深厚砂层岩溶地区超长基坑支护设计探讨

钟永国

（广州市建筑科学研究院新技术开发中心有限公司 广州 510440）

1 引言

随着社会经济发展的深入，越来越多的建筑物需要建造地下室，地下室的规模以及层数逐渐增加。开挖建造地下室的同时需要进行基坑支护。基坑设计的难度随地质条件、开挖深度、规模、周边环境等条件而变化，基坑工程是一项历久弥新的岩土工程课题。近年来，我国的基坑工程虽取得傲人的成绩，但也出现了不少严重的事故。基坑支护设计必须充分了解地质条件、精心计算，设计出安全经济的支护方案。本文针对深厚砂层、岩溶地区的某大型地下室基坑进行剖析。为类似工程的设计提供参考。

2 工程实例及方案设计

2.1 工程概况

本项目位于广州市花都区，抗震设防烈度为七度，拟建7栋高层商务楼，地下2层：地上总建筑面积24万m2，用地面积5.8万m2。场地尺寸约为640m×90m，基坑总面积约56381m2，支护总周长约1455m，开挖深度8.7～9.0m，坑中坑深度2.0m以内。该基坑场地砂层分布广泛且局部砂层深厚、地下溶土洞发育，岩面起伏。基坑长边达640m（如图1），可能存在明显的空间效应[1]。

2.2 地质条件

场地位于广花盆地北部的边缘，属珠江三角洲北部边缘的丘陵前缘冲积平原区，原为果林，菜地，少量为居民楼，地面整体较平坦，局部位于拆迁而留下的建筑垃圾上，钻孔地面标高16.30～20.02m，高差为3.72m。勘察期间测得地下水位普遍较高，埋深0.00～1.35m，水位标高在16.00～19.72m之间。本场地冲积砂层揭露有细砂、粗砾砂砂层。细砂层零星分布，粗砾砂广泛分布，局部含少量粘粒。

场地岩土层有第四系人工填土、耕植土、冲洪积层粉质粘土、细砂、中砂、粗砂等，残积层粉质粘土，下伏基岩为石炭系灰岩、炭质灰岩、炭质泥岩等。其中上覆人工填土及耕植土平均层厚约2.6m，然后为冲洪积中粗砂层或粉质粘土层，往下为残积层粘土，可塑～硬塑，下覆风化灰岩，层顶深度4.00～15.30m，平均9.00m。典型地质剖面如图2所示。其中JK41显示砂层厚度超过10m，贯穿基坑深度范围。溶洞见洞率约13.07%，以单层溶洞为主，局部为多层溶洞，溶洞多全充填，充填物流-软塑粘土，局部无充填，洞高最大为 5.8m（ZK110），最小为 0.20m（ZK132）；土洞见洞率1.5%。

图1 基坑平面布置图（全局示意图）

2.3 设计方案

图2 西侧地质剖面图

图3 典型设计剖面图

本工程基坑呈细长型，长宽比约7.1，可能存在明显的空间效应。场地四周为农田或果林，有一条小河自西南往东北向横穿场地，基坑施工前需进行河道改道。场地条件相对简单，基坑安全等级定义为二级。场地存在溶土洞，溶洞见洞率超过10%，大范围分布有中粗砂层，且局部砂层深厚，止水要求严格。基坑大部分有条件自然放坡，但西侧需做施工道路，放坡的空间有限，且放坡的土方开挖量与回填量大，回填压实的难度大，填土的沉降容易导致管线产生较大变形。东侧根据土层情况选用不同的放坡坡率，从而导致坡面空间变化较大，施工不便。由于工期要求紧张以及管线沉降、施工麻烦、河道位置不适宜放坡等原因排除了放坡的方案。桩锚对地层的适应性强，且垂直开挖，占用空间小，经甲方同意，采用桩锚方案，典型设计剖面如图3所示。

3 设计要点分析

场地地质条件复杂时，应综合考虑各种不利因素，采取相应的处理方法。

3.1 超长基坑设计思路

由于场地岩层起伏，支护桩嵌固端底部可能处于黏土层也可能处于风化岩层，不同土层的嵌固能力不同，故在加强长边中部的支护设计的同时，关注计算位移量的大小。以计算位移量作为中部加强强弱度的衡量标准之一。例如，长边两侧的计算位移量如果是45mm，而中部计算位移为30mm，可以认为中部的支护具有加强作用。必须指出的是，岩面起伏，嵌固土层沿基坑周边并非完全一致，故单元计算时不一定会符合中部位移小、两侧位移大的情况。即便如此，中部的计算位移尽量不要太贴近规范限值，否则由于空间效应，长边中部位移很容易超过报警值。本项目设计时中部约85m范围采用φ1000@1200灌注桩，两侧采用φ800@1000灌注桩。结果表明设计方案取得满意的成效，位移最大值接近50mm，但仍在规范允许范围内。

3.2 深厚砂层的止水设计

深厚砂层地区需要加强止水帷幕设计，本工程采用大直径三轴搅拌桩作为止水帷幕。砾砂层如采用普通大直径搅拌桩，机械的贯穿能力可能会有一定削弱。三轴搅拌桩的土层贯穿能力稍强，而且成桩质量较好。施工结果表明，三轴搅拌桩止水帷幕的效果达到预期。

另一方面，本工程存在砂层与岩层直接接触的情况，设计中要求搅拌桩在砂岩结合面采用座浆的方法，也就是要求搅拌桩在结合面处搅拌喷浆需达到一定的时间，以此提高交界面的密封性。

3.3 溶土洞的处理

应查明支护区域的溶土洞分布情况。本基坑要求进行超前钻。钻孔距离为5m，当超前钻遇到溶土洞时需加密钻孔，探明其规模。对钻孔揭露有溶土洞的情况，如果属于浅层溶土洞，采用压力注浆方式预先对发现的溶土洞进行填充处理[2]。支护桩施工时如溶土洞较小，宜填充后令支护桩穿过溶土洞。如溶土洞范围较大，应根据其内容物评估地层的稳定性，尤其关注支护桩底与溶土洞顶板的距离及顶板的稳定性，然后再确定是否需要填充处理并确定支护桩是否需要穿越溶土洞；锚索施工时可能遇到溶土洞，首先可调整角度避开溶土洞，其次如果溶土洞范围小，可直接穿过溶土洞进入岩层。

4 结论

（1）对于超长基坑，宜考虑对长边中部适当加强，可有效地控制基坑空间效应造成的位移超限的情况。

（2）深厚砂层地区采用三轴搅拌桩止水帷幕可取得较好的效果。

（3）岩溶发育地区当溶土洞位置较浅，不能保证支护桩桩底的岩土层稳定时，宜设计超前钻探明溶土洞位置及范围，进而有针对性地对溶土洞进行填充，可避免开挖后基坑底坍塌或者支护失效等严重后果。

[1]杨丽春，庞宇斌，李慎刚.超长基坑开挖的空间效应[J].吉林大学学报（地球科学版），201545（2）：541～545.

[2]黄辉.广州地铁9号线深基坑工程岩溶地质风险控制研究[J].施工技术，201645（13）：88～92.