法，科学设计止水结构是深基坑地下水处理的关键环节。

文章从止水帷幕的作用、使用条件、形成方法、桩体参数及施工要求做了简单介绍。

关键词：深基坑；地下水；止水帷幕
在深基坑工程中，地下水的处理是一个十分重要的问题。

通过现有的工程事故调查发现，大多数工程事故是由于地下水或降雨造成的。

在高层建筑大规模发展和地下空间开发利用的同时，深基坑工程日益增多，而且正朝着“超大、超深、超复杂”的方向发展。

在地下水位较高的地区开挖深基坑时，由于水头差的存在，容易造成流砂、管涌、基底隆起、支护结构失稳等事故。

因此，正确认识各种土体的渗透规律，恰当选择合理的处理方法，科学设计止水结构是深基坑地下水处理的关键环节。

下面对自己所认识的止水结构止水帷幕进行简介。

一、止水帷幕的作用
1. 在深基坑中，止水帷幕分为水平止水帷幕和竖向帷幕。

竖向止水帷幕设置在坑外缘，用以阻止坑外透水层在坑内外水位差的作用下向坑内的渗流，并防止由此产生流砂等的渗流破坏；水平止水帷幕设置在基坑地面以下，其作用有两种，一种是因基坑以下有深厚的透水层，水平止水帷幕是为了阻止坑外地下水绕过墙肢向坑内渗流，另一种是因承压水层的存在，防止承压水层的顶托力使基坑地面以下的土层被冲溃而发生突涌破坏。

2. 在透水层中设置止水帷幕之后，一方面使坑内地下水便于疏干，而且在疏干坑内地下水位时，由于止水帷幕的阻隔，使基坑外围的地下水位不受影响，从而减少因地下水位的降低而引起周围的地面沉降。

二、止水帷幕的适用条件
1. 在地下水位较高，透水性较大的土层中开挖基坑，除了采用围护结构裆土之外，尚需配合设置竖向止水帷幕。

砂层、卵砾石层、粉土层及杂填土层均为透水层。

透水性很低的粘性土层自身即为隔水层，一般无需设置竖向止水帷幕。

2. 竖向止水帷幕一般应穿过透水层进入粘性土层，如果透水层厚度不大，则设置止水帷幕比较简单，造价也不高，比较容易处理。

3. 当基坑位于深厚透水层中，地下水又比较丰富，而周围环境又有高层建筑及重要市政设施，或临近建筑物为浅埋基础，对地面沉降需严格控制者，当采用降低水位的方案时，不允许大范围大量抽水，往往需要封闭式的止水帷幕。

这种封闭式的止水帷幕做法有两种：一种是将竖向止水帷幕下至不透水层；另一种在坑底处设置水平止水帷幕，与坑外的止水帷幕形成一个立体隔水帷幕。

这两种
做法工程量都很大，工期也较长。

4. 当基坑底面以下埋藏有水头较高的承压水层，有可能冲溃坑底土层而发生突涌破坏时，也需要设置水平止水帷幕。

但一般可以设置减压井以降低承压水头，比较经济。

有时也有设置水平止水帷幕的同时，配合设置少量的减压井。

三、帷幕体的形成方法
1. 高压喷射注浆法
1) 适用于砂类土、粉土、黄土及粘土等土层；对于含有较多的大粒径块石的卵砾石层以及含有大量有机质的腐植土，效果较差。

对碎石土、杂填土、泥炭质土或地下水流速较大时，宜通过试验确定高压喷射注浆帷幕的适用性。

2) 高压喷射注浆法的水泥浆液在10～20MPa甚至更大的压力下，不仅能切割破碎并楔入土层，而且对于混凝土维护桩，也能将其表面的混凝土冲刷剥离洁净，使水泥浆与桩紧密粘结，因此用之填补维护桩之间的间隙，止水效果良好。

此法按喷管结构有单管喷射水泥浆，二重管喷射浆液与空气，三重管喷射水、空气与浆液之分。

此外按钻杆运动方式此法又有旋喷、定喷与摆喷之分。

2. 深层搅拌法
1) 此法包括喷浆和喷粉两种。

主要适用于软粘土和粉质粘土，对含有高岭石、蒙脱石等粘土矿物的土层，加固效果较好。

目前也较多用于砂土和粉土。

对于含有较多的大粒径块石的卵砾石类土一般不适用。

2) 此法不能与刚性桩密贴，所以不适用于坑底水平止水帷幕；当用于竖向止水帷幕时，一般均在靠近桩排后侧自成体系形成连续的止水帷幕体，也可以做成重力式维护墙形成钢筋混凝土桩排，既可裆土又可堵水，因此比较经济。

3) 为了提高止水效果，当在维护桩后侧形成连续的止水帷幕时，也有用压力灌浆法以填补围护桩的桩间间隙。

3. 压力灌浆法
适用于透水性良好的砂层及卵砾石层，有时也用于大孔隙比的软土和湿陷性黄土。

但在深基坑中应用时，由于浆液灌入土体难以均匀，故止水效果较差，常与以上两种方法配合使用。

4. 射水成墙法
此法有两种，一种是射水成槽后，下钢筋笼灌混凝土，墙厚250～350mm，是一种简易的地下连续墙。

适用于开挖深度10m以内的基坑工程，同时具有挡土与堵水的功能，比较经济。

另一种是200～300mm厚的素混凝土墙，只用做止
水帷幕。

由于对基坑变形适应性差，易产生裂缝漏水，工程应用较少。

5. 小径钻孔灌注桩
用于填充围护桩桩间间隙仅0.2～0.3m，基坑深度小于6m，且场地狭窄，当围护桩间距较大时则不适用。

四、帷幕桩体参数及施工要求
截水帷幕宜采用沿基坑周边闭合的平面布置形式。

当采用沿基坑周边非闭合的平面布置形式时，应对地下水沿帷幕两端绕流引起的基坑周边建筑物、地下管线、地下构筑物的沉降进行分析。

1. 水泥土搅拌桩帷幕
1) 搅拌桩桩径宜取450mm～800mm，搅拌桩的搭接宽度应符合下列规定：单排搅拌桩帷幕的搭接宽度，当搅拌深度不大于10m 时，不应小于150mm；当搅拌深度为10m～15m时，不应小于200mm；当搅拌深度大于15m时，不应小于250mm；对地下水位较高、渗透性较强的地层，宜采用双排搅拌桩截水帷幕；搅拌桩的搭接宽度，当搅拌深度不大于10m 时，不应小于100mm；当搅拌深度为10m～15m 时，不应小于150mm；当搅拌深度大于15m时，不应小于200mm。

2) 搅拌桩水泥浆液的水灰比宜取0.6～0.8。

搅拌桩的水泥掺量宜取土的天然重度的15%～20%。

3) 搅拌桩的施工偏差应符合下列要求：
桩位的允许偏差应为50mm；
垂直度的允许偏差应为1.0%。

2. 高压旋喷、摆喷注浆帷幕
1) 旋喷注浆固结体的有效直径、摆喷注浆固结体的有效半径宜通过试验确定；缺少试验时，可根据土的类别及其密实程度高压喷射注浆工艺，按工程经验采用。

摆喷帷幕的喷射方向与摆喷点连线的夹角宜取10 o～25o，摆动角度宜取20 o～30o。

2) 帷幕的水泥土固结体搭接宽度，当注浆孔深度不大于10m时，不应小于150mm；当注浆孔深度为10m～20m时，不应小于250mm；当注浆孔深度为20m～30m时，不应小于350mm。

对地下水位较高、渗透性较强的地层，可采用双排高压喷射注浆帷幕。

3) 高压喷射注浆水泥浆液的水灰比宜取0.9～1.1，水泥掺量宜取土的天然重度的25%～40%。

当土层中地下水流速高时，宜掺入外加剂改善水泥浆液的稳定性与固结性。

4) 高压喷射注浆应按水泥土固结体的设计有效半径与土的性状选择喷射压力、注浆流量、提升速度、旋转速度等工艺参数，对较硬的粘性土、密实的砂土和碎石土宜取较小提升速度、较大喷射压力。

当缺少类似土层条件下的施工经验时，应通过现场工艺试验确定施工工艺参数。

5) 高压喷射注浆截水帷幕施工时应符合下列规定：
A. 采用与排桩咬合的高压喷射注浆截水帷幕时，应先进行排桩施工，后进行高压喷射注浆施工；
B. 高压喷射注浆的施工作业顺序应采用隔孔分序方式，相邻孔喷射注浆的间隔时间不宜小于24h；
C. 喷射注浆时，应由下而上均匀喷射，停止喷射的位置宜高于帷幕设计顶面标高1m；
D. 可采用复喷工艺增大固结体半径、提高固结体强度；
E. 喷射注浆时，当孔口的返浆量大于注浆量的20％时，可采用提高喷射压力、增加提升速度等措施；
F. 当因喷射注浆的浆液渗漏而出现孔口不返浆的情况时，应在漏浆部位停止提升注浆管进行喷射注浆，并宜同时采用从孔口填入中粗砂、注浆液掺入速凝剂等措施，直至出现孔口返浆；
G. 喷射注浆后，当浆液析水、液面下降时，应进行补浆；
H. 当喷射注浆因故中途停喷后，继续注浆时应与停喷前的注浆体搭接，其搭接宽度不应小于500mm；
I. 当注浆孔邻近既有建筑物时，宜采用速凝浆液进行喷射注浆；
6) 高压喷射注浆的施工偏差应符合下列要求：
孔位偏差应为50mm；
注浆孔垂直度偏差应为1.0%。

参考文献：
龚晓楠、高有潮. 深基坑工程设计施工手册. 中国建筑工业出版社.1998年夏明耀、曾进论主编地下工程设计施工手册中国建筑工业出版社.1998年建筑基坑支护技术规程JGJ120-2012北京中国建筑工业出版社.2012年。