李 小 虎

(中煤科工集团武汉设计研究院有限公司，湖北 武汉 430000)

0 引言

岩溶地面塌陷是指隐伏在第四纪覆盖层下的可溶岩中存在岩溶空洞，且存在与覆盖层相连的通道。在某些自然因素或人为因素作用下，覆盖层物质沿着岩溶通道进入到岩溶空洞中，引起覆盖土体发生漏失，导致地面出现塌陷的自然现象。

岩溶地面塌陷导致人民生命财产严重受损，并造成巨大经济损失和社会恐慌心理。岩溶地面塌陷对于在建工程的影响巨大，尤其是基础施工阶段。由于施工对基底地层扰动，更容易诱发岩溶地面塌陷。

岩溶地面塌陷对在建基坑工程会产生不利影响，评价其对基坑工程的不利影响，并采取相应的设计、施工处理方案尚没有成熟的经验。笔者以参与的某地产项目为例，介绍相关处理方案手段。

1 工程概况

某地产项目位于武汉市洪山区，该项目由1栋31层,3栋37层及2栋55层超高层住宅及附属1层商业裙楼、1栋2层幼儿园、1栋1层配电房及1个满铺2层地下室组成，总建筑面积231 351.1 m2。基础形式为桩基，桩型为钻孔灌注桩。该项目基坑为近似矩形，周长约883 m，基坑开挖面积约29 209 m2，基坑周边开挖深度为6.35 m～12.95 m，电梯井坑中坑开挖深度为8.6 m～12.95 m。

根据勘察报告，场地岩土层自上而下主要由5个单元层组成：①人工填土；②第四系全新统冲积土层；③第四系残积土；④白垩第三系泥砂岩；⑤三叠系灰岩。

本基坑采用支护方案：1)基坑XYABCD/FGH/KLM段采用排桩+内支撑支护，DE段采用排桩+坑内留土支护，WX段采用双排桩支护，HJK段采用排桩+锚杆支护，其余各段均采用单排桩支护。各段桩顶放坡卸载坡面采用土钉挂网喷面防护。2)坑中坑支护：除27号楼电梯井与纯地下室高差较大采用排桩支护外，其余均采用水泥土挡墙支护。3)承压水处理：支护桩外侧止水帷幕+坑内降水井。

施工过程中，采用支护桩及工程桩同步交叉施工的方案。支护桩采用旋挖施工，工程桩采用冲击钻施工。塌陷发生时，基坑工程立柱桩已经完成施工。

2 事情经过

2018年4月22日，上午8点40分，该项目25号楼工程桩冲击钻施工过程中，出现岩溶地面塌陷，地面塌陷范围和陷落深度不断加剧，到11点30分，塌陷范围及深度趋于稳定。为评估塌陷范围对已完成立柱桩的影响，4月23日，我公司对整个塌陷范围进行了测量。塌陷区范围呈椭圆形，长轴约21.5 m，短轴约18.0 m，最深2 m，塌陷坑周围可见拉张裂缝。具体见图1，图2。

由于在此之前已经完成该范围内的基坑工程立柱桩的施工，立柱桩底深度一般约20 m，而灰岩岩面深度大于30 m，部分立柱在塌陷变形区,因此，无论是塌陷影响深度，还是范围，都对立柱桩产生了影响。

3 本次岩溶地面塌陷特性

根据武汉市区碳酸盐岩裂隙岩溶含水组分布图，本区位于南部石灰岩带塌陷区。

根据该项目的详细勘察报告,覆盖层为二元结构，饱和砂土层虽未直接与下伏灰岩接触，但在后期施工过程中，冲击钻穿透白垩第三系砂岩并使得饱和液化砂土与岩溶通道联通，漏失后形成塌陷漏斗。

依据范士凯对武汉市岩溶地面塌陷的多年研究，本次岩溶地面塌陷机理为振动液化—漏失机理。处理方案可以阻断砂土漏失通道的方案进行处理。

根据以往工程经验，垂直向塌陷区应该呈漏斗形，漏斗深度至灰岩溶洞顶。基于以上特性，对塌陷区立柱桩进行评价，并提出工程建议。

4 目前立柱桩现状

立柱桩能否继续使用，主要需要从四个方面进行考虑：平面位置、标高、垂直度、承载力。通过试挖塌陷区范围的立柱桩，可以从标高这一方面上直观判断目前立柱是否可以继续使用。需要说明的，塌陷对承载力和垂直度的影响较难给出定量判断。基于此，项目部对塌陷区的2根立柱桩进行了试挖，并量测立柱格构的标高，见图3。

利用全站仪进行测试，立柱的平面位置变化尚在施工允许范围内，格构顶标高基本在19.7 m～20.0 m左右(设计要求20.0 m)。单从平面位置和标高来看，该2个桩变化不大。

需要说明的，本次开挖尚不能判断塌陷对单桩承载力和垂直度的不利影响。如确需查明，在检测费用的投入和时间上的控制尚无先例，难以判断。若待基坑开挖，万一存在不可用的立柱桩，再处理，则费用时间消耗更大。

5 岩溶地面塌陷区对立柱桩的影响评价

根据测绘资料，岩溶地面塌陷区范围已经完成的立柱桩有LZ-11，LZ-12，LZ-14。由于塌陷漏斗深度至灰岩溶洞顶，影响深度远大于立柱桩桩底，因此，该几根立柱桩从安全的角度，应认为桩底地层已经被扰动，且由于土体变形造成单桩承载力和垂直度具有不确定性，难以估计，按作废处理，后续可在未设立柱的支撑节点施工立柱桩补强(预计增加4根立柱)。

由于塌陷区土体扰动范围在地面上可认为是最大的，而在溶洞顶可认为是最小的，据此推论，塌陷区影响范围外的立柱是基本可用的。但建议在后期开挖过程中，对立柱桩进行观察，若整体出现向塌陷区倾倒的趋势，则可通过焊接槽钢增强整体性，以达到补强的目的。

鉴于塌陷区土体扰动，砂土强度会出现降低的情况。建议25号楼立柱重新进行调整，增加立柱的数量，改梅花形布置为按节点满布，在对岩溶进行处理后，再行施工，如图4，图5所示。

6 工程处理措施建议

1)对拟建场地岩溶强发育的地段，对灰岩中溶洞进行注浆处理，同时对表层砂层采用注浆固结；对岩溶中等发育和弱发育地段，灰岩中溶洞进行注浆处理。总体原则为“填充溶洞，阻断砂土漏失通道”。

2)优化施工工序，先进行岩溶注浆处理，再进行工程桩施工，最后进行基坑工程施工，避免岩溶地面塌陷对后期已完成工程桩、支护桩产生不利影响。

3)优化立柱设计及施工，增加立柱的数量，改梅花形布置为按节点满布，以保证基坑安全。

4)避免工程桩施工和基坑施工交叉施工，以免工程桩施工过程中产生岩溶地面塌陷，影响基坑施工安全。

从后期工程桩及基坑工程施工过程来看，以上处理方案是可行的。目前基坑工程已经顺利开挖，安全性均满足了施工要求。

7 结语

通过分析本工程岩溶地面塌陷成因及后期处理方案可得到以下结论：

1)采用冲击钻施工是岩溶地面塌陷的主要因素。冲击钻施工会形成饱和液化砂土，具有流动性，同时会连通岩溶通道，形成砂土漏失，进行发展为岩溶地面塌陷。

2)对溶洞进行注浆处理和表层砂层进行注浆固结，可以阻断砂土的漏失通道，对防止溶洞及表层砂土产生漏失是行之有效的方案。

3)合理施工流程，采用“先治理，再基础施工，先工程桩，再支护桩”能较好的减少岩溶地面塌陷对基坑施工的安全风险、质量风险。