深厚砂層巖溶地區超長基坑支護設計探討

鐘永國

（廣州市建筑科學研究院新技術開發中心有限公司 廣州 510440）

1 引言

隨著社會經濟發展的深入，越來越多的建筑物需要建造地下室，地下室的規模以及層數逐漸增加。開挖建造地下室的同時需要進行基坑支護?；釉O計的難度隨地質條件、開挖深度、規模、周邊環境等條件而變化，基坑工程是一項歷久彌新的巖土工程課題。近年來，我國的基坑工程雖取得傲人的成績，但也出現了不少嚴重的事故。基坑支護設計必須充分了解地質條件、精心計算，設計出安全經濟的支護方案。本文針對深厚砂層、巖溶地區的某大型地下室基坑進行剖析。為類似工程的設計提供參考。

2 工程實例及方案設計

2.1 工程概況

本項目位于廣州市花都區，抗震設防烈度為七度，擬建7棟高層商務樓，地下2層：地上總建筑面積24萬m2，用地面積5.8萬m2。場地尺寸約為640m×90m，基坑總面積約56381m2，支護總周長約1455m，開挖深度8.7～9.0m，坑中坑深度2.0m以內。該基坑場地砂層分布廣泛且局部砂層深厚、地下溶土洞發育，巖面起伏?；娱L邊達640m（如圖1），可能存在明顯的空間效應[1]。

2.2 地質條件

場地位于廣花盆地北部的邊緣，屬珠江三角洲北部邊緣的丘陵前緣沖積平原區，原為果林，菜地，少量為居民樓，地面整體較平坦，局部位于拆遷而留下的建筑垃圾上，鉆孔地面標高16.30～20.02m，高差為3.72m。勘察期間測得地下水位普遍較高，埋深0.00～1.35m，水位標高在16.00～19.72m之間。本場地沖積砂層揭露有細砂、粗礫砂砂層。細砂層零星分布，粗礫砂廣泛分布，局部含少量粘粒。

場地巖土層有第四系人工填土、耕植土、沖洪積層粉質粘土、細砂、中砂、粗砂等，殘積層粉質粘土，下伏基巖為石炭系灰巖、炭質灰巖、炭質泥巖等。其中上覆人工填土及耕植土平均層厚約2.6m，然后為沖洪積中粗砂層或粉質粘土層，往下為殘積層粘土，可塑～硬塑，下覆風化灰巖，層頂深度4.00～15.30m，平均9.00m。典型地質剖面如圖2所示。其中JK41顯示砂層厚度超過10m，貫穿基坑深度范圍。溶洞見洞率約13.07%，以單層溶洞為主，局部為多層溶洞，溶洞多全充填，充填物流-軟塑粘土，局部無充填，洞高最大為 5.8m（ZK110），最小為 0.20m（ZK132）；土洞見洞率1.5%。

圖1 基坑平面布置圖（全局示意圖）

2.3 設計方案

圖2 西側地質剖面圖

圖3 典型設計剖面圖

本工程基坑呈細長型，長寬比約7.1，可能存在明顯的空間效應。場地四周為農田或果林，有一條小河自西南往東北向橫穿場地，基坑施工前需進行河道改道。場地條件相對簡單，基坑安全等級定義為二級。場地存在溶土洞，溶洞見洞率超過10%，大范圍分布有中粗砂層，且局部砂層深厚，止水要求嚴格?；哟蟛糠钟袟l件自然放坡，但西側需做施工道路，放坡的空間有限，且放坡的土方開挖量與回填量大，回填壓實的難度大，填土的沉降容易導致管線產生較大變形。東側根據土層情況選用不同的放坡坡率，從而導致坡面空間變化較大，施工不便。由于工期要求緊張以及管線沉降、施工麻煩、河道位置不適宜放坡等原因排除了放坡的方案。樁錨對地層的適應性強，且垂直開挖，占用空間小，經甲方同意，采用樁錨方案，典型設計剖面如圖3所示。

3 設計要點分析

場地地質條件復雜時，應綜合考慮各種不利因素，采取相應的處理方法。

3.1 超長基坑設計思路

由于場地巖層起伏，支護樁嵌固端底部可能處于黏土層也可能處于風化巖層，不同土層的嵌固能力不同，故在加強長邊中部的支護設計的同時，關注計算位移量的大小。以計算位移量作為中部加強強弱度的衡量標準之一。例如，長邊兩側的計算位移量如果是45mm，而中部計算位移為30mm，可以認為中部的支護具有加強作用。必須指出的是，巖面起伏，嵌固土層沿基坑周邊并非完全一致，故單元計算時不一定會符合中部位移小、兩側位移大的情況。即便如此，中部的計算位移盡量不要太貼近規范限值，否則由于空間效應，長邊中部位移很容易超過報警值。本項目設計時中部約85m范圍采用φ1000@1200灌注樁，兩側采用φ800@1000灌注樁。結果表明設計方案取得滿意的成效，位移最大值接近50mm，但仍在規范允許范圍內。

3.2 深厚砂層的止水設計

深厚砂層地區需要加強止水帷幕設計，本工程采用大直徑三軸攪拌樁作為止水帷幕。礫砂層如采用普通大直徑攪拌樁，機械的貫穿能力可能會有一定削弱。三軸攪拌樁的土層貫穿能力稍強，而且成樁質量較好。施工結果表明，三軸攪拌樁止水帷幕的效果達到預期。

另一方面，本工程存在砂層與巖層直接接觸的情況，設計中要求攪拌樁在砂巖結合面采用座漿的方法，也就是要求攪拌樁在結合面處攪拌噴漿需達到一定的時間，以此提高交界面的密封性。

3.3 溶土洞的處理

應查明支護區域的溶土洞分布情況。本基坑要求進行超前鉆。鉆孔距離為5m，當超前鉆遇到溶土洞時需加密鉆孔，探明其規模。對鉆孔揭露有溶土洞的情況，如果屬于淺層溶土洞，采用壓力注漿方式預先對發現的溶土洞進行填充處理[2]。支護樁施工時如溶土洞較小，宜填充后令支護樁穿過溶土洞。如溶土洞范圍較大，應根據其內容物評估地層的穩定性，尤其關注支護樁底與溶土洞頂板的距離及頂板的穩定性，然后再確定是否需要填充處理并確定支護樁是否需要穿越溶土洞；錨索施工時可能遇到溶土洞，首先可調整角度避開溶土洞，其次如果溶土洞范圍小，可直接穿過溶土洞進入巖層。

4 結論

（1）對于超長基坑，宜考慮對長邊中部適當加強，可有效地控制基坑空間效應造成的位移超限的情況。

（2）深厚砂層地區采用三軸攪拌樁止水帷幕可取得較好的效果。

（3）巖溶發育地區當溶土洞位置較淺，不能保證支護樁樁底的巖土層穩定時，宜設計超前鉆探明溶土洞位置及范圍，進而有針對性地對溶土洞進行填充，可避免開挖后基坑底坍塌或者支護失效等嚴重后果。

[1]楊麗春，龐宇斌，李慎剛.超長基坑開挖的空間效應[J].吉林大學學報（地球科學版），201545（2）：541～545.

[2]黃輝.廣州地鐵9號線深基坑工程巖溶地質風險控制研究[J].施工技術，201645（13）：88～92.