深厚砂層巖溶地區(qū)超長基坑支護設(shè)計探討

鐘永國

（廣州市建筑科學研究院新技術(shù)開發(fā)中心有限公司 廣州 510440）

1 引言

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展的深入，越來越多的建筑物需要建造地下室，地下室的規(guī)模以及層數(shù)逐漸增加。開挖建造地下室的同時需要進行基坑支護?；釉O(shè)計的難度隨地質(zhì)條件、開挖深度、規(guī)模、周邊環(huán)境等條件而變化，基坑工程是一項歷久彌新的巖土工程課題。近年來，我國的基坑工程雖取得傲人的成績，但也出現(xiàn)了不少嚴重的事故?；又ёo設(shè)計必須充分了解地質(zhì)條件、精心計算，設(shè)計出安全經(jīng)濟的支護方案。本文針對深厚砂層、巖溶地區(qū)的某大型地下室基坑進行剖析。為類似工程的設(shè)計提供參考。

2 工程實例及方案設(shè)計

2.1 工程概況

本項目位于廣州市花都區(qū)，抗震設(shè)防烈度為七度，擬建7棟高層商務(wù)樓，地下2層：地上總建筑面積24萬m2，用地面積5.8萬m2。場地尺寸約為640m×90m，基坑總面積約56381m2，支護總周長約1455m，開挖深度8.7～9.0m，坑中坑深度2.0m以內(nèi)。該基坑場地砂層分布廣泛且局部砂層深厚、地下溶土洞發(fā)育，巖面起伏?；娱L邊達640m（如圖1），可能存在明顯的空間效應(yīng)[1]。

2.2 地質(zhì)條件

場地位于廣花盆地北部的邊緣，屬珠江三角洲北部邊緣的丘陵前緣沖積平原區(qū)，原為果林，菜地，少量為居民樓，地面整體較平坦，局部位于拆遷而留下的建筑垃圾上，鉆孔地面標高16.30～20.02m，高差為3.72m?？辈炱陂g測得地下水位普遍較高，埋深0.00～1.35m，水位標高在16.00～19.72m之間。本場地沖積砂層揭露有細砂、粗礫砂砂層。細砂層零星分布，粗礫砂廣泛分布，局部含少量粘粒。

場地巖土層有第四系人工填土、耕植土、沖洪積層粉質(zhì)粘土、細砂、中砂、粗砂等，殘積層粉質(zhì)粘土，下伏基巖為石炭系灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)泥巖等。其中上覆人工填土及耕植土平均層厚約2.6m，然后為沖洪積中粗砂層或粉質(zhì)粘土層，往下為殘積層粘土，可塑～硬塑，下覆風化灰?guī)r，層頂深度4.00～15.30m，平均9.00m。典型地質(zhì)剖面如圖2所示。其中JK41顯示砂層厚度超過10m，貫穿基坑深度范圍。溶洞見洞率約13.07%，以單層溶洞為主，局部為多層溶洞，溶洞多全充填，充填物流-軟塑粘土，局部無充填，洞高最大為 5.8m（ZK110），最小為 0.20m（ZK132）；土洞見洞率1.5%。

圖1 基坑平面布置圖（全局示意圖）

2.3 設(shè)計方案

圖2 西側(cè)地質(zhì)剖面圖

圖3 典型設(shè)計剖面圖

本工程基坑呈細長型，長寬比約7.1，可能存在明顯的空間效應(yīng)。場地四周為農(nóng)田或果林，有一條小河自西南往東北向橫穿場地，基坑施工前需進行河道改道。場地條件相對簡單，基坑安全等級定義為二級。場地存在溶土洞，溶洞見洞率超過10%，大范圍分布有中粗砂層，且局部砂層深厚，止水要求嚴格。基坑大部分有條件自然放坡，但西側(cè)需做施工道路，放坡的空間有限，且放坡的土方開挖量與回填量大，回填壓實的難度大，填土的沉降容易導(dǎo)致管線產(chǎn)生較大變形。東側(cè)根據(jù)土層情況選用不同的放坡坡率，從而導(dǎo)致坡面空間變化較大，施工不便。由于工期要求緊張以及管線沉降、施工麻煩、河道位置不適宜放坡等原因排除了放坡的方案。樁錨對地層的適應(yīng)性強，且垂直開挖，占用空間小，經(jīng)甲方同意，采用樁錨方案，典型設(shè)計剖面如圖3所示。

3 設(shè)計要點分析

場地地質(zhì)條件復(fù)雜時，應(yīng)綜合考慮各種不利因素，采取相應(yīng)的處理方法。

3.1 超長基坑設(shè)計思路

由于場地巖層起伏，支護樁嵌固端底部可能處于黏土層也可能處于風化巖層，不同土層的嵌固能力不同，故在加強長邊中部的支護設(shè)計的同時，關(guān)注計算位移量的大小。以計算位移量作為中部加強強弱度的衡量標準之一。例如，長邊兩側(cè)的計算位移量如果是45mm，而中部計算位移為30mm，可以認為中部的支護具有加強作用。必須指出的是，巖面起伏，嵌固土層沿基坑周邊并非完全一致，故單元計算時不一定會符合中部位移小、兩側(cè)位移大的情況。即便如此，中部的計算位移盡量不要太貼近規(guī)范限值，否則由于空間效應(yīng)，長邊中部位移很容易超過報警值。本項目設(shè)計時中部約85m范圍采用φ1000@1200灌注樁，兩側(cè)采用φ800@1000灌注樁。結(jié)果表明設(shè)計方案取得滿意的成效，位移最大值接近50mm，但仍在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

3.2 深厚砂層的止水設(shè)計

深厚砂層地區(qū)需要加強止水帷幕設(shè)計，本工程采用大直徑三軸攪拌樁作為止水帷幕。礫砂層如采用普通大直徑攪拌樁，機械的貫穿能力可能會有一定削弱。三軸攪拌樁的土層貫穿能力稍強，而且成樁質(zhì)量較好。施工結(jié)果表明，三軸攪拌樁止水帷幕的效果達到預(yù)期。

另一方面，本工程存在砂層與巖層直接接觸的情況，設(shè)計中要求攪拌樁在砂巖結(jié)合面采用座漿的方法，也就是要求攪拌樁在結(jié)合面處攪拌噴漿需達到一定的時間，以此提高交界面的密封性。

3.3 溶土洞的處理

應(yīng)查明支護區(qū)域的溶土洞分布情況。本基坑要求進行超前鉆。鉆孔距離為5m，當超前鉆遇到溶土洞時需加密鉆孔，探明其規(guī)模。對鉆孔揭露有溶土洞的情況，如果屬于淺層溶土洞，采用壓力注漿方式預(yù)先對發(fā)現(xiàn)的溶土洞進行填充處理[2]。支護樁施工時如溶土洞較小，宜填充后令支護樁穿過溶土洞。如溶土洞范圍較大，應(yīng)根據(jù)其內(nèi)容物評估地層的穩(wěn)定性，尤其關(guān)注支護樁底與溶土洞頂板的距離及頂板的穩(wěn)定性，然后再確定是否需要填充處理并確定支護樁是否需要穿越溶土洞；錨索施工時可能遇到溶土洞，首先可調(diào)整角度避開溶土洞，其次如果溶土洞范圍小，可直接穿過溶土洞進入巖層。

4 結(jié)論

（1）對于超長基坑，宜考慮對長邊中部適當加強，可有效地控制基坑空間效應(yīng)造成的位移超限的情況。

（2）深厚砂層地區(qū)采用三軸攪拌樁止水帷幕可取得較好的效果。

（3）巖溶發(fā)育地區(qū)當溶土洞位置較淺，不能保證支護樁樁底的巖土層穩(wěn)定時，宜設(shè)計超前鉆探明溶土洞位置及范圍，進而有針對性地對溶土洞進行填充，可避免開挖后基坑底坍塌或者支護失效等嚴重后果。

[1]楊麗春，龐宇斌，李慎剛.超長基坑開挖的空間效應(yīng)[J].吉林大學學報（地球科學版），201545（2）：541～545.

[2]黃輝.廣州地鐵9號線深基坑工程巖溶地質(zhì)風險控制研究[J].施工技術(shù)，201645（13）：88～92.