广州地铁某融资综合枢纽工程项目位于广州市荔湾区地铁1号线坑口站站前, 南靠花地大道立交, 东联芳村汽车客运站, 为大型综合体项目, 集商业、娱乐、办公及交通于一体。项目总建筑面积18万m², 其中地上建筑面积12.5万m², 地下建筑面积5.5万m²。9层以上为南北双塔办公楼, 北塔B1号楼为33层, 结构总高度为144.6m;南塔B2号楼为29层, 结构总高度129m;裙房8层, 主要有商场、超市、电影院等;地下室共5层, 主要用作交通车库、设备用房等, 5层地下室最大埋深20m。

拟建场地由第四系 (Q) 覆盖层及下伏基岩上白垩统大朗山组三元里段 (K2d²) 组成, 地层分布从上至下为 (1) 杂填土、 (2) 淤泥及淤泥质土、 (5) ₂粉质黏土、 (5) ₃中砂、 (6) 全风化泥质砂岩、 (7) 强风化泥质砂岩、 (8) ₁中风化泥质砂岩、 (8) ₂中风化砾岩、 (9) ₁微风化泥质砂岩、 (9) ₂微风化砾岩, 底板底为 (9) ₁层微风化泥质砂岩, 其承载力特征值为3 000kPa。中砂层在本场地只有零星分布, 为下伏砂岩残积而成, 不具有液化性。详细勘察及补充勘察钻孔共68个, 其中12个揭露有溶 (土) 洞存在, 见洞率18%, 主要分布在砾岩 (石灰砾岩砾石含量较高) 以及以钙质胶结为主的粉砂岩中。大部分为充填溶洞, 其充填物的力学性质差;少数为无充填物溶洞, 溶洞高度在0.2～5.2m。本场地溶洞分布无规律, 对地基稳定性和基坑围护不利。场地地下水类型为上层滞水和基岩裂隙水, 地下室设计需考虑地下水浮力影响, 抗浮设计时地下水水位按室外地坪标高设防。

本基坑平面类似于矩形, 开挖深度大, 塔楼区域开挖深度20.0m, 裙楼区域开挖深度18.5m, 南北长约175m, 东西长约72m, 北侧局部长约59m。基坑西侧距离地铁1号线坑口站房结构边线约2.5～5.0m, 东侧距离花地大道约8m, 其中1根直径800mm的钢筋混凝土污水管离基坑边最近处仅2.3m, 南侧距离南围涌约18m, 北侧距离2层渔具市场民房约15m, 南侧地下室的出入口车道围护结构距离地铁交通轨道约5m, 基坑周边环境十分复杂, 对基坑开挖施工造成的变形要求非常严格。基坑平面布置如图1所示。

针对基岩裂隙水含水层为强、中风化岩和可能揭示到的溶蚀空洞, 在场地南部溶洞较发育集中区域进行了抽水试验。试验结果表明场地基岩岩溶地下水基本沿着溶蚀通道流动, 其补给来源是本身的岩溶承压水, 因为溶洞和溶隙发育无明显规律可循, 所以无法准确判定其流动方向, 但停止抽水后, 水位恢复较快, 岩溶承压水的补给来源较充裕。根据抽水试验成果, 岩溶发育区基坑开挖遇溶洞和溶蚀裂隙时会发生突水情况, 预估涌水量在每天数百～2 000m³。

根据实际情况, 经方案综合比较后支护形式主要采用800mm厚地下连续墙加混凝土内支撑或预应力锚索;其中南部角撑区域采用3道混凝土内支撑, 其余中段和北段均采用2道混凝土内支撑和1道预应力锚索的支护形式。地下连续墙刚度大、整体性好, 基坑开挖过程中安全性高, 支护结构变形较小, 同时墙身具有良好的抗渗能力, 坑内降水时对坑外的影响较小。由于市区用地紧张, 场地内空间有限, 地下连续墙的支护形式为后续主体结构采用“两墙合一”的地下室外墙形式提供了有利条件。

根据勘察报告, 底板底为 (9) ₁层微风化泥质砂岩, 其承载力特征值为3 000kPa。经技术和经济对比, 拟建高层建筑采用筏板基础, 筏板厚2.4m。裙房及纯地下室部分, 柱下基础的压力分布为口袋形, 基底反力分布示意如图2所示, 因此采用柱下独立基础, 底板采用构造防水底板。该种方案将压力大的柱下基础加厚, 配筋加大, 而将其他压力较小处底板厚度减薄, 配筋减小, 反映了岩石地基的压力分布情况, 是一种经济的基础形式。同时结合勘察布孔位置, 仅对各结构柱基础位置进行超前钻, 探明基底5m范围内是否有溶 (土) 洞存在。

针对地质复杂的现状, 结合基坑支护地下连续墙、立柱桩及主体结构柱基础进行超前钻, 以查明现场溶洞分布情况。具体探查方法为以发现溶洞的超前钻钻孔为中心, 按照2m×2m方形四角向外布孔, 当新探孔再次发现溶洞后, 继续以上操作, 直到探孔没有发现溶洞为止, 根据探测到溶洞的孔确定溶洞范围, 具体如图3所示。

根据溶洞范围探查原则, 现场探明基坑支护地下连续墙部分溶 (土) 洞6个, 其中4个为全填充, 2个为半填充;探明基坑内包括主体结构基础和内支撑格构柱桩基础部分溶 (土) 洞共22个, 其中13个为全填充, 9个为半填充。填充物主要为粉细砂、软塑状黏性土和砂砾岩碎屑, 且呈松散状。

基坑围护结构地下连续墙底3m范围外发现的溶 (土) 洞可不处理, 仅处理墙底3m范围内发现的溶 (土) 洞;基坑内侧格构柱桩基基底3m范围外发现的溶 (土) 洞可不处理, 仅处理桩基底3m范围内发现的溶 (土) 洞;基坑内侧主体结构基底以下5m范围外发现的溶 (土) 洞可不处理, 仅处理坑底5m范围内发现的溶 (土) 洞;基坑内侧基底以上发现的溶 (土) 洞不作处理, 随着基坑的开挖而自然挖除。

由于探明的溶 (土) 洞内填充物、大小及深浅不一, 经综合比较后采用袖阀管注浆技术, 其施工工作原理如图4所示。注浆孔布置方法为:对于需要处理的溶 (土) 洞洞径<2m的, 布置2个注浆孔;洞径>2m的, 按2m×2m布置注浆孔, 具体如图5所示。

采用BW-150型注浆机及ZBSB-70～11双夜注浆机, 设置回浆管路和溢流阀。注浆泵主要性能要求:流量11～70L/min, 最大压力5MPa, 动力7.5kW。浆液搅拌采用自制的900L快速搅拌筒, 制浆量为12～20m³/h。灌浆管采用25×2.5 (内径2cm) 无缝钢管和32 5层高压钢丝编织胶管, 工作压力为9MPa。

袖阀管采用48 PVC管 (管壁厚3mm, 耐压值≥7.5MPa) , 袖阀管下到溶洞底面, 在溶洞段的管壁上钻96环形花眼作为出浆孔, 花眼纵向间距0.5m, 外包橡皮箍作为单向阀。在袖阀管内下入双塞芯管, 对溶洞内的充填物分层进行压力注浆, 分层厚度为0.5～1.0m。

注浆布钻孔直径为90mm;灌浆材料采用P·O42.5R级普通硅酸盐水泥;袖阀管注浆的浆液配比:水泥∶水=1∶1～0.5∶1, 先稀浆后稠浆, 如发现地下有水流通道, 孔内漏浆严重时, 掺入适量的水玻璃作为速凝剂, 水泥浆与水玻璃体积比为1∶ (0.5～1) , 其中:水玻璃:浓度为30°Be’, 模数n=2.8;在孔口上部2m孔段压入止浆固管料, 止浆固管料采用速凝水泥浆, 水∶水泥=1∶1.5, 可采用水玻璃做速凝剂。注浆速度:30～70L/min;注浆压力:0.2～0.6MPa, 灌浆终止压力1.5～2.0MPa。

1) 钻孔选用YGK-300型钻机, 针对较软土层采用合金钻具回转钻进方法成孔, 优质稀泥浆护壁。

2) 安装袖阀管将袖阀管与注浆器一起插入到已经开好的孔内, 根据溶洞的位置将阀管底端进入溶洞底以下1m。

3) 固管止浆在袖阀管外花管与孔壁之间的环状间隙处, 在孔口上部2m孔段压入止浆固管料速凝水泥浆, 封堵管口。

4) 连接注浆机, 配置浆液, 调试设备并注浆。

5) 注浆完成后, 间歇一段时间再进行第2次注浆, 间歇时间控制在10～30min。

6) 移机至下一个孔位。

实际注浆过程中, 根据各溶 (土) 洞填充性质的不同, 注浆压力一般控制在0.2～0.6MPa, 注浆量为30～50L/min;随着注浆工序的进行, 当注浆压力升高到1.5～2.0MPa且注浆量已很少 (一般<2.0L/min) 时, 说明该深度范围内浆液已充满, 稳压5min后即停止注浆。

对于本项目的溶 (土) 洞处理效果, 按袖阀管钻孔数的10%采取芯样进行检测与验证, 并以芯样的完整性和抗压强度作为验证标准, 同时以抽水试验为辅。其中抗压试验要求芯样28d无侧限抗压强度≥0.2MPa, 通过芯样的完整性判断溶 (土) 洞处理后的充盈程度。

本项目实际处理基坑支护地下连续墙部分溶 (土) 洞6个, 实际袖阀管钻孔数14个, 检测取芯钻孔2个;基坑内包括主体结构基础和格构柱桩基础溶 (土) 洞共22个, 实际袖阀管钻孔数58个, 检测取芯钻孔6个。检测取芯结果表明芯样基本完整, 28d无侧限抗压强度最小值为0.28MPa, 最大值为0.37MPa, 均≥0.2MPa, 注浆效果良好, 达到预期目的。

跟踪注浆通过注浆手段及时补偿由开挖引起的水土损失, 稳定其变形速率, 在可能的情况下, 利用注浆时土体膨胀、隆起的特性, 对变形进行适当矫正, 减少变形量和不均匀变形量。

本项目基坑西侧距离地铁1号线坑口站房桩基础边线最近距离仅2.5m, 而且基坑挖深比桩基础基底还深近10m, 地铁线路及站房结构对地层位移敏感, 保护要求十分严格。综合考虑后在站房桩基础和基坑支护地下连续墙间采取预埋袖阀管, 在基坑开挖期间采取了跟踪注浆的辅助手段。预埋袖阀管的平面布置及与地铁站房桩基础剖面布置分别如图6所示。跟踪注浆时对地下连续墙变形、地铁站线路及站房沉降等进行了严密监测, 并根据监测结果指导跟踪注浆的施工。由于采取了一系列有效的保护措施, 包括先期预埋袖阀管节约后期引孔及预埋处理时间, 以及在严格信息化施工管理下的跟踪注浆, 成功地在基坑开挖期间对坑口地铁站线路及站房进行了保护。

1) 根据实际场地及周边环境情况, 采用的地下连续墙基坑支护方案及岩石地基上的独立基础形式, 能有效减小溶 (土) 洞等不良地质对周边环境及主体结构的不利影响。

2) 结合初勘、详勘、地下连续墙超前钻、内支撑立柱桩及主体结构基础超前钻, 并以一定的原则补充钻孔探明地下溶 (土) 洞范围。

3) 袖阀管注浆技术可根据需要灌注任一注浆段, 还可进行同一注浆段的重复施工, 对于地下溶 (土) 洞的定位准确, 注浆处理效果好。

4) 对于环境复杂的深基坑周边采用预埋袖阀管的跟踪注浆技术, 并结合严密的施工监测, 能有效保护周边环境安全。

5) 本项目已竣工, 在其地下工程采用的袖阀管注浆处理技术是成功的, 可为类似工程提供参考。