芻議建筑工程巖溶地基處理技術(shù)

李平

（云南省第二建筑工程公司，云南 昆明650203）

前言

巖溶是由石灰?guī)r，泥灰?guī)r等可溶性巖石長期受水的化學(xué)溶蝕和機械作用而形成的。基巖內(nèi)有溶洞存在，在附加荷載或振動作用下，會使地基變形塌陷，建筑物倒坍，當(dāng)其上履蓋土層時，由于土層厚度不均，往往導(dǎo)致地基產(chǎn)生不均勻沉降，影響建筑物的使用。目前國內(nèi)外對于建設(shè)在巖溶地區(qū)的高層、住宅等民用建筑的地基處理已有一定的成熟的經(jīng)驗。如大直徑嵌巖樁基礎(chǔ)方案就是多數(shù)設(shè)計部門設(shè)計高層建筑時的首選基礎(chǔ)方案，而對于與工程質(zhì)量、工程造價、工程進(jìn)度等密切相關(guān)的工業(yè)建筑巖溶地基處理還需進(jìn)一步的討論和研究。巖溶地基的處理方法有很多，如挖填或填充、跨越、灌注或支承、壓漿處理流動水、排導(dǎo)等，這些都是一些很常規(guī)的處理方法。

1 工程概況

1.1 工程概況

某工程占地面積大，約為33000m2；主要建筑物為鋁板帶箔工程壓延車間，熔鑄車間，為多跨(5跨)單層裝配式廠房，最大跨度24m；車間內(nèi)有對沉降敏感的重型設(shè)備；有多臺吊車，最大吊車噸位為50t；邊柱柱距6m，中柱抽柱，柱距12m，柱底內(nèi)力大；車間內(nèi)還分布著許多小型設(shè)備基礎(chǔ)，以及輔助設(shè)施，如通風(fēng)機室、變壓器室、過濾間、電控室、高壓配電室、辦公室等等。

1.2 建筑場地的地質(zhì)特征

1.2.1 地質(zhì)情況

自上而下為

(1)素填土：主要成份為粉質(zhì)粘土，夾少量礫砂、卵石，土質(zhì)均勻性較差，厚度約0．3～4．5m。

(2)粉質(zhì)粘土：濕～很濕，可塑，局部呈硬塑狀，分布于場地的西南面，層厚約1．2～2．5m。地基承載力建議值為60-120kPa。

(3)中粗砂：含5%～8%的卵石，稍密，濕，厚度約0．9～2．4m。

(4)卵石層：主要成份為砂巖及石英巖，層厚為1．3～3．4m。(此層在第一期的勘察報告中為6．5～10．2m，呈厚層狀，與實際情況嚴(yán)重不符，地基承載力為350kPa)。

(5)礫砂、中粗砂粉土或粉質(zhì)粘土：殘積層，淺黃色，稍密或軟塑～可塑，局部流塑狀，濕，壓縮性高，厚度一般為0．3～8m，局部呈巨厚層出現(xiàn)(厚度達(dá)9．8～19．6m)。

(6)灰?guī)r：灰色、深灰色，含較多的碳質(zhì)物，巖質(zhì)較堅硬，局部為泥灰?guī)r，局部裂隙發(fā)育，溶洞發(fā)育，洞內(nèi)多見粉質(zhì)粘土及砂礫充填物，呈軟塑到流塑態(tài)，巖層埋深一般為5～9m，巖面起伏大。

1.2.2 場地內(nèi)溶洞發(fā)育情況

該工程在進(jìn)行施工圖詳勘階段，從鉆孔資料已發(fā)現(xiàn)巖溶都比較發(fā)育，洞內(nèi)充滿著淤泥質(zhì)土和泥漿，為進(jìn)一步摸清溶洞的分布情況和建筑揚地的工程地質(zhì)條件，勘察部門進(jìn)行了多次補勘。

(1)本工程場地先后四期勘察共92個鉆孔，其中有16個鉆孔揭露發(fā)育溶洞，溶洞高約為0．3～6．4m，洞內(nèi)多充填流塑粘土，部分為開口溶洞，灰?guī)r頂板厚度很小，厚為0～2．2m，大部分溶洞頂板破碎，裂隙發(fā)育，鉆進(jìn)時嚴(yán)重漏水，很可能相互串通，且?guī)r面陡傾，場地工程條件很復(fù)雜。

(2)場地內(nèi)的溶洞發(fā)育無一定的規(guī)律性，溶洞的大小、埋深、規(guī)模也很難確定。同時灰?guī)r面上多發(fā)育軟塑及流塑的軟土層，為保證建筑物的安全穩(wěn)定，必須對場地內(nèi)灰?guī)r溶洞及局部軟弱地基(包括軟土層)進(jìn)行加固處理，以切斷溶洞與第四系的地層的水力聯(lián)系，并防止溶洞繼續(xù)發(fā)展，提高地基承載力，消除溶洞及軟弱土層對建筑物基礎(chǔ)的影響。

2 地基處理

本工程針對以上工程情況及地質(zhì)情況，在建筑場地內(nèi)針對不同的基礎(chǔ)采用了溶洞灌漿、高壓旋噴注漿及灌漿鋼管樁三種方案。

(1)溶洞灌漿：溶洞灌漿是加固方法之一，主要針對眾多的小型設(shè)備基礎(chǔ)及輔助用房下的淺層多溶洞及軟弱土，處理范圍廣，但造價低。其加固機理主要是使溶洞填充密實，形成具有一定強度的穩(wěn)定體，其次盡量切斷溶洞與土層及地下水之間聯(lián)系，防止溶洞的發(fā)展，危害建筑物的安全。由于場地溶洞多為軟塑狀粘性土或夾有砂礫充填，存在嚴(yán)重漏水現(xiàn)象，有的則與上部土洞相通，為了保證加固效果，采用聯(lián)合灌漿方法：即對溶洞內(nèi)的充填物進(jìn)行擾動清洗后，旋噴一定量的水泥漿，然后采用類似水下混凝土澆注方法對溶洞灌注水泥混合漿，至孔口返漿，使溶洞內(nèi)的沖填飽滿，達(dá)到加固目的。對洞內(nèi)無充填物則不進(jìn)行旋噴洗孔。高壓旋噴清水及注漿為了是保證灌注水泥混合漿液前溶洞內(nèi)漿液的穩(wěn)定，也保證加固處理后形成的灌漿體性質(zhì)均勻穩(wěn)定，不存在軟弱"灶"，并使溶洞沒有繼續(xù)發(fā)育的條件及空間。施工中應(yīng)注意地層情況，準(zhǔn)確控制需處理的溶洞的規(guī)模、深度、范圍及充填情況。復(fù)合地基承載力要求為150kPa，實踐證明溶洞灌漿是大面積處理小型設(shè)備基礎(chǔ)及輔助用房下的淺層溶洞的首選方案。

(2)高壓旋噴注漿：主要針對廠房基礎(chǔ)加固，由于施工時發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與第一期的地質(zhì)報告(提供給設(shè)計院的)嚴(yán)重不符，而且工程必須趕在雨季來臨前完成廠房基礎(chǔ)的施工，廠房基礎(chǔ)的地基處理必須后延至基礎(chǔ)完成后進(jìn)行，即施工完成后進(jìn)行加固處理，對需加固的基礎(chǔ)采用高壓旋噴注漿法及砂漿灌漿加固處理，即對溶洞先進(jìn)行高壓旋噴注漿后，再砂漿灌漿處理，形成旋噴樁，并在樁端及承臺底部分進(jìn)行復(fù)噴，以達(dá)到類似擴孔樁的效果。加固效果如圖1所示。設(shè)計要求地基承載力為350kPa，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》求出的復(fù)合地基承載力及靜載試驗證明，高壓旋噴注漿處理地基完全可以滿足設(shè)計要求，達(dá)到對新建建筑地基加固的目的。施工中特別應(yīng)該引起注意的是灌漿量的控制，以免出現(xiàn)廠房柱基隆起或產(chǎn)生水平位移。

(3)灌漿鋼管樁：對重型設(shè)備及動荷設(shè)備的基礎(chǔ)，對沉降要求嚴(yán)格，應(yīng)以完整灰?guī)r作持力層，可采用有孔鋼管作為灌漿孔進(jìn)行灌漿，以擴大灌漿影響范圍，并利用鋼管支承在完整灰?guī)r中，獲得較大的樁端承載力，最后在鋼管內(nèi)灌注強度較高的水泥砂漿成為鋼管樁。灌漿鋼管樁加固效果如圖2所示。鋼管樁具有強度高、施工進(jìn)度快、施工工藝易行和施工質(zhì)量易保證等特點。其他方案如：人工挖孔樁基礎(chǔ)，雖然成本低、施工簡單，施工技術(shù)、施工工藝也比較成熟、完善，但受施工手段的限制，對于持力層深度大、地下水豐富、有軟弱土或基巖巖溶強烈發(fā)育的地方，如果強行開挖，往往因護壁困難或涌水量聚增而無法施工，由此而導(dǎo)致基礎(chǔ)施工停滯，工期延長，甚至造成環(huán)境質(zhì)量等問題。鋼管樁布置根據(jù)要求的復(fù)合地基承載力=250kPa，鋼管樁的單樁承載力，應(yīng)按照樁身強度與地基強度分別計算，取最小值。本工程最后取鋼管樁的單樁承載力為343kN，鋼管樁為群樁承載，端承樁群樁承載力等于各單樁承載力之和，根據(jù)設(shè)備基礎(chǔ)的地面積即可確定樁數(shù)。鋼管樁施工應(yīng)保證純水泥漿灌漿量及砂漿灌漿量，以保證鋼管樁的樁徑。目前國內(nèi)運用鋼管樁處理巖溶地基還未普及經(jīng)濟方面應(yīng)該是主要原因，有關(guān)施工規(guī)范尚需完善，對鋼管樁間非完整基巖承載力的利用，更需在今后的實際工程和實驗中加以總結(jié)和歸納。

3 結(jié)語

溶洞灌漿及旋噴樁地基處理可以起到地基加固和基坑止水雙重作用，可將石灰表面的溶溝，溶槽及淺層溶洞充填密實，若樁端下有3m厚的完整石灰?guī)r巖面，保證樁端及上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠，可不考慮下部石灰?guī)r溶洞對地基基礎(chǔ)穩(wěn)定性的影響，溶洞灌漿和旋噴注漿在淺層多溶洞，且?guī)r面凹凸不平，高差變化大的情況下，對地基進(jìn)行處理，是能滿足加固要求的，且技術(shù)上是可行的。

鋼管樁是將數(shù)根鋼管通過鋼孔由基巖面安放在下部完整基巖上，使上部荷載通過鋼管樁直接作用于深部完整基巖上，因此不需要考慮樁底基巖的巖溶發(fā)育程度，涌水大小，基巖完整程度等等因素，并可將單樁承載轉(zhuǎn)化為群樁承載，比較適用于持力層深度大，地下水豐富，基巖巖溶強烈發(fā)育的地方。

[1]彭第，潘殿琦，李海礁，張坤.地基處理新技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].長春工程學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2007，(03).