巖溶地區基坑支護設計研究

張霖，曹聚鳳，葉安強，蔡輔洲

（貴州省地質礦產勘查開發局111 地質大隊（貴州地質工程勘察設計研究院有限公司），貴陽 550081）

1 引言

巖溶地區的地層特點是存在紅黏土、填土等特殊性土層，以及溶洞、溶溝、溶槽發育的巖溶層。 在進行巖溶地區基坑支護設計時，除了有常規的設計內容以外，還要有針對巖溶地區地層特點的設計內容。 一部分巖溶地區基坑失穩的原因就是沒有重視基坑側壁或坑底附近的土洞或巖溶層的處理。

2 巖溶地區基坑支護結構

2.1 放坡

當場地巖溶發育較弱，地下水位較深，基坑周邊開闊時，可采用放坡支護。

2.2 錨桿（索）

錨桿（索）的錨固段應避開溶（土）洞，無法避開時，應先對溶（土）洞進行充填，并增加錨固段的長度[1]。

2.3 支護樁

支護樁應盡量避開巖溶發育較大的區域，無法避開時，應盡量少擊穿溶（土）洞，必須擊穿時，應采取措施對溶（土）洞進行處理，支護樁的嵌固深度應滿足計算要求。

2.4 土釘墻或復合土釘墻

存在下列情況之一的巖溶強烈發育場地，應慎用土釘墻或復合土釘墻支護：（1） 巖溶水有承壓性或連通性；（2）溶（土）洞高度大于2 m；（3）開挖深度大于7 m 且周邊環境要求較高[2]。

2.5 地下連續墻

地下連續墻宜兼作地下室外墻，可用于巖溶強發育場地，開挖深度大、變形控制要求嚴格的基坑。

2.6 內支撐

內支撐可用于巖溶強發育場地，當基坑周邊有重要建（構）筑物、基坑外地下空間不允許被占用時，可采用內支撐支護。

3 巖溶地區基坑設計注意事項

3.1 土巖接觸帶

由于巖溶地區半土半巖的基坑較多，基巖面起伏較大，進行基坑支護設計時，要充分研究勘察報告，盡可能掌握地層變化及土巖接觸帶的位置，當基坑底位于土巖接觸帶時，要進行整體穩定性驗算。

3.2 特殊性土

當場地含有紅黏土、填土等特殊性土時，要根據其特點合理選擇物理力學指標。 紅黏土具有上硬下軟、 遇水軟化的特點，宜按含水率、液性指數和塑性指數分層計算土壓力；當填土為黏性土類時，宜按黏性土計算土壓力，當填土為非黏性土類時，宜按砂土類土計算土壓力。

3.3 地下水控制

由于巖溶的存在為地下水賦存和轉移提供了條件， 基坑的降排水可能對周邊環境產生影響，因此，應重視巖溶地區基坑的地下水控制，合理選擇截水、降水、排水措施，防止發生涌水、突泥、地面沉陷等事故。 在基坑開挖過程中，要詳細記錄坡體出水點的位置、水量和出水狀態，及時對地下水控制措施進行調整。

3.4 動態化設計

當施工過程中揭露的巖土層性狀或地下水情況與勘察報告不符或出現異常時，應動態調整基坑支護設計方案。 例如，根據已施工的錨桿（索）鉆孔判定溶（土）洞的位置和大小，通過調整錨桿（索）的角度和位置，使其錨固段盡量避開溶（土）洞，無法避開時，應采取有效措施解決溶（土）洞問題[3]。

3.5 基坑監測

除了常規的位移監測、基坑周邊建（構）筑物、地面沉降監測以外，尚應根據巖溶場地的工程地質和水文地質條件，有針對性地布置監測點，增加監測內容[4]。 將監測數據與預測值相比較，判斷前期的施工工藝和參數是否符合要求，進一步優化施工方案，做好信息化施工。

4 巖溶地區基坑設計實例

4.1 工程概況

該項目位于貴州省遵義市匯川區，擬建物為住宅樓，地上26 層，地下4 層，基坑開挖深度為11.6～17.9 m?；訓|西兩側有較大的放坡空間，南北兩側放坡空間較小，基坑東側坡頂有市政道路，南側坡頂有重要建筑物。 基坑周邊環境較復雜，破壞后果很嚴重，基坑安全等級為一級，采用臨時性支護，有效支護時間不超過兩年。

4.2 工程地質條件

場地巖土主要由填土、紅黏土和基巖構成：（1）填土（Q4ml）：褐黃色，由黏土夾塊石回填，結構松散，新近回填，力學強度低，厚度一般0.50～4.70 m；（2）紅黏土（Q4el＋dl）：褐黃色，可塑，場地大部分地段均有分布，厚度一般1.80～6.00 m；（3）基巖（O2b）：場地基巖為奧陶系中統寶塔組薄至厚層石灰巖， 基巖面起伏較大，大部分地段出露地表，隱晶結構，巖體較完整，巖質較硬，以中風化為主， 局部孔位見強風化層， 強風化巖層厚度一般0.50～8.80 m，中風化巖層厚度一般0.80～12.4 m，鉆探未揭穿。

巖層單向傾斜，產狀為143°∠17°，巖層層面平直光滑，巖屑充填，張開度＜3.0 mm，結合差，屬于硬性結構面；場地基巖節理裂隙較發育，主要有兩組：（1）產狀330°∠75°，節理裂隙面平直光滑，發育間距0.5～1.8 m，延伸長度0.1～0.6 m，張開度＜3 mm，巖屑夾泥充填，結合差，屬于硬性結構面；（2）產狀245°∠90°，節理裂隙面平直光滑，發育間距0.2～1.0 m，延伸長度0.2～1.0 m，張開度＜3 mm，巖屑夾泥充填，結合差，屬于硬性結構面。

4.3 水文地質條件

場地地下水類型主要為第四系松散土層孔隙水和碳酸鹽巖巖溶裂隙水。場地內地下水以大氣降水為主要補給源。降水通過巖溶裂隙、溶孔、溶洞等滲入地下形成徑流，受地形地貌、巖層產狀及構造等因素影響， 場地內地下水總體由北東向南西徑流。 水位的變化除了受季節控制外，不同地貌部位水位升降幅度有明顯差異，場地位于地下水徑流地帶，地下水位變化幅度一般為3.00～5.00 m。

4.4 不良地質現象

根據區域地質資料及現場地質調查， 本場地及周邊地段無滑坡、崩塌、地面塌陷及泥石流等地質災害存在。 場地下伏基巖屬可溶性碳酸鹽類巖石，基巖面起伏較大，溶洞、溶溝、溶槽發育，不良地質現象主要表現為巖溶強發育。

4.5 設計參數

巖土體物理力學參數依據地勘報告、區域工程經驗、實際踏勘情況，結合相關規范確定，取值如下：

1）素填土：重度為17.0 kN/m3，黏聚力為15 kPa，內摩擦角為5°，土體與水泥漿黏結強度標準值為15 kPa；

2）可塑紅黏土：重度為17.2 kN/m3，黏聚力為27.5 kPa，內摩擦角為6.5°，土體與水泥漿黏結強度標準值為40.0 kPa；

3）中風化灰巖：重度為27.1 kN/m3，黏聚力為300.0 kPa，內摩擦角為34.2°，承載力特征值為4 500 kPa，巖體與水泥漿黏結強度標準值為1 200.0 kPa；

4）巖體層面：黏聚力為50 kPa，內摩擦角為18°；

5）節理裂隙面：黏聚力為50 kPa，內摩擦角為18°。

4.6 支護結構

綜合考慮建筑周邊場地特征、 用地范圍及基坑邊坡巖土特征，選用以下支護結構。

1）放坡：二級放坡，第一級高9.5～10.9 m，坡率1∶0.2～1∶0.5；第二級高0～8.15 m，坡率1∶0.5～1∶1.5。

2）錨噴支護：錨桿長6.0～9.0 m，矩形布置，間距1.5～2.0 m；坡面掛網φ6.5 mm@200 mm 單層雙向，噴射C20 細石混凝土厚80 mm。

3）排樁+預應力錨索+擋土板：樁φ1 200 mm@4.0 m，樁頂設置冠梁@1 200 mm×800 mm，錨索間距3.5～4.0 m，樁間擋土板厚300 mm。

4）雙排樁+ 擋土板：前排樁φ1 200 mm@1.6 m，后排樁φ1 200 mm@3.2 m，樁頂設置冠梁@1200 mm×800 mm，樁間擋土板厚300 mm。

基坑支護后的現場圖片如圖1～圖3 所示。

圖1 基坑支護后的現場圖片（東側）

圖2 基坑支護后的現場圖片（西側）

圖3 基坑支護后的現場圖片（南側）

4.7 地下水控制

1）坡面設泄水孔，為φ100 mmPVC 塑料管，矩形布置，間距2～3 m，泄水孔向外傾斜5%的坡度。

2）基坑四周地表設截水溝，基坑內設排水溝和集水井，集水井沿基坑底邊角設置，間距20～40 m。

4.8 基坑支護特殊情況處理

由于本場地位于巖溶強發育地段， 尤其要注意施工中揭露的巖土性狀與勘察報告是否相符， 做好動態化設計和信息化施工。 首先，根據已施工的支護樁揭露的地質情況，修正地質剖面中土巖接觸帶的位置和溶洞的分布狀況， 對支護樁的嵌固深度進行動態設計；其次根據已施工的錨桿（索）鉆孔及注漿情況判斷巖面及溶洞的位置和大小，通過調整錨桿（索）的角度和位置，使其錨固段盡量避開溶洞，當溶洞較大無法避開時，用素混凝土充填后再施工錨桿（索）。

5 結論

1）在進行巖溶地區基坑支護設計時，要結合巖溶發育程度、規模、大小等選擇合適的支護結構。

2）除了選擇合適的基坑支護結構以外，還有一些問題需要特別注意，如土巖接觸帶、特殊性土、地下水控制、動態化設計、基坑監測等。

3）除了有常規的設計內容以外，還要有針對巖溶地區地層特點的設計內容。 要綜合考慮工程地質條件、水文地質條件以及巖溶等不良地質現象的影響， 選擇合理的基坑支護結構和地下水控制措施， 并根據施工揭露的地層信息動態化調整基坑支護設計方案。