富水砂土巖溶復(fù)合地層基坑開(kāi)挖施工風(fēng)險(xiǎn)控制

李新明

（廣州軌道交通建設(shè)監(jiān)理有限公司，廣州 510010）

1 車站概況

聚龍站沿石槎路與西槎路南北敷設(shè)，全長(zhǎng)575.1m，標(biāo)準(zhǔn)段寬為23.1m，基坑開(kāi)挖深度為17.3～20.8m（局部深27.3m）。主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm、1000mm 厚地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐，基坑安全等級(jí)為一級(jí)。地下連續(xù)墻采用C35 水下混凝土，接頭采用工字鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)豎向設(shè)置3 道支撐。

車站周邊建筑物多，有荔灣聚龍工業(yè)區(qū)、荔灣新苑住宅區(qū)、溪雨裝飾商貿(mào)城、耀億國(guó)際茶葉城等。周邊管線眾多，有污水管、雨水管、供水管、煤氣管、電信管線等，沿車站周邊橫跨附屬結(jié)構(gòu)布置。

2 工程地質(zhì)

車站基坑開(kāi)挖平均深度為18.3～20.3m，換乘節(jié)點(diǎn)處開(kāi)挖深度為27.0m，開(kāi)挖深度范圍內(nèi)主要地層為人工填土層＜1＞、中粗砂＜3-2＞、礫砂＜3-3＞、可塑狀粉質(zhì)黏土＜4N-2＞、中風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r＜8C-1＞、微風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r＜9C-1＞、微風(fēng)化灰?guī)r＜9C-2＞。車站底板以下地層主要為中風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r＜8C-1＞、微風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r＜9C-2＞，基底以下存在多處溶洞（見(jiàn)圖1）。

主要不良地質(zhì)問(wèn)題為巖溶（土）洞、富水砂土層分布，據(jù)初勘報(bào)告資料聚龍站位于軟土地基沉降及巖溶塌陷風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，揭露基巖主要為石炭系灰?guī)r、溶洞發(fā)育、石炭系灰?guī)r＜8C-2＞＜9C-2＞中巖溶見(jiàn)洞率74.3%，主要位于車站北段。炭質(zhì)灰?guī)r＜8C-1＞＜9C-1＞中見(jiàn)洞率為8.11%，主要位于車站南段。上覆富水砂土層連續(xù)分布，占基坑土方20%。勘察范圍內(nèi)所有鉆孔均遇見(jiàn)地下水。勘察時(shí)測(cè)得鉆孔中初見(jiàn)水位埋深為2.10～4.70m，砂土層覆于灰?guī)r上。

圖1 車站地層地質(zhì)剖面圖

3 基坑開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)分析

結(jié)合基坑設(shè)計(jì)施工內(nèi)容，工程水文地質(zhì)和周邊環(huán)境等特點(diǎn)，基坑開(kāi)挖主要風(fēng)險(xiǎn)有：

1）聚龍站基坑自身結(jié)構(gòu)開(kāi)挖深達(dá)27.3m，施工中可能出現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、開(kāi)裂，墻縫或地基涌水、涌砂、地面沉降、坑底隆起等情況可能造成圍護(hù)和支撐結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

2）車站周邊環(huán)境復(fù)雜，地下管線密布。管線遷改完成后，DN1600mm 供水、110kV 高壓電纜及φ300mm 煤氣管為橫跨車站結(jié)構(gòu)需懸吊保護(hù)，另有多條市政管道位于車站結(jié)構(gòu)兩側(cè)。車站東側(cè)建筑物距離較近，建筑物基礎(chǔ)薄弱，車站西側(cè)現(xiàn)有建筑物破損嚴(yán)重。開(kāi)挖過(guò)程失水沉降、土體位移、會(huì)造成建筑物和管線破壞。

3）在富水砂土巖溶發(fā)育地層中。下伏灰?guī)r溶洞和裂隙發(fā)育，上覆富水砂土層連續(xù)，這種復(fù)合地層在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工和基坑開(kāi)挖過(guò)程中更易發(fā)生地面坍塌、圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水、基坑涌水、涌泥，甚至在勘察過(guò)程中就發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

4 基坑開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)控制

4.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)“一槽兩鉆”查清基巖面和溶洞發(fā)育情況

“一槽兩鉆”施工采用鉆探和取芯鑒定方法，查明基巖面起伏和溶土洞分布狀況，如果鑒別為有溶土洞，則查明溶土洞發(fā)育深度、高度和填充物等。

溶洞處理以“地連墻以下3m 范圍需進(jìn)行注漿加固”為原則，超前鉆孔深為地連墻（或臨時(shí)立柱）底以下3m。

4.2 對(duì)勘察發(fā)現(xiàn)溶洞作預(yù)先處理，確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量安全

溶（土）洞處理方法遵循“探、處、檢”原則，補(bǔ)充勘察及探摸邊界，對(duì)發(fā)現(xiàn)溶洞作注漿充填，注漿效果檢測(cè)合格后方可施工連續(xù)墻。

1）補(bǔ)充勘察：主要針對(duì)連續(xù)墻做“一槽兩鉆”，查清基巖面起伏，確認(rèn)有無(wú)溶洞發(fā)育。

2）注漿充填：“一槽兩鉆”若有溶洞發(fā)育，則做探邊及注漿處理。

3）對(duì)注漿效果進(jìn)行檢測(cè)，合格后方可施工地下連續(xù)墻。

4）鉆孔作業(yè)過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)控制，如鉆孔穿過(guò)溶（土）洞或巖溶裂隙，發(fā)生水力聯(lián)系形成走水走砂通道可造成地面坍塌。應(yīng)提前做好地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)，做好監(jiān)測(cè)。對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行硬化，加大設(shè)備地面接觸面積，防止坍塌，加強(qiáng)巡查，做好應(yīng)對(duì)工作。

4.3 對(duì)周邊建筑物作監(jiān)測(cè)和加固保護(hù)

1）對(duì)建筑物跟蹤注漿。根據(jù)房屋鑒定報(bào)告車站周邊建筑物已有破損，車站施工造成地面沉降可能導(dǎo)致周邊建筑物結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，基坑開(kāi)挖前對(duì)開(kāi)挖影響范圍內(nèi)建筑物跟蹤注漿，周邊建筑物注漿保護(hù)施工剖面圖（見(jiàn)圖2）。

圖2 建筑物保護(hù)剖面圖

2）對(duì)車站兩側(cè)淤泥層及富水砂土層位置作攪拌樁加固。聚龍站北端頭＜4-2A＞淤泥層較厚，東側(cè)耀億國(guó)際茶葉批發(fā)城252.3m 范圍淤泥層平均厚度8.2m；西側(cè)石井水泥廠232.2m 范圍淤泥層平均厚度7m。車站南頭＜3-3＞砂層較厚。地質(zhì)條件差，連續(xù)墻施工過(guò)程中可能引起地面塌陷，研究對(duì)其進(jìn)行攪拌樁加固處理。采用φ800mm@800mm 大直徑攪拌樁位于圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)，水泥摻量為加固土體重量20%，水泥采用42.5R 級(jí)硅酸鹽早強(qiáng)水泥，水灰比為0.45～0.5。加固深度為＜4-2A＞淤泥層頂至底層以下1m，若淤泥層下方為灰?guī)r則加固至灰?guī)r面；若為砂層，加固深度自砂層頂至灰?guī)r。

4.4 地下連續(xù)墻成槽施工風(fēng)險(xiǎn)控制

1）未處理好溶洞會(huì)造成槽段坍塌。要求對(duì)已處理溶洞進(jìn)行檢測(cè)，合格后方可開(kāi)槽。由于巖溶溶洞客觀存在探不明，處理不徹底的情況，在成槽作業(yè)過(guò)程中振動(dòng)或沖穿溶洞造成上部富水砂土漏入溶洞時(shí)，會(huì)造成地面沉降甚至坍塌情況。要求做好地面監(jiān)測(cè)，加大設(shè)備與地面接觸面積，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)巡查做好應(yīng)急。

2）溶洞發(fā)育、巖面不規(guī)則、斜孔、卡錘造成連續(xù)墻體不閉合。這種情況會(huì)給后續(xù)基坑開(kāi)挖帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)，包括墻體接縫不閉合、墻腳邁步、斜孔造成結(jié)構(gòu)傾斜、鼓包等。這些情況在基坑開(kāi)挖時(shí)會(huì)造成滲漏水，墻腳涌水涌泥等。要求成槽施工過(guò)程中做好垂直度控制，泥漿質(zhì)量控制，選擇適合的成槽設(shè)備，保證成槽質(zhì)量。

3）基巖沖鉆時(shí)間長(zhǎng)、效率低，造成塌孔。當(dāng)沖鉆基巖時(shí)，由于效率低、震動(dòng)大、容易在沖鉆基巖過(guò)程中，發(fā)生上部砂土層坍塌，或是沖穿基巖溶洞造成漏漿漏砂情況，進(jìn)而造成塌孔或地面坍塌。要求施工工序連續(xù)不停頓，做好泥漿質(zhì)量控制，選擇高效的基巖成槽設(shè)備，包括篩分機(jī)、旋挖鉆和雙輪銑成槽機(jī)等。

4）基巖面判斷不正確，地下連續(xù)墻嵌巖深度不夠，后續(xù)基坑開(kāi)挖造成變形過(guò)大或地下連續(xù)墻踢腳失穩(wěn)。在作 “一槽兩鉆” 時(shí)做好基巖面確認(rèn)，編制正式補(bǔ)勘報(bào)告。基坑開(kāi)挖前做好上墻圖表，明確各槽深及入巖深度。成槽過(guò)程中做好成槽記錄，到基巖面時(shí)施工監(jiān)理進(jìn)行雙確認(rèn)，對(duì)巖樣進(jìn)行標(biāo)記并留存。

4.5 基坑降水，做好試抽水

1）降水井設(shè)計(jì)。聚龍站圍護(hù)結(jié)構(gòu)已進(jìn)入基巖，理論上隔斷坑內(nèi)外地下水水力聯(lián)系，疏干降水設(shè)計(jì)根據(jù)單井有效抽水面積200m2進(jìn)行計(jì)算，基坑共布置疏干井68 口疏干井。井管采用直徑273mm、壁厚3mm 鋼管，濾管為同規(guī)格橋式濾水管，底部設(shè)1m 沉淀管，上部設(shè) 4～6m 實(shí)管，濾管長(zhǎng)度根據(jù)地層及井深變化，濾管外包80 目錦綸濾網(wǎng)，濾料中粗砂。

2）做好試抽水。（1）基坑內(nèi)進(jìn)行抽水試驗(yàn)，觀測(cè)坑外水位變化情況，判斷圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水效果，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)缺陷提前處理。（2）開(kāi)挖過(guò)程中密切監(jiān)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的滲漏水情況，一旦發(fā)現(xiàn)立即封堵，防止長(zhǎng)時(shí)間漏水帶砂，導(dǎo)致坑外地層掏空。（3）基坑開(kāi)挖過(guò)程中監(jiān)測(cè)坑外水位及地面沉降變化，根據(jù)觀測(cè)結(jié)果及時(shí)開(kāi)啟坑外回灌工作。

4.6 壓力回灌井施工，控制坑外水位下降

1）設(shè)置回灌井。增設(shè)回灌井平面布置，車站南端設(shè)置29 口，井直徑為150mm，平面間距約25m，車站北端設(shè)置30 口，井直徑為91mm，平面間距約15m（見(jiàn)圖3）。

圖3 回灌井平面布置

壓力回灌井作用是將基底內(nèi)來(lái)水，通過(guò)抽水系統(tǒng)及回灌系統(tǒng)回灌到基坑外作補(bǔ)充，使涌水量與回灌量基本相等，以達(dá)到整個(gè)水系平衡。

回灌效果。在富水砂土巖溶復(fù)合地層地下連續(xù)墻實(shí)際上并不能完全隔斷坑內(nèi)外水力聯(lián)系，為控制地下水流失，尤其是砂層水流失，保證周邊構(gòu)筑物安全，基坑周邊回灌井均為加壓回灌，壓力值控制為0.3MPa。

回灌加壓系統(tǒng)加壓范圍為50～300kPa（0.5～3bar），根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作狀況設(shè)置多級(jí)離心泵加壓值。多級(jí)離心泵持續(xù)抽水通過(guò)管道回灌至回灌井。通過(guò)回灌井及時(shí)補(bǔ)充基坑外地下水，有效防止外圍水位下降而導(dǎo)致周邊地表以及建構(gòu)筑物沉降過(guò)大情況發(fā)生[1]。

4.7 基坑開(kāi)挖監(jiān)測(cè)，信息化指導(dǎo)施工

1）監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及頻率要求。在開(kāi)挖過(guò)程中按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)工作，并及時(shí)分析反饋數(shù)據(jù)做到信息化施工。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及監(jiān)測(cè)頻率見(jiàn)表1。當(dāng)數(shù)據(jù)超標(biāo)、場(chǎng)地條件變化較大、發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)事故征兆時(shí)，適當(dāng)加密監(jiān)測(cè)頻率。

表1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及頻率表

2）采用自動(dòng)化水位監(jiān)測(cè)?；油鈧?cè)設(shè)置4 個(gè)自動(dòng)化水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。水位計(jì)埋設(shè)于水位監(jiān)測(cè)井管內(nèi)，地下水位自動(dòng)化監(jiān)測(cè)裝置每小時(shí)采集1 次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，每2h 上報(bào)1 次實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，使用者通過(guò)客戶端（電腦及手機(jī)）能及時(shí)查看每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)精確度高指導(dǎo)回灌井作業(yè)，有效防止因地下水位變化造成周邊構(gòu)建筑沉降。

3）車站基坑監(jiān)測(cè)評(píng)估。在車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前，對(duì)周邊地表、管線及建筑物按設(shè)計(jì)圖紙布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工期間施工對(duì)周邊地表及建筑物影響極小。在第一層土方開(kāi)挖完畢之后各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化速率均無(wú)異常；在第二層土方開(kāi)挖期間各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化速率整體無(wú)異常；在第三層土方開(kāi)挖期間各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)隨開(kāi)挖深度增加而有所變化。其中，第二道支撐軸力及圍護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)斜最為明顯；在整體監(jiān)測(cè)過(guò)程中第二道支撐軸力受力最大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)斜基本在第二道支撐處有明顯向基坑開(kāi)挖方向變化趨勢(shì)。同時(shí)，在第三層土方開(kāi)挖期間，臨近基坑地表及建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)由于基坑一側(cè)土體失壓存在不同程度沉降。此種變化在基坑第三層土方開(kāi)挖過(guò)程較為明顯。一般開(kāi)挖至基底后，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)保持穩(wěn)定，基坑開(kāi)挖過(guò)程未出現(xiàn)明顯報(bào)警情況，總體安全可控。圖4、圖5 是基坑開(kāi)挖期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間曲線圖。

圖4 周邊建筑物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

圖5 圍護(hù)墻監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

5 結(jié)語(yǔ)

在富水砂土巖溶復(fù)合地層基坑開(kāi)挖，巖溶地區(qū)工程地質(zhì)條件十分復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)控制關(guān)鍵在于對(duì)富水砂土層、溶洞和巖溶裂隙等影響因素進(jìn)行控制。做好巖溶區(qū)溶洞處理是前提，針對(duì)性地采取地基加固和坑外水壓力回灌，監(jiān)測(cè)信息化指導(dǎo)施工，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，做好應(yīng)急工作，能為基坑安全施工提供保障。