岩溶强发育区上覆深厚砂层临近建筑物基坑风险控制

邓壹萍

北京城建设计发展集团股份有限公司 广东 深圳 518000

随着经济的发展，在岩溶地区开挖的基坑工程越来越多，发生基坑涌水以及周边建筑物变形问题也日益突出。近年来国内外学者针对岩溶区基坑涌水做了大量的研究。蒙彦、郑小战、雷明堂等[1]结合钻探资料，系统地总结珠三角地区的岩溶发育规律；万维燕[2]以广州市某明挖基坑发生基底岩溶裂隙水突涌为例，分析基坑涌水治理技术；陈臣[3]根据某地铁车站基坑涌水治理，研究分析基坑涌水水机理以及处理；潘野[4]研究车站采用岩溶处理措施。以上分析中，大部分从岩溶发育条件、机理以及施工过程提出措施，关于控制周边建筑物变形的相关措施研究较少。因次，本文基于深圳地铁16号线工程岩溶强发育区上覆深厚砂层临近建筑物基坑提出针对性措施，研究成果对后续基坑设计有重要的指导意义。

1 工程概况

1.1 车站工程概况

龙平站为地下三层双柱三跨岛式站台，车站长度184.18 m。基坑宽度约25.3～30.3 m，基坑深度约26.0m～26.5m，采用明挖法施工，围护结构采用φ1200@900套管咬合桩的支护型式，设置1道混凝土支撑+3道钢支撑。地层从上至下为：杂填土、粉细砂、中粗砂、粉质黏土、微风化灰岩、溶洞，基底位于微风化灰岩，地面以下8m揭露微风化灰岩，咬合桩的嵌固原则为完整灰岩嵌固深度不小于1.5m，溶蚀发育区嵌固深度不小于2.5m，溶洞位置嵌固深度不小于6.0m。南侧建筑物（5～8层民房）距离基坑约15m，设计上考虑对该范围民房采用跟踪注浆措施，并要求基坑开挖前需进一步调查建构筑物结构及基础形式，并打设袖阀管预注浆加固，袖阀管的长度应穿透砂层加固后形成止水帷幕，施工过程中注意控制注浆压力。

本站钻探见洞隙率53.13%，线岩溶率2.15～21.47%，总线岩溶率5.54%，岩溶发育等级为强发育。勘察钻探揭露的溶洞充填情况无明显规律，大部分无充填物（本次揭露无充填物的溶洞有120个，约占溶洞总数的90.2%），少部分有充填物，充填物主要为灰褐色、深灰色软塑状粉质黏土、砂、角砾和碎石。岩溶的发育形态主要为溶洞和溶槽，岩溶发育在垂向上主要发育在地表以下8.34m -37.39m（基岩面以下0.30m -22.60m）。第四系覆盖层主要为砂层，砂层的厚度约8m，下部为可溶岩，此类地层组合在地下水控制时易造成流砂现象，从而导致地面塌陷、建构筑物沉降过大、附近管线因沉降过大而破裂等风险。

图1 岩溶总平面图

图2 左线地质剖面图

图3 右线地质剖面图

图4 钻探揭露溶孔照片

1.2 水文特征

主要赋存于石炭系石蹬子组的灰岩中，灰岩节理裂隙及溶蚀裂隙较发育，部分地段溶洞发育，渗透系数0.067～32.51m/d，单位涌水量0.005～0.999L/s·m，弱～强透水性。根据场地地形特征、地层岩性、地下水补排条件，并结合抽水试验成果，判定灰岩为弱～中富水，场地范围内岩溶的连通性较好。

1.3 周边环境

车站站址现状为建成区，周边密集的居住用房。西南角4层民房距离基坑最近约15m，东南角的锦兴苑（7层）距离主体基坑最近约32m，东北角6层民房距离主体基坑最近约44m。

图5 龙平站周边建筑物图

2 工程风险

2.1 基坑施工情况

7-10轴范围开挖距离基底仅有2m，基坑出现涌水，7～10轴右线范围围护侧壁出现涌水现象，涌水为泥沙状，周边水土流失严重。现场仅架设2道支撑，支撑架设不及时，导致围护变形过大，地表发生沉降，引起房屋沉降，基坑失稳风险极大。该范围右线地质情况为：粉质黏土素填土、中粗砂、粉质黏土、微风化灰岩，岩面约地下11～24m，基坑开挖范围以及基地揭露有溶洞，均考虑注浆充填处理。由于右线存在溶槽，为了截断该范围的基坑外水力联系，加长该范围的围护桩嵌固深度，嵌固深度为6m。

基坑开挖至18轴（基坑开挖深度约为14m、距离南侧围护约2.5m）出现涌水点，日涌水量约为300m3/d，随基坑开挖深度加大，日均涌水量达到800m3/d，峰值涌水量1200m3/d。采取坑内+坑外注浆方式进行封堵，涌水持续约40天。该范围的右线地质情况为：杂填土、粉质黏土、粉细砂、微风化灰岩，岩面约地下11m，基底位于完整岩，嵌固深度为2.5m。

图6 涌 水点及建筑物变形

图7 基坑涌水

图8 咬合桩间漏水

2.2 监测情况

涌水期间，坑外水位下降约21.23m，南侧地表沉降最大约115.8m，东南侧建筑物沉降96.9mm，西南侧建筑物沉降最大约176.8mm。

图9 建筑物变形情况

图10 东南角房屋范围取芯

2.3 处理措施

采用棉被对涌水空隙进行填塞，通过挤密棉被与空隙间的摩擦力，封闭涌水通道，达到减缓甚至阻断涌水的目的。

基坑内注浆堵水措施:在涌水点周边按2m*2m、稍远处按5m*5m间距布孔，孔深至基底以下5m，进行注浆堵水。浆液为双液浆，然后围绕涌水点，自外围向内进行注浆封堵,根据注浆孔及周边孔的冒浆情况，及时调整深度及注浆量。

基坑外同步处理措施:在涌水点对应的基坑外位置钻孔布置注浆管，孔深为基底下10m，按照2m*2m间距梅花形布置，通过注浆形成帷幕阻隔基坑内外水力联系，减少涌水量。

对南侧沉降较大房屋及路面进行注浆加固处理，对周边预警的建筑物，于房屋基础外1m位置设置注浆孔，其中注浆孔为斜孔，采用后退式注浆机注入水泥水玻璃双液浆，进行房屋加固；道路加固范围为基坑南侧2车道范围，钻孔深度至岩面，注浆孔间距为2*2m，浆液采用水泥浆。期间采用地质雷达对车站周围道路进行探测，发现异常及时处理。

2.4 原因分析

1）龙平站处于灰岩地区,存在岩溶和强发育的基岩裂隙以及溶沟溶槽，裂隙分布复杂无规律，地下水丰富，连通性强。

2）咬合桩施工质量较差，围护桩出现劈叉、咬合量不符合设计要求等情况。

3）岩溶处理效果较差，基坑开挖前未做降水试验，未查明基坑水力联系。

4）基坑岩面较高，施工开挖过程中采用爆破施工，加剧裂隙开展。

5）上砂下岩地层，长时间涌水造成坑外水土流失，引起地面、建构筑物沉降。

6）基坑开挖过程未严格控制基坑开挖长度以及厚度。

3 总结

1）针对岩溶发育车站，基坑开挖过程前应进行降水试验，作为岩溶处理的治理效果综合评价。基坑开挖前进行基坑抽水，将坑内水位降至基底以下1m，维持降水水头不少于一周，并对坑外水位及地下水流向进行监测。坑内降水不引起周边地下水发生超水位控制值方可开挖。

2）根据水源方向，对基坑采取针对性的处理措施，如对基坑进行封底或封边；根据岩心的完整性合理设计围护结构的嵌固深度；开挖断面深度范围内存在砂层等透水层时，开挖前宜采用局部开槽方法先挖探槽，检查渗漏水情况。

3）扩大基坑监测范围。

4）咬合桩在超深基坑施工过程中施工质量不易保证，容易出现咬合桩劈叉，咬合量不满足。