深圳某基坑工程岩溶地基处理案例分析*

蒋 毅 王 罡 任晓光 杨晶明 胡俊杰

(1.中冶建筑研究总院(深圳)有限公司， 广东深圳 518055； 2.中国京冶工程技术有限公司， 北京 100088)

0 引 言

我国是世界上岩溶较发育的国家，可溶性碳酸盐岩分布面积达3.44×106km2以上，占国土面积约1/3，其中碳酸盐岩出露面积约91万km2，为岩溶的发育提供了有利条件[1]。改革开放以来，随着经济建设的快速发展，我国在碳酸盐岩分布地区兴建了大量建筑与基础设施工程[2-4]。由于岩溶地质作用，会形成溶洞、土洞或岩溶塌陷，显著影响建筑物地基稳定性，地基承载能力差。国内已有较多学者和工程技术人员针对岩溶地基(溶洞地基、土洞地基、塌陷地基)开展相关研究[5-9]。例如，蒋继昭[10]等基于溶洞塌塞式和岩溶化地基承载力计算方法对端承桩的岩溶问题进行计算评价，评价了桩基嵌岩和冲刷问题。王建秀[11]等用“盖层土体-薄顶板无充填溶洞力学系统”的稳定性解释岩溶塌陷稳定性。沈清林[12]介绍了岩溶区某高层建筑采用旋喷桩加固地基的成功经验。李忠铭[13]分析了桂林市新解放桥桥基岩体溶洞顶板稳定性的影响因素，采用结构力学分析方法研究各影响因素对溶洞顶板稳定性的影响及变化规律，得出了各墩台溶洞顶板在岩土自重及外荷载作用下的稳定情况。陈忠平[14]通过工程实例，研究了有上覆土层的浅层岩溶路基塌陷防治的灌浆技术。林鲁生等[15]以深圳龙岗区创投大厦的设计与施工为案例，分析了岩溶地区高层建筑地基基础的设计与施工，并提出岩溶地基的工程难点与应急措施。

由于岩溶地质条件具有很强的地域特性，不同地区所适合采用的岩溶地基处理方法不尽相同，而前文林鲁生针对深圳龙岗创投大厦的案例属于深圳市岩溶地区高层建筑的地基基础处理案例，不完全具有普适性，因此，本研究以深圳市大鹏新区某基坑工程为例，首先综合分析该工程的复杂岩土地质条件，尤其是岩溶发育特征，然后有针对性地提出岩溶地基处理方法，以期为深圳地区类似工程的岩溶地基处理提供参考。

1 深圳市某基坑工程概况

某基坑工程项目地处深圳市大鹏新区，重要性等级为一级。项目用地面积9.7万m2，总建筑面积约58.8万m2。规划建筑为市属三级综合医院，由1栋裙楼和2栋塔楼组成，包括住院楼、康复中心、门诊医技楼、行政楼、宿舍楼以及地下室等，设计床位总规模为2 000张，辐射深圳东部及临深地区，重点发展康复医疗。

该基坑工程的正射影像与BIM设计模型如图1所示，开挖深度为13.30～13.80 m，基坑开挖范围线为地下室轮廓线外扩1.5 m，1、2层地下室不重合。地下1层基坑底边线周长约1 175 m，基坑开挖底面积为6.1万 m2；地下2层基坑底边线周长约960 m，基坑开挖面积为5.4万 m2。

2 工程地质条件

2.1 地层岩性与地质构造

2.1.1场地背景

深圳地区基岩主要以燕山期花岗岩为主，部分地区发育石炭系灰岩，在长期岩溶地质作用下，成为隐伏岩溶发育区。广东省碳酸盐岩出露面积约2.9万km2，肇庆、江门、佛山、广州、深圳等地区均有不同程度的岩溶分布，但岩溶发育程度不均匀。深圳市属于岩溶发育区，发育带主要集中在龙岗区、坪山新区和大鹏新区等地。某基坑工程所处的大鹏新区岩溶较为发育，属于岩溶溶洞、土洞多发区。大量石灰岩隐伏于溶蚀洼地松散堆积层下部，在长期岩溶地质作用下，使得地下存在溶洞、土洞、暗河等，工程地质条件较差[16]。深圳地区的岩溶类型主要为覆盖型和埋藏型。

在区域大地构造上，深圳位于华南褶皱系的紫金—惠阳凹褶断束的西南部、五华—深圳大断裂带南西段，高要—惠来东西向构造带中段的南缘地带。区内构造活动频繁，前加里东运动、加里东运动、华力西—印支运动、燕山运动、喜马拉雅运动均有不同程度的影响。由于受到多期复杂的构造运动，形成了以北东向及北西向构造为主，兼有近东西向及近南北向构造，逐渐形成如今的复杂地质构造背景。岩层产状缓倾，基岩垂向裂隙较发育，易形成溶沟溶槽，且存在可溶性岩与非可溶性岩接触带或不整合面，易于地下水垂向及水平向活动，从而形成溶洞等岩溶发育形态。

2.1.2场地地层岩性与地质构造

某基坑工程项目岩土工程地质条件较差，不良地质作用发育，为中等复杂场地。岩土工程详细勘察结果表明：场地内地层主要为第四系人工填土层(Qml)、第四系坡积层(Qdl)、第四系坡残积层(Qdl+el)，下伏基岩为石炭系下统灰岩(C1)，部分基岩为燕山晚期花岗岩及辉绿岩脉(图2)。

场地岩土种类较多，分布不均匀，且性质变化较大，存在软塑状粉质黏土、风化岩和残积土等特殊性岩土。基坑内基岩露头以灰岩为主，溶蚀作用强烈，石炭系下统测水组灰岩(C1c)与下伏石凳子组灰岩(C1 s)之间为整合或平行不整合接触，产状相近。场地内不良地质作用主要为岩溶。

本工程场区附近发育两条断裂构造，分别为北东向的葵涌断裂组和东西向的径心背西断裂组，两组断裂没有全新世活动迹象，并且不在场地内部，因此不会对本工程场地稳定性产生不利影响。

2.2 场地岩溶发育特征

该基坑工程详细钻孔地质勘察显示，场地内岩溶发育特征如下：

场地岩溶发育范围主要集中在西侧及东侧(图3)，与地下室交汇面积约2.8万m2。灰岩表面溶沟、溶槽发育，造成岩面起伏变化较大。场地东侧地层剖面图显示：水平溶洞发育程度强于竖向溶洞的发育，部分溶洞呈串珠状分布(图4)。场地内钻遇灰岩地层的钻孔共340个，其中钻遇溶洞的钻孔131个，占比38.5%。场地溶洞以单层中小型溶洞为主。在131个见溶洞钻孔中，单层溶洞的钻孔83个，占钻遇溶洞钻孔的63.4%，多层溶洞的钻孔有48个，占钻遇溶洞钻孔的36.6%。在131个见溶洞钻孔中，共计溶洞221个，其中小型溶洞190个，占比85.97%；中型18个，占比8.15%；大型溶洞13个，占比5.88%；以溶洞高度为分类依据：小型溶洞≤5 m，5 m<中型溶洞≤10 m，大型溶洞>10 m。高密度电法视电阻率物探解译成果表明：深部视电阻率值较低且未增高，结合地质钻孔与区域地质资料将勘查区地层划分为两层：覆盖层(黏土层)与风化层(破碎岩体)，覆盖层厚度介于1～28 m之间(图5)。物探解译成果与地质钻孔揭露地层具有较好的对应关系。

场地详勘结果表明：该基坑工程整体受岩溶发育影响较为严重，为岩溶强发育场地，以中、小型充填溶洞为主，洞隙连通性较好；地下水活动及富水性一般；上覆土层主要为坡积粉质黏土、第四系坡残积粉质黏土和粉质黏土。当基坑开挖后，岩溶埋藏较浅，且岩溶充填物大部分为软弱土体，顶板岩石厚度较薄，溶洞发育部位存在产生地面沉降和塌陷的潜在危险。

2.3 场地地基稳定性评价

该工程场地抗震设防烈度为7度，无活动断裂，不存在发生泥石流的条件，未见液化土层，不存在能发生软土震陷的软土。场地内岩溶强发育，存在岩溶塌陷的可能性，因此需对岩溶进行妥善处治，否则可能会发生崩塌、滑坡或岩溶地质灾害。场地内除基岩因溶蚀而形成溶洞外，未遇见软弱夹层。拟建场地存在人工填土和软塑状粉质黏土等特殊性土，软塑状粉质黏土多分布于微风化灰岩顶面，受不均匀溶蚀影响微风化灰岩顶面起伏较大，在上部荷载或外力作用下，有沿岩土交界面滑动的可能。当建筑物以微风化灰岩、中风化花岗岩、中风化辉绿岩作为基础持力层时，不会发生地基失稳现象。

3 岩溶地基处理与基础选型

3.1 常规岩溶地基处理方法

常规岩溶地基处理方法一般为：当地基岩层中含石膏、岩盐等易溶矿物时，需考虑溶蚀作用的不利影响；针对含溶洞、土洞的地基处理，根据其形态、大小及埋深，采用换填、浅层楔状填塞、洞底支撑、梁板跨越、调整柱距等方法；岩溶水应采取疏导原则；未经有效处理的隐伏土洞、溶洞或岩溶塌陷影响范围内不宜作天然地基；土洞、溶洞与塌陷的处理宜采用地表截流、防治堵漏、挖填灌填岩溶通道、通气降压等方法，同时采用梁板跨越；重要建筑物应采用桩(墩)基形式，当采用桩(墩)基时，优先采用大直径墩基或嵌岩桩；应采取合理措施防止地下水堵塞造成水压力对基坑底板、地坪、道路等产生不良影响。

3.2 溶洞处理与CFG桩复合地基

由于本基坑工程场地溶洞发育，地基承载力差，易引起主体不均匀沉降，给后期主体及邻近建筑物带来安全隐患，因此需要进行场地溶洞处理。结合场地岩溶地质发育情况，本研究认为常规岩溶地基处理方法难以满足该工程地基承载力要求，因此提出了更有针对性的溶洞处理设计方案：在溶洞所在位置布置注浆孔，间距2 m，梅花形布置，采用袖阀管注浆，注浆压力为1.0 MPa，注浆孔与检查孔严格封孔。溶洞处理的目的是为了加固溶洞填充物和填满溶洞空间并达到一定的强度(5 MPa以上)，通过高压注浆，使填充物被压溃、劈裂、挤压、水化、置换，达到封堵溶缝隔绝水源的作用，并将填充物转变为具有一定强度的结石体或硬塑土，防止基础桩承载力受不利影响和桩基施工时地面沉陷等情况的发生，提高溶洞中土体的承载力和抗剪力。

除采用注浆加固地基以外，鉴于场地岩溶发育情况，该项目整体地基基础采用CFG桩+筏板基础形式。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩，属于复合地基处理方法。这种支护方案的优点在于经济性好、适用性广、施工简便、工期短，CFG桩一般掺入工业废料粉煤灰，充分发挥桩间土的承载能力，能显著提高承载能力。该基坑工程岩溶发育，采用CFG桩+筏板基础，虽然CFG桩的单桩荷载小，但桩数量多，能有效分散荷载，降低溶洞带来的风险。相比于传统的换填法，本案例所采用的岩溶地基处理方法能够节约成本、节省工期，施工简便，环境扰动小，并且能够显著改善地基承载力，确保工程安全。

4 结束语

深圳地区岩溶地层主要分布在东部，其中以龙岗区、大鹏新区发育较多，岩溶塌陷、溶洞、土洞发育，且多为覆盖型岩溶，显著影响建筑地基稳定性，地基承载能力差。

某基坑工程位于深圳市大鹏新区，场地岩溶强发育，溶洞、土洞发育，其中绝大部分为中小型溶洞。岩溶区地基承载力差，易引起主体不均匀沉降，带来安全隐患。因此针对该工程岩溶地质的实际情况，首先利用高压注浆方式进行溶洞处理，提高岩溶地基承载力，然后整体地基基础采用CFG桩复合地基+筏板基础，充分发挥桩体与桩间土体的共同承载作用，提高地基承载力。相对于传统的换填处理方法，该方法具有节约施工成本、节省工期、施工简便的优势。该工程案例对深圳地区岩溶地基处理具有重要的参考意义，也可为未来类似工程提供有价值的参考依据。