巖溶地面塌陷對(duì)在建基坑工程影響分析及處理措施

李 小 虎

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

巖溶地面塌陷是指隱伏在第四紀(jì)覆蓋層下的可溶巖中存在巖溶空洞，且存在與覆蓋層相連的通道。在某些自然因素或人為因素作用下，覆蓋層物質(zhì)沿著巖溶通道進(jìn)入到巖溶空洞中，引起覆蓋土體發(fā)生漏失，導(dǎo)致地面出現(xiàn)塌陷的自然現(xiàn)象。

巖溶地面塌陷導(dǎo)致人民生命財(cái)產(chǎn)嚴(yán)重受損，并造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)恐慌心理。巖溶地面塌陷對(duì)于在建工程的影響巨大，尤其是基礎(chǔ)施工階段。由于施工對(duì)基底地層擾動(dòng)，更容易誘發(fā)巖溶地面塌陷。

巖溶地面塌陷對(duì)在建基坑工程會(huì)產(chǎn)生不利影響，評(píng)價(jià)其對(duì)基坑工程的不利影響，并采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)、施工處理方案尚沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)。筆者以參與的某地產(chǎn)項(xiàng)目為例，介紹相關(guān)處理方案手段。

1 工程概況

某地產(chǎn)項(xiàng)目位于武漢市洪山區(qū)，該項(xiàng)目由1棟31層,3棟37層及2棟55層超高層住宅及附屬1層商業(yè)裙樓、1棟2層幼兒園、1棟1層配電房及1個(gè)滿鋪2層地下室組成，總建筑面積231 351.1 m2。基礎(chǔ)形式為樁基，樁型為鉆孔灌注樁。該項(xiàng)目基坑為近似矩形，周長(zhǎng)約883 m，基坑開挖面積約29 209 m2，基坑周邊開挖深度為6.35 m～12.95 m，電梯井坑中坑開挖深度為8.6 m～12.95 m。

根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地巖土層自上而下主要由5個(gè)單元層組成：①人工填土；②第四系全新統(tǒng)沖積土層；③第四系殘積土；④白堊第三系泥砂巖；⑤三疊系灰?guī)r。

本基坑采用支護(hù)方案：1)基坑XYABCD/FGH/KLM段采用排樁+內(nèi)支撐支護(hù)，DE段采用排樁+坑內(nèi)留土支護(hù)，WX段采用雙排樁支護(hù)，HJK段采用排樁+錨桿支護(hù)，其余各段均采用單排樁支護(hù)。各段樁頂放坡卸載坡面采用土釘掛網(wǎng)噴面防護(hù)。2)坑中坑支護(hù)：除27號(hào)樓電梯井與純地下室高差較大采用排樁支護(hù)外，其余均采用水泥土擋墻支護(hù)。3)承壓水處理：支護(hù)樁外側(cè)止水帷幕+坑內(nèi)降水井。

施工過程中，采用支護(hù)樁及工程樁同步交叉施工的方案。支護(hù)樁采用旋挖施工，工程樁采用沖擊鉆施工。塌陷發(fā)生時(shí)，基坑工程立柱樁已經(jīng)完成施工。

2 事情經(jīng)過

2018年4月22日，上午8點(diǎn)40分，該項(xiàng)目25號(hào)樓工程樁沖擊鉆施工過程中，出現(xiàn)巖溶地面塌陷，地面塌陷范圍和陷落深度不斷加劇，到11點(diǎn)30分，塌陷范圍及深度趨于穩(wěn)定。為評(píng)估塌陷范圍對(duì)已完成立柱樁的影響，4月23日，我公司對(duì)整個(gè)塌陷范圍進(jìn)行了測(cè)量。塌陷區(qū)范圍呈橢圓形，長(zhǎng)軸約21.5 m，短軸約18.0 m，最深2 m，塌陷坑周圍可見拉張裂縫。具體見圖1，圖2。

由于在此之前已經(jīng)完成該范圍內(nèi)的基坑工程立柱樁的施工，立柱樁底深度一般約20 m，而灰?guī)r巖面深度大于30 m，部分立柱在塌陷變形區(qū),因此，無論是塌陷影響深度，還是范圍，都對(duì)立柱樁產(chǎn)生了影響。

3 本次巖溶地面塌陷特性

根據(jù)武漢市區(qū)碳酸鹽巖裂隙巖溶含水組分布圖，本區(qū)位于南部石灰?guī)r帶塌陷區(qū)。

根據(jù)該項(xiàng)目的詳細(xì)勘察報(bào)告,覆蓋層為二元結(jié)構(gòu)，飽和砂土層雖未直接與下伏灰?guī)r接觸，但在后期施工過程中，沖擊鉆穿透白堊第三系砂巖并使得飽和液化砂土與巖溶通道聯(lián)通，漏失后形成塌陷漏斗。

依據(jù)范士凱對(duì)武漢市巖溶地面塌陷的多年研究，本次巖溶地面塌陷機(jī)理為振動(dòng)液化—漏失機(jī)理。處理方案可以阻斷砂土漏失通道的方案進(jìn)行處理。

根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，垂直向塌陷區(qū)應(yīng)該呈漏斗形，漏斗深度至灰?guī)r溶洞頂?；谝陨咸匦裕瑢?duì)塌陷區(qū)立柱樁進(jìn)行評(píng)價(jià)，并提出工程建議。

4 目前立柱樁現(xiàn)狀

立柱樁能否繼續(xù)使用，主要需要從四個(gè)方面進(jìn)行考慮：平面位置、標(biāo)高、垂直度、承載力。通過試挖塌陷區(qū)范圍的立柱樁，可以從標(biāo)高這一方面上直觀判斷目前立柱是否可以繼續(xù)使用。需要說明的，塌陷對(duì)承載力和垂直度的影響較難給出定量判斷?；诖?，項(xiàng)目部對(duì)塌陷區(qū)的2根立柱樁進(jìn)行了試挖，并量測(cè)立柱格構(gòu)的標(biāo)高，見圖3。

利用全站儀進(jìn)行測(cè)試，立柱的平面位置變化尚在施工允許范圍內(nèi)，格構(gòu)頂標(biāo)高基本在19.7 m～20.0 m左右(設(shè)計(jì)要求20.0 m)。單從平面位置和標(biāo)高來看，該2個(gè)樁變化不大。

需要說明的，本次開挖尚不能判斷塌陷對(duì)單樁承載力和垂直度的不利影響。如確需查明，在檢測(cè)費(fèi)用的投入和時(shí)間上的控制尚無先例，難以判斷。若待基坑開挖，萬一存在不可用的立柱樁，再處理，則費(fèi)用時(shí)間消耗更大。

5 巖溶地面塌陷區(qū)對(duì)立柱樁的影響評(píng)價(jià)

根據(jù)測(cè)繪資料，巖溶地面塌陷區(qū)范圍已經(jīng)完成的立柱樁有LZ-11，LZ-12，LZ-14。由于塌陷漏斗深度至灰?guī)r溶洞頂，影響深度遠(yuǎn)大于立柱樁樁底，因此，該幾根立柱樁從安全的角度，應(yīng)認(rèn)為樁底地層已經(jīng)被擾動(dòng)，且由于土體變形造成單樁承載力和垂直度具有不確定性，難以估計(jì)，按作廢處理，后續(xù)可在未設(shè)立柱的支撐節(jié)點(diǎn)施工立柱樁補(bǔ)強(qiáng)(預(yù)計(jì)增加4根立柱)。

由于塌陷區(qū)土體擾動(dòng)范圍在地面上可認(rèn)為是最大的，而在溶洞頂可認(rèn)為是最小的，據(jù)此推論，塌陷區(qū)影響范圍外的立柱是基本可用的。但建議在后期開挖過程中，對(duì)立柱樁進(jìn)行觀察，若整體出現(xiàn)向塌陷區(qū)傾倒的趨勢(shì)，則可通過焊接槽鋼增強(qiáng)整體性，以達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)的目的。

鑒于塌陷區(qū)土體擾動(dòng)，砂土強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)降低的情況。建議25號(hào)樓立柱重新進(jìn)行調(diào)整，增加立柱的數(shù)量，改梅花形布置為按節(jié)點(diǎn)滿布，在對(duì)巖溶進(jìn)行處理后，再行施工，如圖4，圖5所示。

6 工程處理措施建議

1)對(duì)擬建場(chǎng)地巖溶強(qiáng)發(fā)育的地段，對(duì)灰?guī)r中溶洞進(jìn)行注漿處理，同時(shí)對(duì)表層砂層采用注漿固結(jié)；對(duì)巖溶中等發(fā)育和弱發(fā)育地段，灰?guī)r中溶洞進(jìn)行注漿處理?？傮w原則為“填充溶洞，阻斷砂土漏失通道”。

2)優(yōu)化施工工序，先進(jìn)行巖溶注漿處理，再進(jìn)行工程樁施工，最后進(jìn)行基坑工程施工，避免巖溶地面塌陷對(duì)后期已完成工程樁、支護(hù)樁產(chǎn)生不利影響。

3)優(yōu)化立柱設(shè)計(jì)及施工，增加立柱的數(shù)量，改梅花形布置為按節(jié)點(diǎn)滿布，以保證基坑安全。

4)避免工程樁施工和基坑施工交叉施工，以免工程樁施工過程中產(chǎn)生巖溶地面塌陷，影響基坑施工安全。

從后期工程樁及基坑工程施工過程來看，以上處理方案是可行的。目前基坑工程已經(jīng)順利開挖，安全性均滿足了施工要求。

7 結(jié)語

通過分析本工程巖溶地面塌陷成因及后期處理方案可得到以下結(jié)論：

1)采用沖擊鉆施工是巖溶地面塌陷的主要因素。沖擊鉆施工會(huì)形成飽和液化砂土，具有流動(dòng)性，同時(shí)會(huì)連通巖溶通道，形成砂土漏失，進(jìn)行發(fā)展為巖溶地面塌陷。

2)對(duì)溶洞進(jìn)行注漿處理和表層砂層進(jìn)行注漿固結(jié)，可以阻斷砂土的漏失通道，對(duì)防止溶洞及表層砂土產(chǎn)生漏失是行之有效的方案。

3)合理施工流程，采用“先治理，再基礎(chǔ)施工，先工程樁，再支護(hù)樁”能較好的減少巖溶地面塌陷對(duì)基坑施工的安全風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。