南宁地区古-始新统半成岩层对轨道交通车站基坑工程的影响分析

付磊，王献明，梁戚丹

（北京城建勘测设计研究院有限责任公司，北京100101）

1 引言

随着南宁城市轨道交通工程的发展， 线路逐渐远离南宁盆地，岩层由渐新统变为古-始新统半成岩层，岩性主要为泥岩、砂岩和砾岩。 局部受地质构造影响形成角砾岩，发育岩溶，工程和水文地质条件复杂，基坑施工时容易出现地基沉降、基坑侧壁失稳、基坑涌水等问题。 地基发生沉降后，处理难度大，维护成本极高。 基坑侧壁失稳、基坑涌水等，会造成人员伤亡和财产损失，最终影响施工进度和轨道交通工程形象。 在《广西壮族自治区区域地质志》中，将古-始新统半成岩层归类为邕宁群和凤凰山组，将邕宁群定义为代表广西许多研究不够、尚未细分的始新世沉积。 基坑工程经验少，基坑支护、降水、止水没有成熟经验，因此，需要结合工程和水文地质条件提出切实可行的地基处理、基坑支护、降水、止水措施。

2 岩性特征

古-始新统半成岩层主要分布在南宁盆地周边，为一套陆相碎屑岩沉积，不整合于古生界、中生界地层之上。岩性为泥岩、砂岩和砾岩，局部受地质构造影响形成角砾岩，未完全成岩。

2.1 泥岩

泥岩为褐红色，其成岩程度较深，泥质结构，层状构造。 岩层层理清晰，节理发育，风化后沿节理破碎呈角砾状，残坡积物中可见泥岩角砾。矿物成分以高岭土、蒙脱石为主，具中等胀缩性。饱和单轴抗压强度标准值为1～3 MPa，属于极软岩，黏聚力c 为53～127 kPa，标准值为68 kPa，内摩擦角φ 为15°～33°，标准值为23°。

2.2 砂岩

砂岩为红褐色、黄褐色，砂状结构，厚层状构造，岩质较硬。风化后手捏易散，泡水极易破坏原岩结构，多与泥岩互层分布。室内定名为中细粒长石石英杂砂岩。 主要矿物成分为石英、绢云母、高岭石、绿泥石、蒙脱石等。 岩石由碎屑物和杂基、胶结物组成，碎屑物约占岩石的70%。饱和单轴抗压强度标准值为1.5～5 MPa，属于极软岩。 全～强风化砂岩层直接剪切试验黏聚力c 为5～18 kPa，标准值为10 kPa，内摩擦角φ 为17°～32°，标准值为22°。中风化砂岩层直接剪切试验黏聚力c 为14～100 kPa，标准值为51 kPa，内摩擦角φ 为13°～34°，标准值为20°。

2.3 角砾岩

角砾岩为黑色、灰白色，砾状结构，角砾成分为灰岩、硅质岩、砂岩等，砾径0.5～10 cm，胶结物以砂质、泥质为主，岩质较硬，受断裂构造影响形成，分布于不同时代岩层交界面附近。室内定名为含砂角砾岩。 主要矿物成分为方解石、石英、绢云母、 蒙脱石、 绿泥石、 高岭石等。 岩石中碎屑物约占岩石的75%。饱和单轴抗压强度为7～22 MPa，标准值为12 MPa，属于较软岩。 角砾岩黏聚力c 经验值为100 kPa，内摩擦角φ 经验值为42°。岩层中发育有溶洞，岩溶中等～强烈发育，溶洞以空洞为主，局部见有充填溶洞，溶洞多位于地下水位以下。

2.4 砾岩

砾岩属邕宁群，沉积相为干旱半干旱山麓洪积相[1]。 红褐色，砾状结构，厚层状构造。 砾石成分以灰岩、硅质岩、砂岩为主，局部可见泥岩、钙质砂岩风化物呈土状，砾间充填有黏性土和砂土，硅泥质胶结较松，磨圆度好，粒径大小不一，砾径一般为10～30 cm，最大砾径约为70 cm，级配良好，天然状态下自稳能力较好，形成8～12 m 高长期稳定直立边坡。

3 构造

南宁盆地位于广西的南部， 系华南地块自晚三叠世初绝大部分地区升起为陆后， 受到太平洋板块与印度板块的夹持挤压，在广西境内形成北西和北东向两组主要断裂带。 之后，受喜马拉雅运动第一幕的影响， 在北西和北东向两组断裂交汇处，形成的早第三纪内陆断陷盆地[2]。因此，褶皱和断裂都比较发育，而且普遍具有继承性和多期活动的特点。

3.1 褶皱

南宁市地处南华加里东地槽褶皱系西部地区， 南宁市区范围及邕宁区部分地区形成由渐新统、 古- 始新统组成的向斜盆地，是本区的主要构造形迹。 向斜盆地形似纺锤，呈近东西向展布，长约45 km，宽度5～15 km，岩层倾角较平缓，一般为5°～20°，北翼因受断层切割的影响，断层旁侧岩层倾角增大至25°～30°，使两翼不对称，轴部向北偏移。冀部的次级褶皱较发育， 盆地的西部被大片第四系覆盖。 沿邕江南宁盆地两侧古-始新统岩层受构造影响较大，岩层产状变化大，倾角多为25°～30°，局部受褶皱和断裂影响，倾角可达到40°～50°。

3.2 断裂

南宁地区主要断裂为桂林～南宁断裂带次级断裂。桂林～南宁断裂带东北起于全州县大西江附近， 往西南经桂林、永福、来宾、南宁、扶绥、崇左、宁明，而后进入越南境内。 全长约600 km，大致以北东40°～50°的走向斜贯广西，分东北段与西南段。 西南段凭祥～武鸣断裂带由数条大致平行的断裂组成，倾向以南东为主，倾角45°～80°不等，切割泥盆系至古近系，断距大者达700 m；断裂破碎带数米至数十米，带内挤压透镜体、角砾岩、糜棱岩、硅化、片理化及擦痕等构造现象发育。 桂林～南宁断裂带形成于燕山亚旋回，后期有不同程度的复活，是长期活动的继承性活动断裂，新生代以来有明显的活动。 桂林～南宁断裂带在南宁地区邕江南岸形成， 如苏盆断裂、 方村断裂、新江断裂等次级断裂，断裂附近多发育有角砾岩。

4 水文

古-始新统岩层中地下水按含水岩组的岩性、地下水赋存条件以及地下水含水介质特征分类，分为砾岩中的松散岩类孔隙潜水、砂岩中的碎屑岩类孔隙裂隙水和角砾岩中的岩溶水。

4.1 松散岩类孔隙潜水

该层水主要分布在古-始新统砾岩层孔隙中，属水量贫乏的孔隙水，含水层厚度变化大，一般为5～50 m，局部地段厚度大于80 m。 补给面积小，水量贫乏，单井涌水量10～100 m3/d，一般11 月份以后干涸无水，受季节影响明显。 渗透系数建议值为8 m/d，属中等透水层。

4.2 碎屑岩类孔隙裂隙水

碎屑岩类孔隙裂隙水主要赋存于古-始新统砂岩层，砂岩层孔隙比约为0.3～0.8，具有孔隙水和裂隙水的双重特性。该层水具承压性，富水性中等，全～ 强风化砂岩渗透系数建议值为2 m/d，属中等透水层；中风化砂岩层渗透系数建议值为0.5 m/d，属弱透水层。

4.3 裂隙岩溶水

裂隙岩溶水赋存于古-始新统角砾岩发育的溶洞及溶蚀裂隙中，透水性强，富水性中等，出水量一般为15～30 t/h，具承压性。 岩面埋深起伏较大，裂隙及溶蚀裂隙中等～强发育时水位相对较低，地下水水位与大气降雨补给密切相关。

5 工程影响

5.1 泥岩

古-始新统泥岩层抗风化能力弱，易沿节理破碎，再吸水便完全崩解，强度急剧降低，特别是在遇水和失水的情况下，工程力学性质变化大，导致基坑侧壁失稳，基坑开挖过程中不宜暴露过久，应及时采取支护措施。

5.2 砂岩

古-始新统砂岩层风化后多呈土状、散沙状，局部块状岩芯破碎，节理和裂隙发育，与上下岩层性质相差较大。 由于砂岩层性质变化大， 同一地层风化程度差异较大， 地层软硬不均，对地基均匀性有不利影响。 岩层经水泡后强度急剧降低，基坑开挖过程中不宜暴露过久，应及时采取支护措施。 砂岩风化层中富含地下水，渗透系数为2 m/d，地下水对车站深基坑施工影响较大，需要采取有针对性地的地下水控制措施。 以南宁某车站出入口基坑为例进行试算， 以上控制措施满足工程需求。 如图1、图2 所示。

图1 南宁某车站出入口通道围护剖面图

图2 围护结构计算简图（单位：m）

基坑施工设计相关内容为：

1）基坑支护安全等级：二级；

2）基坑深度11.0～15.0 m；

3）两道支撑（局部3 道支撑）：第一、第二道支撑为φ609 mm，壁厚t=16 mm 的钢管撑；

4）围护挡土结构采用直径0.8 m@1.1 m 围护桩+桩间旋喷，嵌固深度4.5～6.0 m；

5）坑外降水；

6）计算使用软件：理正深基坑7.5 版；

7）弹性计算方法：M 值法；

8）土压力：按照主动土压力考虑；

9）水压力：填土、粉土、砂岩层采用水土分算；黏性土、泥岩层采用水土合算；

10）超载：地面设计超载取值为20 kPa；

11）图中①、③、⑤、⑥、⑧代表基坑开挖工况，②、④代表内支撑架设工况，⑦、⑨代表内支撑拆除工况。

5.3 角砾岩

古-始新统角砾岩多位于断裂带附近，勘察设计阶段需评价断裂活动性。 古-始新统角砾岩中，岩溶中等～强烈发育，对场地稳定性、地基稳定性有较大的影响。 角砾岩的渗透性取决于岩溶发育程度，且地下水多沿溶洞、裂隙等地下管道流动，常规的降水措施难以达到降水效果，建议对角砾岩中的溶洞采取注浆止水措施。 对无充填溶洞先灌砂后注浆，对有充填溶洞进行注浆，以增加溶洞的充填率，增强充填物的自稳能力，并起到止水作用。

5.4 砾岩

古-始新统砾岩天然状态下自稳能力较好，基坑可采用排桩加内支撑支护型式；该层属中等透水层，需采取有针对性的地下水控制措施。

6 结语

随着城市建设远离南宁盆地，勘察过程中会出现更多不同类型的岩层、地质构造等，不仅有古-始新统半成岩层，也包括二叠系、三叠系、石炭系、泥盆系、寒武系等南宁地区不同时代的岩层。 远期规划段由于还涉及昆仑关燕山期花岗岩等，完全依靠钻探工作已难以查清地质构造、岩土类型及分布，而通过工程地质调查测绘、地球物理勘探能更加直观地了解地层岩性、产状、断层性质、岩溶分布发育规律等，为岩土工程勘察设计提供更多的依据。