巖溶條件下地鐵車站的基底處理措施及設(shè)計(jì)優(yōu)化

蔡 恒

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司城市軌道交通設(shè)計(jì)研究院，北京 100055)

1 工程概況

楞塘村站為地下兩層島式車站。車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度約為17.13 m，覆土厚約3 m。地下水位穩(wěn)定水位埋深5.9 m～19.4 m，水位埋深標(biāo)高為67.8 m～77.25 m，承壓水頭高度約5.9 m～15.4 m。本站基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用放坡開挖+鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐的支護(hù)體系。內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用島式站臺(tái)形式，主體結(jié)構(gòu)采用單柱兩跨形式(局部為雙柱三跨)，箱型框架結(jié)構(gòu)。

2 地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)概況

本站主體基坑所處地層從上至下依次為①1素填土、①2雜填土、⑥1-1/1-2黏土、粉質(zhì)黏土、灰?guī)r，主體底板主要位于粉質(zhì)黏土層、灰?guī)r層，附屬底板主要位于⑥1-1/1-2黏土層、粉質(zhì)黏土層。根據(jù)地下水賦存條件、含水介質(zhì)及水力特性分析，地下水類型主要為上層滯水、裂隙巖溶水。灰?guī)r層以上的水位具有承壓性。

2.2 巖溶地質(zhì)條件及溶槽發(fā)育特點(diǎn)

可溶巖洞頂標(biāo)高48.11 m～69.12 m，一般標(biāo)高為54 m～65 m，車站主體結(jié)構(gòu)底板高程為62.06 m，小里程端為60.27 m，大里程端為60.99 m，車站基底持力層主要位于灰?guī)r層中。車站范圍內(nèi)主體結(jié)構(gòu)底板以下15 m內(nèi)均存在可溶巖。

1)灰?guī)r中的溶洞有無(wú)充填、充填、半充填三種，大部分有充填物。充填物為上部溶腔脫落堆積的灰?guī)r碎塊或軟塑狀黏土、粉質(zhì)黏土，根據(jù)地質(zhì)成因少量夾雜礫石、卵石等。溶洞在鉆探或者外力作用下自穩(wěn)能力較差，掉鉆明顯，易發(fā)生塌落，承載力較低。2)受次生斷裂的影響，部分溶洞呈現(xiàn)出串珠狀特征。3)土洞多為全充填軟土，位于粉質(zhì)黏土層與灰?guī)r分界面處，地下水位頻繁升降于巖土交界面附近。4)在不同巖性交界面處,經(jīng)地下水溶蝕會(huì)形成不同程度、不同特性的溶蝕槽,寬度一般為1 cm～100 cm，平面延續(xù)性好。溶蝕槽有的以充填黏土為主，有的無(wú)充填；有的則以充水為主。

2.3 物探分析

1)從現(xiàn)場(chǎng)勘察鉆探情況顯示，有26個(gè)鉆孔揭露30個(gè)溶洞(含初勘鉆孔)，洞徑0.4 m～18.0 m，遇洞率為28.3%。依據(jù)《廣西壯族自治區(qū)巖土工程勘察規(guī)范》表11.1.3[2]判別為巖溶中等發(fā)育。其中無(wú)充填型溶洞15個(gè)，占50.0%；半充填型溶洞12個(gè)，占40.0%；全充填型溶洞3個(gè)，占10.0%。其中ZR19,ZR21,ZR22為大溶洞，平面投影面積約占755 m2，ZR4為較大溶洞，平面投影面積約占340 m2。2)跨孔電磁波CT共施作29組，均根據(jù)電磁波吸收系數(shù)等值線分布情況，結(jié)合鉆探成果綜合推斷巖溶發(fā)育情況，共推斷5處巖溶異常區(qū)。溶腔高度6 m～18 m。根據(jù)勘察資料，車站范圍內(nèi)主要的巖溶形態(tài)為溶洞。

3 溶(土)洞的處理思路及處理方案

3.1 基本處理思路

溶(土)洞處理需要結(jié)合巖溶發(fā)育特點(diǎn)和圍護(hù)及主體結(jié)構(gòu)施工期產(chǎn)生的變形、抗浮、施工期涌水風(fēng)險(xiǎn)及運(yùn)營(yíng)期間的風(fēng)險(xiǎn)防治等制定處理方案。對(duì)溶(土)洞的處理思路為：影響圍護(hù)及主體結(jié)構(gòu)安全的溶(土)洞均應(yīng)處理；圍護(hù)結(jié)構(gòu)周邊影響范圍內(nèi)的非全填充溶(土)洞均應(yīng)處理。

3.2 界定溶(土)洞處理范圍

地鐵結(jié)構(gòu)水平輪廓線外3 m(約0.5倍隧道洞徑)且基底以下5 m范圍(約1倍隧道洞徑)；底板以下5 m～10 m范圍內(nèi)的溶洞，覆跨比小于1，且溶洞穩(wěn)定巖面頂板高度小于2 m；基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)輪廓線內(nèi)側(cè)且基底以上空洞；處理范圍內(nèi)的無(wú)填充、半填充(填充物為流塑～軟塑狀，N<10擊)溶洞采用預(yù)注漿加固；開放式溶溝、溶槽(填充物為流塑～軟塑狀，N<10擊)且存在于基坑底面線附近采用預(yù)注漿加固。

3.3 提出溶(土)洞處理措施

根據(jù)勘察報(bào)告，溶洞均采用坑底鉆孔充填注漿的方法。

1)結(jié)合溶(土)洞的充填情況調(diào)整充填材料。半填充、無(wú)填充溶(土)洞應(yīng)進(jìn)行水泥漿壓力注漿填充；全填充溶(土)洞應(yīng)先判定填充物的性質(zhì)：填充物若為流塑、軟塑狀黏性土，采用注漿充填處理；若為可塑、硬塑黏土，原則上不作處理。開放式的溶洞不作處理。2)充填注漿需邊注漿邊探測(cè)溶(土)洞的規(guī)模。探測(cè)方法：先采用地質(zhì)雷達(dá)在平面范圍內(nèi)對(duì)溶(土)洞進(jìn)行試探測(cè)，根據(jù)溶(土)洞的輪廓范圍向洞周鉆檢查孔，檢查孔采用梅花形布置，間距2 m×2 m。3)較大規(guī)模的溶(土)洞。應(yīng)加密鉆探進(jìn)一步探明巖溶的輪廓范圍。若鉆孔揭示出巖溶存在，則沿溶(土)洞平面范圍外放再打一排注漿鉆孔，間隔2 m，直至找到洞體邊界；或以結(jié)構(gòu)外放3 m進(jìn)行探測(cè)；若洞體為有限邊界，最外排孔若揭示出巖體為密實(shí)，應(yīng)向內(nèi)收縮一孔為邊孔注水泥漿；若巖溶腔體較大，先將最外排漿孔注水泥—水玻璃雙液漿封閉成環(huán)，其余內(nèi)排孔注水泥漿單液漿；若未找到洞體邊界，在距結(jié)構(gòu)外3 m處施工一排注漿孔，注水泥水玻璃雙液漿為止?jié){墻，鎖定注漿范圍、減少注漿量。如為未填充溶洞，可先注入水泥砂漿后再注水泥水玻璃雙液漿做止?jié){墻。加密鉆孔布置詳見圖1，圖2。4)埋深較淺、發(fā)育土層為砂土層的土洞可采用振動(dòng)沉管方式進(jìn)行充填注漿：需先在溶洞上方鉆孔，埋設(shè)注漿管，封閉溶洞頂板、注漿管與孔壁間的間隙后才能注漿；較大的無(wú)填充、半填充溶(土)洞(含特大溶洞)，最外圈注漿孔注水泥水玻璃雙液漿，其余內(nèi)圈孔注水泥漿單液漿。

4 溶(土)洞處理施工工藝

4.1 注漿填充施工工序

1)施工時(shí)應(yīng)先從外排注漿孔開始注漿，形成隔離層，將處理范圍內(nèi)溶(土)洞與外界洞體隔離，再逐孔處理中間區(qū)域。若在外排孔注第一次漿時(shí)，注漿量已較多，壓力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，外排孔與中間孔可交替注漿；中間區(qū)域注漿孔應(yīng)跳躍施工，以防止跑漿，竄漿現(xiàn)象；2)若發(fā)現(xiàn)漿液流失嚴(yán)重時(shí)應(yīng)先在外排注漿孔注水泥—水玻璃雙液漿，形成止水、止?jié){帷幕，以確保注漿效果；3)需處理的溶(土)洞若存在縱向多層分布，由深至淺依次充填處理。

4.2 充填砂礫、碎石施工工序

場(chǎng)地內(nèi)主要分布兩種類型溶(土)洞：?jiǎn)螌尤?土)洞和多層串珠狀溶(土)洞。

1)單層溶(土)洞，鉆孔至溶洞底板以下0.5 m處，成孔后孔內(nèi)埋設(shè)PVC管，灌漿直至飽滿；2)串珠狀溶(土)洞，鉆孔至最下層溶洞底板以下0.5 m處，成孔后孔內(nèi)埋設(shè)PVC管，管尾打2個(gè)～3個(gè)排氣孔，確保灌注每一層溶洞時(shí)的排氣，填充注漿采用同一個(gè)填充孔，由底層溶洞往上逐層灌漿，即灌完一層后提升PVC管至上一層溶洞灌漿，直至灌完頂層。

4.3 溶(土)洞處理注漿終孔標(biāo)準(zhǔn)

注漿速度：30 L/min～70 L/min，注漿壓力：0.4 MPa～1.0 MPa。袖閥管和注漿芯管距離洞底留出0.2 m～0.3 m空間，從洞底往上壓注水泥漿。每次注漿壓力達(dá)到0.4 MPa～0.5 MPa時(shí)，注漿芯管往外抽出0.3 m～0.4 m再注漿，逐漸上到洞頂，最后一次注漿壓力達(dá)到1.0 MPa時(shí)，穩(wěn)壓10 min可終止注漿。

5 檢測(cè)方法及質(zhì)量要求

1)對(duì)各處理溶洞均進(jìn)行注漿質(zhì)量檢測(cè)，檢驗(yàn)時(shí)間應(yīng)在注漿結(jié)束28 d后進(jìn)行。2)待基坑開挖到設(shè)計(jì)基底標(biāo)高后進(jìn)行驗(yàn)槽工作，對(duì)貫穿底板溶洞處理后的地基進(jìn)行載荷試驗(yàn)，滿足地基承載力要求。

5.1 檢測(cè)方法

1)基坑周邊3.0 m范圍內(nèi)，圍護(hù)樁高度范圍內(nèi)：用鉆孔取芯法查看注漿體是否連續(xù)，28 d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值需不小于0.2 MPa；同時(shí)進(jìn)行隨機(jī)原位標(biāo)貫試驗(yàn)，標(biāo)貫擊數(shù)應(yīng)不小于10擊。用高密度電法試驗(yàn)檢測(cè)填充程度，主體結(jié)構(gòu)沿線路方向至少布置2條測(cè)線，附屬結(jié)構(gòu)依據(jù)結(jié)構(gòu)大小方向布置1條～2條測(cè)線。檢查孔布置在注漿孔間，數(shù)量不小于注漿孔的10%，每個(gè)注漿區(qū)域不少于2個(gè)檢查孔，應(yīng)布置在有代表性地段和薄弱部位(溶洞中心及周邊均應(yīng)有布孔)，如圖3所示。2)基坑底以下10.0 m范圍內(nèi)：用隨機(jī)原位標(biāo)貫試驗(yàn)檢測(cè)密實(shí)程度，標(biāo)貫擊數(shù)應(yīng)不小于10擊。用地質(zhì)雷達(dá)法物探探測(cè)填充程度，主體結(jié)構(gòu)沿基坑走向至少布置3條測(cè)線，附屬結(jié)構(gòu)依據(jù)結(jié)構(gòu)大小方向布置1條～2條測(cè)線。檢查孔布置在注漿孔間，數(shù)量不小于注漿孔的10%，每個(gè)注漿區(qū)域不少于2個(gè)檢查孔，應(yīng)布置在有代表性地段和薄弱部位(溶洞中心及周邊均應(yīng)有布孔)，如圖4所示。

5.2 檢測(cè)原則及數(shù)量

詳勘報(bào)告揭露以及施工方排查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)并處理的溶(土)洞均需進(jìn)行檢測(cè)，采用原位標(biāo)貫法，檢測(cè)數(shù)量取注漿孔總數(shù)量的3%，且單個(gè)溶(土)洞檢測(cè)數(shù)量不少于3處；若施工圍護(hù)樁及基坑開挖過(guò)程中新發(fā)現(xiàn)的按處理原則需要處理的溶(土)洞、溶蝕槽，采用原位標(biāo)貫法，檢測(cè)數(shù)量取注漿孔總數(shù)量的3%，且單個(gè)溶(土)洞檢測(cè)數(shù)量不少于3處；采用標(biāo)貫鉆孔檢查溶(土)洞的充盈密實(shí)度。溶(土)洞內(nèi)未達(dá)到全填充的均應(yīng)補(bǔ)充注漿；除標(biāo)準(zhǔn)注漿孔外還應(yīng)間隔布設(shè)自檢孔，數(shù)量不小于注漿孔總數(shù)的5%，且每個(gè)注漿段落不得少于2孔；施工結(jié)束后選取注漿段落長(zhǎng)度的10%進(jìn)行全面探測(cè)，確保注漿飽滿度、地基承載力等指標(biāo)滿足要求。

5.3 注漿質(zhì)量合格的判定

1)綜合分析后合格點(diǎn)數(shù)達(dá)到檢測(cè)點(diǎn)總數(shù)的90%，且不合格點(diǎn)數(shù)不集中分布、不合格指標(biāo)與合格指標(biāo)的差值不大于合格標(biāo)準(zhǔn)的20%，可以判定為注漿效果、注漿質(zhì)量較好。2)綜合分析后檢測(cè)點(diǎn)總數(shù)達(dá)到100%合格，可以判定為注漿效果、注漿質(zhì)量好。

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