上履松軟地層的淺覆蓋石灰巖地區勘察設計應注意的若干問題

李鼎強

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州 510060)

上履松軟地層的淺覆蓋石灰巖地區勘察設計應注意的若干問題

李鼎強?

(廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東廣州 510060)

巖溶在我國南方地區分布較廣，作為一種特殊的不良地質作用，一直以來都是工程建設的棘手問題。隨著城市建設的發展，位于巖溶場地的工程建設項目越來越多，特別是淺覆蓋石灰巖地區，上履松軟土層時，勘察、設計、施工均是個難題，一旦處理不當，勢必影響工程的順序開展。本文通過某位于淺覆蓋型巖溶區的典型項目成功建設實例，提出了上履松軟地層的淺覆蓋石灰巖地區，合理的勘察設計順序及應注意的若干問題，為國內巖溶地區開發建設勘察設計工作提供經驗。

松軟土層；石灰巖；勘察設計

1 引 言

隨著城市建設的快速發展，位于巖溶場地的工程建設項目越來越多，巖溶作為一種特殊的不良地質作用，一直以來都是工程建設的棘手問題，尤其是上履有松軟土層時，勘察、設計、施工均是個難題，一旦處理不當，勢必影響工程的順利開展。本文所述新建辦公、商務中心工程位于廣州市大坦沙橋中中路，由A、B、C三個區組成，其中首期工程A區包括兩棟16層塔樓、5層裙樓，地下室2層，框架結構，裙樓單柱最大軸力標準值為 13 000 kN，塔樓單柱最大軸力標準值為15 000 kN，單柱下最大抗拔承載力標準值5 000 kN。根據區域地質資料，本工程場地下伏基巖為白堊系上大朗山組，巖層總體走向NE20°～30°，傾向NW，傾角10°～20°，屬荔灣單斜構造的組成部分；受沉積環境的影響，平面上砂巖與灰巖呈條帶狀相間分布。巖性復雜，巖溶發育，覆蓋層主要為松軟的淤泥、粉細砂層，受西邊地鐵施工影響，曾發生多起地面塌陷事故，因此，項目上馬之前業主和設計單位高度重視，嚴格按照要求，展開了周全的勘察設計工作。

2 勘察的布置

根據本工程的規模和特點以及其所處獨特的地質條件，勘察方案由設計人員和勘察人員共同制定，考慮到基礎施工時應采取樁基超前鉆探，詳勘鉆孔布置采用較密的規則方格網布置，以便對場地進行準確的工程地質分區，共布置鉆孔160個。裙樓、地下室部位鉆孔要求鉆入中等、微風化巖3 m～5 m，塔樓鉆孔鉆入微風化巖5 m，以便準確查明場地巖土層的結構分布及其物理力學性質、地下水的埋藏條件及其對建筑材料的腐蝕性；查清不良地質現象的發育分布狀況，從而對場地和地基的穩定性及地基巖土的承載力作出評價；提出基礎、基坑支護設計方案建議，指出施工注意事項，同時為基礎、基坑支護設計與施工提供可靠的巖土工程參數。

3 勘察成果資料的分析選用

根據勘察成果，場地揭露基巖巖性復雜，主要有泥巖、(泥質)粉砂巖、細砂巖、礫巖、泥灰巖及石灰巖，上覆厚度不等的第四系沖積淤泥、粉細砂、粗礫砂、粘土、粉質粘土等，場地內巖性的分布具有較明顯的條帶性，場地內存在大量的土、溶洞，主要分布在場地東西兩側。在進行常規的巖土工程勘察報告資料整理分析后，重點對場地進行工程地質分區，以便為建筑設計提供參考。根據鉆孔揭露溶洞發育狀況，將場地大致分為三大區，分別為:Ⅰ區——巖溶強烈發育區，Ⅱ區——巖溶中等發育區，Ⅲ區——溶洞弱發育區，如圖1所示。根據分區情況(見表1)，建議調整原建筑設計方案，將塔樓位置進行調整，放在場地中部，即巖溶弱發育區，以避開巖溶發育對基礎施工的影響及降低施工風險。

圖1 巖溶發育強度平面分區圖

場地工程地質分區情況表 表1

圖2 49號樁塌陷坑照片

圖3 中微風化巖巖面埋深三維效果圖

4 建筑物的布置

設計人員拿到勘察成果資料后，發現原先設計的塔樓主要集中在場地的東部，即巖溶強發育區，而塔樓單柱最大軸力標準值為15 000 kN，對樁基承載力要求更高。根據以往在巖溶區設計的經驗，巖溶區樁基施工，樁徑越大，所需要的樁底穩定完整持力層的厚度越厚，場地工程地質條件越難滿足設計要求，經多次討論，決定采納勘察報告的建議，將主樓位置進行微調，放在中部巖溶弱發育區，而位于巖溶強發育區的裙樓樁基，剛采用減小樁徑，加密樁數，以達到優化設計，降低施工風險。

5 基礎的選用及地基處理

5.1 基礎的選用

本工程主塔樓16層，裙樓5層，屬大跨度商業建筑，下設2層地下室，開挖深度約10 m?；字饕獮樯悦苤林忻艿纳巴粒植繆A軟土層，土質分布不均勻。因此，天然地基難以滿足上部結構對地基持力層的要求。根據場地巖土工程條件，結合建筑工程結構特征，設計采用沖(鉆)孔樁基礎，樁徑 1 200 mm～ 2 200 mm，選用連續厚度3倍樁徑(不少于5 m)中微風化巖作樁端主要持力層。同時，樁基施工前應進行詳細的樁基超前鉆探，根據詳細勘察成果資料，按地層分區界線，具體布孔原則如表2所示。

樁基超前鉆布孔原則 表2

根據樁基超前鉆探結果，部分樁位鉆孔在施工深度范圍內未發現厚度滿足“嵌巖深度＋3D”要求的穩定中微風化巖層，在軟弱下臥層強度及變形驗算許可前提下，充分利用上部較厚層的中等、微風化巖巖體作樁端主要持力層，盡可能減少樁長。但本場地大部分地段中等風化的泥質粉砂巖、粉砂巖等碎屑巖及泥灰巖天然單軸抗壓強度一般小于7 500 kPa，設計時根據每根樁的詳細巖土參數經詳細驗算，結合上部結構荷載情況適當調整樁徑，結合多樁承臺方式處理。

5.2 地基處理

因本工程砂層厚度大，地下水豐富，且與珠江水有緊密的水力聯系，水位可能隨珠江潮位變化而波動，在鉆(沖)灌注樁施工過程中遇溶洞，泥漿大量流失，水動力條件急劇變化，水力坡降迅速增大，加上巖溶真空或負壓吸蝕作用，地面塌陷可能隨之出現。溶洞對鉆(沖)灌注樁樁基礎施工的影響很大，灰巖區鉆(沖)灌注樁施工過程中可能會出現了斜孔、漏漿、孔壁坍塌、卡錘、埋錘和地面塌陷等問題。結合超前鉆探資料，對已發現溶洞的樁位預先進行溶洞注漿處理，以降低樁基施工風險。對不同高度的溶洞采用以下處理方法:

(1)溶洞高度h<1 m，采用拋填黃泥和片石，用樁錘輕打擠壓，堵塞溶洞，同時備足泥漿以便及時補漿。

(2)溶洞高度1 m

(3)溶洞高度h≥3 m，在鉆(沖)灌注樁之前采用超前靜壓注漿對樁周土層加固和溶洞進行充填處理，并使用全鋼護筒方案。

具體的注漿孔布置、注漿成孔要求、注漿工藝要求、注漿施工順序及質量檢測經專門巖溶處理設計和施工。在巖溶處理完成后，進行沖孔灌注樁施工，未發生在勘察階段已發生的地面塌陷等現象，證明溶洞注漿處理效果明顯，大大降低了原先預計的沖樁事故。

6 基坑支護方案的選用

6.1 基坑周邊環境

本工程下設2層地下室，開挖深度約10 m，基坑面積大。場地東邊為橋中中路，距離約30 m，其余周邊開闊，無大型建筑物。基坑開挖深度范圍內的土體包括填土層、淤泥、粉細砂以及中粗砂，基坑底部為中粗砂層。地下水豐富，不具備放坡開挖的條件。

6.2 原通過評審的基坑支護方案

根據場地巖土工程特征及水文地質特征，勘察報告建議采用地下連續墻＋錨索(或內支撐)相結合進行支護。后基坑支護設計單位考慮到巖溶區基坑支護，地下連續墻風險較排樁大，設計采用鉆(沖)孔樁＋樁后大直徑攪拌樁止水＋1道預應力錨索＋上部3 m放坡噴錨支護形式。但在基坑支護施工期間，此設計方案未考慮到地下水對攪拌樁施工質量的影響，因地下水太豐富，且存在不穩定的滲流場，導致樁后施工的大直徑攪拌樁無法成形，未能有效控制地下水。

6.3 最終實施的基坑支護方案

鑒于原方案施工受阻，經設計變更，基坑支護采用了勘察報告建議的基坑支護方案，即地下連續墻(局部為已完成施工的支護樁)＋1道錨索＋上部2 m放坡噴錨支護形式。具體設計墻厚800 mm，地下連續墻的嵌固深度要求進入全、強風化巖不少于1.0 m，或要求進入中風化巖不少于0.3 m。錨索設置于冠梁位置，為3 ×7φ5預應力支護錨索，錨索長度為24 m～37.5 m，其中自由段長度為 7.5 m～8.5 m，錨索設計拉力值為320 kN～410 kN。支護變更前已施工的支護樁樁徑為φ800，間距 900 mm。支護樁間設置雙管旋噴樁加強止水，地連墻與支護樁連接接頭位置增加2個雙管旋噴樁止水。

該基坑支護方案施工順利，已全部封底進行地下室施工，支護效果良好，達到了預期的效果。但在基坑開挖期間，通過地下水監測發現，支護變更前已施工的支護樁范圍墻體漏水嚴重，即使采用如前所述嚴密的止水措施，效果均較差，因此，巖溶區地下水豐富地段，基坑支護止水方案應謹慎選擇。

7 結 論

通過對本項目的勘察、地基基礎設計、地基處理設計、基坑支護設計過程的介紹，提醒我們在巖溶強發育區進行勘察設計，有如下幾個問題需引起重視:一是應高度重視，嚴格執行勘察程序，先進行初步勘察，后進行初步設計，再進行詳細勘察，然后根據勘察結果進行調整建筑布置，優化勘察設計方案，以達到充分利用有利因素，避開不利因素；二是基礎方案的選取應慎重，特別是在巖溶強發育區，樁基施工前應進行超前鉆探(一樁多孔)，充分查清巖溶發育情況，包括溶洞規模、充填物性質、充填情況和連通性等，并提前進行有效的巖溶注漿處理；三是基坑支護方案的選定要結合場地地下水的發育情況，合理選取有針對性的支護方案；四是應查清地下水的發育情況，并高度重視，分析其對地下室施工的影響，以免帶來不必要的麻煩和工期的拖延。

[1] 廣州市城市規劃勘測設計研究院.中華液晶城辦公樓及商務中心施工勘察報告[R].2010

[2] 廣州市城市規劃勘測設計研究院.中華液晶城(A區)巖土工程勘察報告[R].2009

[3] 廣州市城市規劃勘測設計研究院.中華液晶城辦公樓及商務中心巖溶處理設計[R].2010

[4] GB50021－2001(2009年版)巖土工程勘察規范[S].

[5] 羅坤，官善友，楊育文.隱伏巖溶場地建筑工程勘察實踐[J].城市勘測，2007(9):113～116

Some Problems in Survey and Design of Shallow Cover Limestone on the Volt Soft Strata

Li Dingqiang
(Guangzhou Urban Planning＆Design Survey Research Institute，Guangzhou 510060，China)

Wider distribution of karst in southern China，As a special kind of adverse geological，Sting has always been the engineering construction.With the development of urban construction，more and more construction projects at the site of the karst，In particular，shallow coverage of the limestone region，On V soft soil，survey，design，construction is difficult，if not handled properly，is bound to affect the order to carry out the project.Through a typical project successful construction of instances in the shallow cover karst area，the limestone areas of shallow cover on V soft strata，survey and design order and should be noted that a number of issues，development and construction survey and design work for the domestic karst areaexperiences.

soft strata；limestone；Survey and design

2012—02—03

李鼎強(1981—)，男，工程師，注冊土木工程(巖土)師，主要從事工程勘察、巖土工程設計及咨詢工作。

1672－8262(2012)02－160－04

TU475

B