巖溶地區(qū)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)研究

張霖，曹聚鳳，葉安強(qiáng)，蔡輔洲

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局111 地質(zhì)大隊(duì)（貴州地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司），貴陽 550081）

1 引言

巖溶地區(qū)的地層特點(diǎn)是存在紅黏土、填土等特殊性土層，以及溶洞、溶溝、溶槽發(fā)育的巖溶層。 在進(jìn)行巖溶地區(qū)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時，除了有常規(guī)的設(shè)計(jì)內(nèi)容以外，還要有針對巖溶地區(qū)地層特點(diǎn)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。 一部分巖溶地區(qū)基坑失穩(wěn)的原因就是沒有重視基坑側(cè)壁或坑底附近的土洞或巖溶層的處理。

2 巖溶地區(qū)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)

2.1 放坡

當(dāng)場地巖溶發(fā)育較弱，地下水位較深，基坑周邊開闊時，可采用放坡支護(hù)。

2.2 錨桿（索）

錨桿（索）的錨固段應(yīng)避開溶（土）洞，無法避開時，應(yīng)先對溶（土）洞進(jìn)行充填，并增加錨固段的長度[1]。

2.3 支護(hù)樁

支護(hù)樁應(yīng)盡量避開巖溶發(fā)育較大的區(qū)域，無法避開時，應(yīng)盡量少擊穿溶（土）洞，必須擊穿時，應(yīng)采取措施對溶（土）洞進(jìn)行處理，支護(hù)樁的嵌固深度應(yīng)滿足計(jì)算要求。

2.4 土釘墻或復(fù)合土釘墻

存在下列情況之一的巖溶強(qiáng)烈發(fā)育場地，應(yīng)慎用土釘墻或復(fù)合土釘墻支護(hù)：（1） 巖溶水有承壓性或連通性；（2）溶（土）洞高度大于2 m；（3）開挖深度大于7 m 且周邊環(huán)境要求較高[2]。

2.5 地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻宜兼作地下室外墻，可用于巖溶強(qiáng)發(fā)育場地，開挖深度大、變形控制要求嚴(yán)格的基坑。

2.6 內(nèi)支撐

內(nèi)支撐可用于巖溶強(qiáng)發(fā)育場地，當(dāng)基坑周邊有重要建（構(gòu)）筑物、基坑外地下空間不允許被占用時，可采用內(nèi)支撐支護(hù)。

3 巖溶地區(qū)基坑設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

3.1 土巖接觸帶

由于巖溶地區(qū)半土半巖的基坑較多，基巖面起伏較大，進(jìn)行基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時，要充分研究勘察報告，盡可能掌握地層變化及土巖接觸帶的位置，當(dāng)基坑底位于土巖接觸帶時，要進(jìn)行整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。

3.2 特殊性土

當(dāng)場地含有紅黏土、填土等特殊性土?xí)r，要根據(jù)其特點(diǎn)合理選擇物理力學(xué)指標(biāo)。 紅黏土具有上硬下軟、 遇水軟化的特點(diǎn)，宜按含水率、液性指數(shù)和塑性指數(shù)分層計(jì)算土壓力；當(dāng)填土為黏性土類時，宜按黏性土計(jì)算土壓力，當(dāng)填土為非黏性土類時，宜按砂土類土計(jì)算土壓力。

3.3 地下水控制

由于巖溶的存在為地下水賦存和轉(zhuǎn)移提供了條件， 基坑的降排水可能對周邊環(huán)境產(chǎn)生影響，因此，應(yīng)重視巖溶地區(qū)基坑的地下水控制，合理選擇截水、降水、排水措施，防止發(fā)生涌水、突泥、地面沉陷等事故。 在基坑開挖過程中，要詳細(xì)記錄坡體出水點(diǎn)的位置、水量和出水狀態(tài)，及時對地下水控制措施進(jìn)行調(diào)整。

3.4 動態(tài)化設(shè)計(jì)

當(dāng)施工過程中揭露的巖土層性狀或地下水情況與勘察報告不符或出現(xiàn)異常時，應(yīng)動態(tài)調(diào)整基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案。 例如，根據(jù)已施工的錨桿（索）鉆孔判定溶（土）洞的位置和大小，通過調(diào)整錨桿（索）的角度和位置，使其錨固段盡量避開溶（土）洞，無法避開時，應(yīng)采取有效措施解決溶（土）洞問題[3]。

3.5 基坑監(jiān)測

除了常規(guī)的位移監(jiān)測、基坑周邊建（構(gòu)）筑物、地面沉降監(jiān)測以外，尚應(yīng)根據(jù)巖溶場地的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，有針對性地布置監(jiān)測點(diǎn)，增加監(jiān)測內(nèi)容[4]。 將監(jiān)測數(shù)據(jù)與預(yù)測值相比較，判斷前期的施工工藝和參數(shù)是否符合要求，進(jìn)一步優(yōu)化施工方案，做好信息化施工。

4 巖溶地區(qū)基坑設(shè)計(jì)實(shí)例

4.1 工程概況

該項(xiàng)目位于貴州省遵義市匯川區(qū)，擬建物為住宅樓，地上26 層，地下4 層，基坑開挖深度為11.6～17.9 m?；?xùn)|西兩側(cè)有較大的放坡空間，南北兩側(cè)放坡空間較小，基坑?xùn)|側(cè)坡頂有市政道路，南側(cè)坡頂有重要建筑物。 基坑周邊環(huán)境較復(fù)雜，破壞后果很嚴(yán)重，基坑安全等級為一級，采用臨時性支護(hù)，有效支護(hù)時間不超過兩年。

4.2 工程地質(zhì)條件

場地巖土主要由填土、紅黏土和基巖構(gòu)成：（1）填土（Q4ml）：褐黃色，由黏土夾塊石回填，結(jié)構(gòu)松散，新近回填，力學(xué)強(qiáng)度低，厚度一般0.50～4.70 m；（2）紅黏土（Q4el＋dl）：褐黃色，可塑，場地大部分地段均有分布，厚度一般1.80～6.00 m；（3）基巖（O2b）：場地基巖為奧陶系中統(tǒng)寶塔組薄至厚層石灰?guī)r， 基巖面起伏較大，大部分地段出露地表，隱晶結(jié)構(gòu)，巖體較完整，巖質(zhì)較硬，以中風(fēng)化為主， 局部孔位見強(qiáng)風(fēng)化層， 強(qiáng)風(fēng)化巖層厚度一般0.50～8.80 m，中風(fēng)化巖層厚度一般0.80～12.4 m，鉆探未揭穿。

巖層單向傾斜，產(chǎn)狀為143°∠17°，巖層層面平直光滑，巖屑充填，張開度＜3.0 mm，結(jié)合差，屬于硬性結(jié)構(gòu)面；場地基巖節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要有兩組：（1）產(chǎn)狀330°∠75°，節(jié)理裂隙面平直光滑，發(fā)育間距0.5～1.8 m，延伸長度0.1～0.6 m，張開度＜3 mm，巖屑夾泥充填，結(jié)合差，屬于硬性結(jié)構(gòu)面；（2）產(chǎn)狀245°∠90°，節(jié)理裂隙面平直光滑，發(fā)育間距0.2～1.0 m，延伸長度0.2～1.0 m，張開度＜3 mm，巖屑夾泥充填，結(jié)合差，屬于硬性結(jié)構(gòu)面。

4.3 水文地質(zhì)條件

場地地下水類型主要為第四系松散土層孔隙水和碳酸鹽巖巖溶裂隙水。場地內(nèi)地下水以大氣降水為主要補(bǔ)給源。降水通過巖溶裂隙、溶孔、溶洞等滲入地下形成徑流，受地形地貌、巖層產(chǎn)狀及構(gòu)造等因素影響， 場地內(nèi)地下水總體由北東向南西徑流。 水位的變化除了受季節(jié)控制外，不同地貌部位水位升降幅度有明顯差異，場地位于地下水徑流地帶，地下水位變化幅度一般為3.00～5.00 m。

4.4 不良地質(zhì)現(xiàn)象

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查， 本場地及周邊地段無滑坡、崩塌、地面塌陷及泥石流等地質(zhì)災(zāi)害存在。 場地下伏基巖屬可溶性碳酸鹽類巖石，基巖面起伏較大，溶洞、溶溝、溶槽發(fā)育，不良地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為巖溶強(qiáng)發(fā)育。

4.5 設(shè)計(jì)參數(shù)

巖土體物理力學(xué)參數(shù)依據(jù)地勘報告、區(qū)域工程經(jīng)驗(yàn)、實(shí)際踏勘情況，結(jié)合相關(guān)規(guī)范確定，取值如下：

1）素填土：重度為17.0 kN/m3，黏聚力為15 kPa，內(nèi)摩擦角為5°，土體與水泥漿黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為15 kPa；

2）可塑紅黏土：重度為17.2 kN/m3，黏聚力為27.5 kPa，內(nèi)摩擦角為6.5°，土體與水泥漿黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為40.0 kPa；

3）中風(fēng)化灰?guī)r：重度為27.1 kN/m3，黏聚力為300.0 kPa，內(nèi)摩擦角為34.2°，承載力特征值為4 500 kPa，巖體與水泥漿黏結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為1 200.0 kPa；

4）巖體層面：黏聚力為50 kPa，內(nèi)摩擦角為18°；

5）節(jié)理裂隙面：黏聚力為50 kPa，內(nèi)摩擦角為18°。

4.6 支護(hù)結(jié)構(gòu)

綜合考慮建筑周邊場地特征、 用地范圍及基坑邊坡巖土特征，選用以下支護(hù)結(jié)構(gòu)。

1）放坡：二級放坡，第一級高9.5～10.9 m，坡率1∶0.2～1∶0.5；第二級高0～8.15 m，坡率1∶0.5～1∶1.5。

2）錨噴支護(hù)：錨桿長6.0～9.0 m，矩形布置，間距1.5～2.0 m；坡面掛網(wǎng)φ6.5 mm@200 mm 單層雙向，噴射C20 細(xì)石混凝土厚80 mm。

3）排樁+預(yù)應(yīng)力錨索+擋土板：樁φ1 200 mm@4.0 m，樁頂設(shè)置冠梁@1 200 mm×800 mm，錨索間距3.5～4.0 m，樁間擋土板厚300 mm。

4）雙排樁+ 擋土板：前排樁φ1 200 mm@1.6 m，后排樁φ1 200 mm@3.2 m，樁頂設(shè)置冠梁@1200 mm×800 mm，樁間擋土板厚300 mm。

基坑支護(hù)后的現(xiàn)場圖片如圖1～圖3 所示。

圖1 基坑支護(hù)后的現(xiàn)場圖片（東側(cè)）

圖2 基坑支護(hù)后的現(xiàn)場圖片（西側(cè)）

圖3 基坑支護(hù)后的現(xiàn)場圖片（南側(cè)）

4.7 地下水控制

1）坡面設(shè)泄水孔，為φ100 mmPVC 塑料管，矩形布置，間距2～3 m，泄水孔向外傾斜5%的坡度。

2）基坑四周地表設(shè)截水溝，基坑內(nèi)設(shè)排水溝和集水井，集水井沿基坑底邊角設(shè)置，間距20～40 m。

4.8 基坑支護(hù)特殊情況處理

由于本場地位于巖溶強(qiáng)發(fā)育地段， 尤其要注意施工中揭露的巖土性狀與勘察報告是否相符， 做好動態(tài)化設(shè)計(jì)和信息化施工。 首先，根據(jù)已施工的支護(hù)樁揭露的地質(zhì)情況，修正地質(zhì)剖面中土巖接觸帶的位置和溶洞的分布狀況， 對支護(hù)樁的嵌固深度進(jìn)行動態(tài)設(shè)計(jì)；其次根據(jù)已施工的錨桿（索）鉆孔及注漿情況判斷巖面及溶洞的位置和大小，通過調(diào)整錨桿（索）的角度和位置，使其錨固段盡量避開溶洞，當(dāng)溶洞較大無法避開時，用素混凝土充填后再施工錨桿（索）。

5 結(jié)論

1）在進(jìn)行巖溶地區(qū)基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時，要結(jié)合巖溶發(fā)育程度、規(guī)模、大小等選擇合適的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

2）除了選擇合適的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)以外，還有一些問題需要特別注意，如土巖接觸帶、特殊性土、地下水控制、動態(tài)化設(shè)計(jì)、基坑監(jiān)測等。

3）除了有常規(guī)的設(shè)計(jì)內(nèi)容以外，還要有針對巖溶地區(qū)地層特點(diǎn)的設(shè)計(jì)內(nèi)容。 要綜合考慮工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件以及巖溶等不良地質(zhì)現(xiàn)象的影響， 選擇合理的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和地下水控制措施， 并根據(jù)施工揭露的地層信息動態(tài)化調(diào)整基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案。