岩溶地区基坑支护设计研究

张霖，曹聚凤，叶安强，蔡辅洲

（贵州省地质矿产勘查开发局111 地质大队（贵州地质工程勘察设计研究院有限公司），贵阳 550081）

1 引言

岩溶地区的地层特点是存在红黏土、填土等特殊性土层，以及溶洞、溶沟、溶槽发育的岩溶层。 在进行岩溶地区基坑支护设计时，除了有常规的设计内容以外，还要有针对岩溶地区地层特点的设计内容。 一部分岩溶地区基坑失稳的原因就是没有重视基坑侧壁或坑底附近的土洞或岩溶层的处理。

2 岩溶地区基坑支护结构

2.1 放坡

当场地岩溶发育较弱，地下水位较深，基坑周边开阔时，可采用放坡支护。

2.2 锚杆（索）

锚杆（索）的锚固段应避开溶（土）洞，无法避开时，应先对溶（土）洞进行充填，并增加锚固段的长度[1]。

2.3 支护桩

支护桩应尽量避开岩溶发育较大的区域，无法避开时，应尽量少击穿溶（土）洞，必须击穿时，应采取措施对溶（土）洞进行处理，支护桩的嵌固深度应满足计算要求。

2.4 土钉墙或复合土钉墙

存在下列情况之一的岩溶强烈发育场地，应慎用土钉墙或复合土钉墙支护：（1） 岩溶水有承压性或连通性；（2）溶（土）洞高度大于2 m；（3）开挖深度大于7 m 且周边环境要求较高[2]。

2.5 地下连续墙

地下连续墙宜兼作地下室外墙，可用于岩溶强发育场地，开挖深度大、变形控制要求严格的基坑。

2.6 内支撑

内支撑可用于岩溶强发育场地，当基坑周边有重要建（构）筑物、基坑外地下空间不允许被占用时，可采用内支撑支护。

3 岩溶地区基坑设计注意事项

3.1 土岩接触带

由于岩溶地区半土半岩的基坑较多，基岩面起伏较大，进行基坑支护设计时，要充分研究勘察报告，尽可能掌握地层变化及土岩接触带的位置，当基坑底位于土岩接触带时，要进行整体稳定性验算。

3.2 特殊性土

当场地含有红黏土、填土等特殊性土时，要根据其特点合理选择物理力学指标。 红黏土具有上硬下软、 遇水软化的特点，宜按含水率、液性指数和塑性指数分层计算土压力；当填土为黏性土类时，宜按黏性土计算土压力，当填土为非黏性土类时，宜按砂土类土计算土压力。

3.3 地下水控制

由于岩溶的存在为地下水赋存和转移提供了条件， 基坑的降排水可能对周边环境产生影响，因此，应重视岩溶地区基坑的地下水控制，合理选择截水、降水、排水措施，防止发生涌水、突泥、地面沉陷等事故。 在基坑开挖过程中，要详细记录坡体出水点的位置、水量和出水状态，及时对地下水控制措施进行调整。

3.4 动态化设计

当施工过程中揭露的岩土层性状或地下水情况与勘察报告不符或出现异常时，应动态调整基坑支护设计方案。 例如，根据已施工的锚杆（索）钻孔判定溶（土）洞的位置和大小，通过调整锚杆（索）的角度和位置，使其锚固段尽量避开溶（土）洞，无法避开时，应采取有效措施解决溶（土）洞问题[3]。

3.5 基坑监测

除了常规的位移监测、基坑周边建（构）筑物、地面沉降监测以外，尚应根据岩溶场地的工程地质和水文地质条件，有针对性地布置监测点，增加监测内容[4]。 将监测数据与预测值相比较，判断前期的施工工艺和参数是否符合要求，进一步优化施工方案，做好信息化施工。

4 岩溶地区基坑设计实例

4.1 工程概况

该项目位于贵州省遵义市汇川区，拟建物为住宅楼，地上26 层，地下4 层，基坑开挖深度为11.6～17.9 m。基坑东西两侧有较大的放坡空间，南北两侧放坡空间较小，基坑东侧坡顶有市政道路，南侧坡顶有重要建筑物。 基坑周边环境较复杂，破坏后果很严重，基坑安全等级为一级，采用临时性支护，有效支护时间不超过两年。

4.2 工程地质条件

场地岩土主要由填土、红黏土和基岩构成：（1）填土（Q4ml）：褐黄色，由黏土夹块石回填，结构松散，新近回填，力学强度低，厚度一般0.50～4.70 m；（2）红黏土（Q4el＋dl）：褐黄色，可塑，场地大部分地段均有分布，厚度一般1.80～6.00 m；（3）基岩（O2b）：场地基岩为奥陶系中统宝塔组薄至厚层石灰岩， 基岩面起伏较大，大部分地段出露地表，隐晶结构，岩体较完整，岩质较硬，以中风化为主， 局部孔位见强风化层， 强风化岩层厚度一般0.50～8.80 m，中风化岩层厚度一般0.80～12.4 m，钻探未揭穿。

岩层单向倾斜，产状为143°∠17°，岩层层面平直光滑，岩屑充填，张开度＜3.0 mm，结合差，属于硬性结构面；场地基岩节理裂隙较发育，主要有两组：（1）产状330°∠75°，节理裂隙面平直光滑，发育间距0.5～1.8 m，延伸长度0.1～0.6 m，张开度＜3 mm，岩屑夹泥充填，结合差，属于硬性结构面；（2）产状245°∠90°，节理裂隙面平直光滑，发育间距0.2～1.0 m，延伸长度0.2～1.0 m，张开度＜3 mm，岩屑夹泥充填，结合差，属于硬性结构面。

4.3 水文地质条件

场地地下水类型主要为第四系松散土层孔隙水和碳酸盐岩岩溶裂隙水。场地内地下水以大气降水为主要补给源。降水通过岩溶裂隙、溶孔、溶洞等渗入地下形成径流，受地形地貌、岩层产状及构造等因素影响， 场地内地下水总体由北东向南西径流。 水位的变化除了受季节控制外，不同地貌部位水位升降幅度有明显差异，场地位于地下水径流地带，地下水位变化幅度一般为3.00～5.00 m。

4.4 不良地质现象

根据区域地质资料及现场地质调查， 本场地及周边地段无滑坡、崩塌、地面塌陷及泥石流等地质灾害存在。 场地下伏基岩属可溶性碳酸盐类岩石，基岩面起伏较大，溶洞、溶沟、溶槽发育，不良地质现象主要表现为岩溶强发育。

4.5 设计参数

岩土体物理力学参数依据地勘报告、区域工程经验、实际踏勘情况，结合相关规范确定，取值如下：

1）素填土：重度为17.0 kN/m3，黏聚力为15 kPa，内摩擦角为5°，土体与水泥浆黏结强度标准值为15 kPa；

2）可塑红黏土：重度为17.2 kN/m3，黏聚力为27.5 kPa，内摩擦角为6.5°，土体与水泥浆黏结强度标准值为40.0 kPa；

3）中风化灰岩：重度为27.1 kN/m3，黏聚力为300.0 kPa，内摩擦角为34.2°，承载力特征值为4 500 kPa，岩体与水泥浆黏结强度标准值为1 200.0 kPa；

4）岩体层面：黏聚力为50 kPa，内摩擦角为18°；

5）节理裂隙面：黏聚力为50 kPa，内摩擦角为18°。

4.6 支护结构

综合考虑建筑周边场地特征、 用地范围及基坑边坡岩土特征，选用以下支护结构。

1）放坡：二级放坡，第一级高9.5～10.9 m，坡率1∶0.2～1∶0.5；第二级高0～8.15 m，坡率1∶0.5～1∶1.5。

2）锚喷支护：锚杆长6.0～9.0 m，矩形布置，间距1.5～2.0 m；坡面挂网φ6.5 mm@200 mm 单层双向，喷射C20 细石混凝土厚80 mm。

3）排桩+预应力锚索+挡土板：桩φ1 200 mm@4.0 m，桩顶设置冠梁@1 200 mm×800 mm，锚索间距3.5～4.0 m，桩间挡土板厚300 mm。

4）双排桩+ 挡土板：前排桩φ1 200 mm@1.6 m，后排桩φ1 200 mm@3.2 m，桩顶设置冠梁@1200 mm×800 mm，桩间挡土板厚300 mm。

基坑支护后的现场图片如图1～图3 所示。

图1 基坑支护后的现场图片（东侧）

图2 基坑支护后的现场图片（西侧）

图3 基坑支护后的现场图片（南侧）

4.7 地下水控制

1）坡面设泄水孔，为φ100 mmPVC 塑料管，矩形布置，间距2～3 m，泄水孔向外倾斜5%的坡度。

2）基坑四周地表设截水沟，基坑内设排水沟和集水井，集水井沿基坑底边角设置，间距20～40 m。

4.8 基坑支护特殊情况处理

由于本场地位于岩溶强发育地段， 尤其要注意施工中揭露的岩土性状与勘察报告是否相符， 做好动态化设计和信息化施工。 首先，根据已施工的支护桩揭露的地质情况，修正地质剖面中土岩接触带的位置和溶洞的分布状况， 对支护桩的嵌固深度进行动态设计；其次根据已施工的锚杆（索）钻孔及注浆情况判断岩面及溶洞的位置和大小，通过调整锚杆（索）的角度和位置，使其锚固段尽量避开溶洞，当溶洞较大无法避开时，用素混凝土充填后再施工锚杆（索）。

5 结论

1）在进行岩溶地区基坑支护设计时，要结合岩溶发育程度、规模、大小等选择合适的支护结构。

2）除了选择合适的基坑支护结构以外，还有一些问题需要特别注意，如土岩接触带、特殊性土、地下水控制、动态化设计、基坑监测等。

3）除了有常规的设计内容以外，还要有针对岩溶地区地层特点的设计内容。 要综合考虑工程地质条件、水文地质条件以及岩溶等不良地质现象的影响， 选择合理的基坑支护结构和地下水控制措施， 并根据施工揭露的地层信息动态化调整基坑支护设计方案。