巖溶強發(fā)育區(qū)上覆深厚砂層臨近建筑物基坑風(fēng)險控制

鄧壹萍

北京城建設(shè)計發(fā)展集團(tuán)股份有限公司 廣東 深圳 518000

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，在巖溶地區(qū)開挖的基坑工程越來越多，發(fā)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(nèi)外學(xué)者針對巖溶區(qū)基坑涌水做了大量的研究。蒙彥、鄭小戰(zhàn)、雷明堂等[1]結(jié)合鉆探資料，系統(tǒng)地總結(jié)珠三角地區(qū)的巖溶發(fā)育規(guī)律；萬維燕[2]以廣州市某明挖基坑發(fā)生基底巖溶裂隙水突涌為例，分析基坑涌水治理技術(shù)；陳臣[3]根據(jù)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(fā)育條件、機理以及施工過程提出措施，關(guān)于控制周邊建筑物變形的相關(guān)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(fā)育區(qū)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(xù)基坑設(shè)計有重要的指導(dǎo)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(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1200@900套管咬合樁的支護(hù)型式，設(shè)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(xì)砂、中粗砂、粉質(zhì)黏土、微風(fēng)化灰?guī)r、溶洞，基底位于微風(fēng)化灰?guī)r，地面以下8m揭露微風(fēng)化灰?guī)r，咬合樁的嵌固原則為完整灰?guī)r嵌固深度不小于1.5m，溶蝕發(fā)育區(qū)嵌固深度不小于2.5m，溶洞位置嵌固深度不小于6.0m。南側(cè)建筑物（5～8層民房）距離基坑約15m，設(shè)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(jìn)一步調(diào)查建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)形式，并打設(shè)袖閥管預(yù)注漿加固，袖閥管的長度應(yīng)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(fā)育等級為強發(fā)育。勘察鉆探揭露的溶洞充填情況無明顯規(guī)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(shù)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(zhì)黏土、砂、角礫和碎石。巖溶的發(fā)育形態(tài)主要為溶洞和溶槽，巖溶發(fā)育在垂向上主要發(fā)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(xiàn)象，從而導(dǎo)致地面塌陷、建構(gòu)筑物沉降過大、附近管線因沉降過大而破裂等風(fēng)險。

圖1 巖溶總平面圖

圖2 左線地質(zhì)剖面圖

圖3 右線地質(zhì)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?guī)r中，灰?guī)r節(jié)理裂隙及溶蝕裂隙較發(fā)育，部分地段溶洞發(fā)育，滲透系數(shù)0.067～32.51m/d，單位涌水量0.005～0.999L/s·m，弱～強透水性。根據(jù)場地地形特征、地層巖性、地下水補排條件，并結(jié)合抽水試驗成果，判定灰?guī)r為弱～中富水，場地范圍內(nèi)巖溶的連通性較好。

1.3 周邊環(huán)境

車站站址現(xiàn)狀為建成區(qū)，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(fēng)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(xiàn)涌水，7～10軸右線范圍圍護(hù)側(cè)壁出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，涌水為泥沙狀，周邊水土流失嚴(yán)重。現(xiàn)場僅架設(shè)2道支撐，支撐架設(shè)不及時，導(dǎo)致圍護(hù)變形過大，地表發(fā)生沉降，引起房屋沉降，基坑失穩(wěn)風(fēng)險極大。該范圍右線地質(zhì)情況為：粉質(zhì)黏土素填土、中粗砂、粉質(zhì)黏土、微風(fēng)化灰?guī)r，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(lián)系，加長該范圍的圍護(hù)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(cè)圍護(hù)約2.5m）出現(xiàn)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(dá)到800m3/d，峰值涌水量1200m3/d。采取坑內(nèi)+坑外注漿方式進(jìn)行封堵，涌水持續(xù)約40天。該范圍的右線地質(zhì)情況為：雜填土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、微風(fēng)化灰?guī)r，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(jiān)測情況

涌水期間，坑外水位下降約21.23m，南側(cè)地表沉降最大約115.8m，東南側(cè)建筑物沉降96.9mm，西南側(cè)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(jìn)行填塞，通過擠密棉被與空隙間的摩擦力，封閉涌水通道，達(dá)到減緩甚至阻斷涌水的目的。

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

基坑外同步處理措施:在涌水點對應(yīng)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(nèi)外水力聯(lián)系，減少涌水量。

對南側(cè)沉降較大房屋及路面進(jìn)行注漿加固處理，對周邊預(yù)警的建筑物，于房屋基礎(chǔ)外1m位置設(shè)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(jìn)行房屋加固；道路加固范圍為基坑南側(cè)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(zhì)雷達(dá)對車站周圍道路進(jìn)行探測，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

2.4 原因分析

1）龍平站處于灰?guī)r地區(qū),存在巖溶和強發(fā)育的基巖裂隙以及溶溝溶槽，裂隙分布復(fù)雜無規(guī)律，地下水豐富，連通性強。

2）咬合樁施工質(zhì)量較差，圍護(hù)樁出現(xiàn)劈叉、咬合量不符合設(shè)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(lián)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(gòu)筑物沉降。

6）基坑開挖過程未嚴(yán)格控制基坑開挖長度以及厚度。

3 總結(jié)

1）針對巖溶發(fā)育車站，基坑開挖過程前應(yīng)進(jìn)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(jìn)行基坑抽水，將坑內(nèi)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(jìn)行監(jiān)測。坑內(nèi)降水不引起周邊地下水發(fā)生超水位控制值方可開挖。

2）根據(jù)水源方向，對基坑采取針對性的處理措施，如對基坑進(jìn)行封底或封邊；根據(jù)巖心的完整性合理設(shè)計圍護(hù)結(jié)構(gòu)的嵌固深度；開挖斷面深度范圍內(nèi)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(jiān)測范圍。

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