巖溶強發育區上覆深厚砂層臨近建筑物基坑風險控制

鄧壹萍

北京城建設計發展集團股份有限公司 廣東 深圳 518000

隨著經濟的發展，在巖溶地區開挖的基坑工程越來越多，發生基坑涌水以及周邊建筑物變形問題也日益突出。近年來國內外學者針對巖溶區基坑涌水做了大量的研究。蒙彥、鄭小戰、雷明堂等[1]結合鉆探資料，系統地總結珠三角地區的巖溶發育規律；萬維燕[2]以廣州市某明挖基坑發生基底巖溶裂隙水突涌為例，分析基坑涌水治理技術；陳臣[3]根據某地鐵車站基坑涌水治理，研究分析基坑涌水水機理以及處理；潘野[4]研究車站采用巖溶處理措施。以上分析中，大部分從巖溶發育條件、機理以及施工過程提出措施，關于控制周邊建筑物變形的相關措施研究較少。因次，本文基于深圳地鐵16號線工程巖溶強發育區上覆深厚砂層臨近建筑物基坑提出針對性措施，研究成果對后續基坑設計有重要的指導意義。

1 工程概況

1.1 車站工程概況

龍平站為地下三層雙柱三跨島式站臺，車站長度184.18 m。基坑寬度約25.3～30.3 m，基坑深度約26.0m～26.5m，采用明挖法施工，圍護結構采用φ1200@900套管咬合樁的支護型式，設置1道混凝土支撐+3道鋼支撐。地層從上至下為：雜填土、粉細砂、中粗砂、粉質黏土、微風化灰巖、溶洞，基底位于微風化灰巖，地面以下8m揭露微風化灰巖，咬合樁的嵌固原則為完整灰巖嵌固深度不小于1.5m，溶蝕發育區嵌固深度不小于2.5m，溶洞位置嵌固深度不小于6.0m。南側建筑物（5～8層民房）距離基坑約15m，設計上考慮對該范圍民房采用跟蹤注漿措施，并要求基坑開挖前需進一步調查建構筑物結構及基礎形式，并打設袖閥管預注漿加固，袖閥管的長度應穿透砂層加固后形成止水帷幕，施工過程中注意控制注漿壓力。

本站鉆探見洞隙率53.13%，線巖溶率2.15～21.47%，總線巖溶率5.54%，巖溶發育等級為強發育。勘察鉆探揭露的溶洞充填情況無明顯規律，大部分無充填物（本次揭露無充填物的溶洞有120個，約占溶洞總數的90.2%），少部分有充填物，充填物主要為灰褐色、深灰色軟塑狀粉質黏土、砂、角礫和碎石。巖溶的發育形態主要為溶洞和溶槽，巖溶發育在垂向上主要發育在地表以下8.34m -37.39m（基巖面以下0.30m -22.60m）。第四系覆蓋層主要為砂層，砂層的厚度約8m，下部為可溶巖，此類地層組合在地下水控制時易造成流砂現象，從而導致地面塌陷、建構筑物沉降過大、附近管線因沉降過大而破裂等風險。

圖1 巖溶總平面圖

圖2 左線地質剖面圖

圖3 右線地質剖面圖

圖4 鉆探揭露溶孔照片

1.2 水文特征

主要賦存于石炭系石蹬子組的灰巖中，灰巖節理裂隙及溶蝕裂隙較發育，部分地段溶洞發育，滲透系數0.067～32.51m/d，單位涌水量0.005～0.999L/s·m，弱～強透水性。根據場地地形特征、地層巖性、地下水補排條件，并結合抽水試驗成果，判定灰巖為弱～中富水，場地范圍內巖溶的連通性較好。

1.3 周邊環境

車站站址現狀為建成區，周邊密集的居住用房。西南角4層民房距離基坑最近約15m，東南角的錦興苑（7層）距離主體基坑最近約32m，東北角6層民房距離主體基坑最近約44m。

圖5 龍平站周邊建筑物圖

2 工程風險

2.1 基坑施工情況

7-10軸范圍開挖距離基底僅有2m，基坑出現涌水，7～10軸右線范圍圍護側壁出現涌水現象，涌水為泥沙狀，周邊水土流失嚴重。現場僅架設2道支撐，支撐架設不及時，導致圍護變形過大，地表發生沉降，引起房屋沉降，基坑失穩風險極大。該范圍右線地質情況為：粉質黏土素填土、中粗砂、粉質黏土、微風化灰巖，巖面約地下11～24m，基坑開挖范圍以及基地揭露有溶洞，均考慮注漿充填處理。由于右線存在溶槽，為了截斷該范圍的基坑外水力聯系，加長該范圍的圍護樁嵌固深度，嵌固深度為6m。

基坑開挖至18軸（基坑開挖深度約為14m、距離南側圍護約2.5m）出現涌水點，日涌水量約為300m3/d，隨基坑開挖深度加大，日均涌水量達到800m3/d，峰值涌水量1200m3/d。采取坑內+坑外注漿方式進行封堵，涌水持續約40天。該范圍的右線地質情況為：雜填土、粉質黏土、粉細砂、微風化灰巖，巖面約地下11m，基底位于完整巖，嵌固深度為2.5m。

圖6 涌 水點及建筑物變形

圖7 基坑涌水

圖8 咬合樁間漏水

2.2 監測情況

涌水期間，坑外水位下降約21.23m，南側地表沉降最大約115.8m，東南側建筑物沉降96.9mm，西南側建筑物沉降最大約176.8mm。

圖9 建筑物變形情況

圖10 東南角房屋范圍取芯

2.3 處理措施

采用棉被對涌水空隙進行填塞，通過擠密棉被與空隙間的摩擦力，封閉涌水通道，達到減緩甚至阻斷涌水的目的。

基坑內注漿堵水措施:在涌水點周邊按2m*2m、稍遠處按5m*5m間距布孔，孔深至基底以下5m，進行注漿堵水。漿液為雙液漿，然后圍繞涌水點，自外圍向內進行注漿封堵,根據注漿孔及周邊孔的冒漿情況，及時調整深度及注漿量。

基坑外同步處理措施:在涌水點對應的基坑外位置鉆孔布置注漿管，孔深為基底下10m，按照2m*2m間距梅花形布置，通過注漿形成帷幕阻隔基坑內外水力聯系，減少涌水量。

對南側沉降較大房屋及路面進行注漿加固處理，對周邊預警的建筑物，于房屋基礎外1m位置設置注漿孔，其中注漿孔為斜孔，采用后退式注漿機注入水泥水玻璃雙液漿，進行房屋加固；道路加固范圍為基坑南側2車道范圍，鉆孔深度至巖面，注漿孔間距為2*2m，漿液采用水泥漿。期間采用地質雷達對車站周圍道路進行探測，發現異常及時處理。

2.4 原因分析

1）龍平站處于灰巖地區,存在巖溶和強發育的基巖裂隙以及溶溝溶槽，裂隙分布復雜無規律，地下水豐富，連通性強。

2）咬合樁施工質量較差，圍護樁出現劈叉、咬合量不符合設計要求等情況。

3）巖溶處理效果較差，基坑開挖前未做降水試驗，未查明基坑水力聯系。

4）基坑巖面較高，施工開挖過程中采用爆破施工，加劇裂隙開展。

5）上砂下巖地層，長時間涌水造成坑外水土流失，引起地面、建構筑物沉降。

6）基坑開挖過程未嚴格控制基坑開挖長度以及厚度。

3 總結

1）針對巖溶發育車站，基坑開挖過程前應進行降水試驗，作為巖溶處理的治理效果綜合評價。基坑開挖前進行基坑抽水，將坑內水位降至基底以下1m，維持降水水頭不少于一周，并對坑外水位及地下水流向進行監測。坑內降水不引起周邊地下水發生超水位控制值方可開挖。

2）根據水源方向，對基坑采取針對性的處理措施，如對基坑進行封底或封邊；根據巖心的完整性合理設計圍護結構的嵌固深度；開挖斷面深度范圍內存在砂層等透水層時，開挖前宜采用局部開槽方法先挖探槽，檢查滲漏水情況。

3）擴大基坑監測范圍。

4）咬合樁在超深基坑施工過程中施工質量不易保證，容易出現咬合樁劈叉，咬合量不滿足。