巖溶地區(qū)的地基處理

崔小平，艾德春，楊軍偉，秦趣

（六盤水師范學院資源與礦業(yè)工程系，四川六盤水 553004）

巖溶地區(qū)的地基處理

崔小平，艾德春，楊軍偉，秦趣

（六盤水師范學院資源與礦業(yè)工程系，四川六盤水 553004）

由于巖溶地區(qū)對工程建設地基要求的特殊性，以工程實例論述了巖溶地質(zhì)條件下的基礎設計，闡述了地基處理方案的選用原則、溶洞地區(qū)樁基的施工方案的選擇及各樁基方案在施工中存在的問題，從而為巖溶地區(qū)的工程建設項目的地基處理提供參考。

巖溶地區(qū)；地基處理；樁基礎

巖溶（又稱喀斯特）是可溶性巖石在水的溶蝕作用下，產(chǎn)生的各種地質(zhì)作用、形態(tài)和現(xiàn)象的總稱［1］。在石灰?guī)r地區(qū)進行工程建設時，其建筑物的基礎會遇到溶洞、土洞等不良地質(zhì)問題。天然的土洞、溶洞是由能溶于水的巖石（主要是石灰?guī)r）受水的長期溶蝕沖刷和巖石在洞內(nèi)的自然崩塌，日積月累由小而大逐漸形成的［2］。溶洞的大小和分布情況對工程建筑的設計和施工都有很大影響。溶洞越大，其設計和施工的難度也就越大。巖溶地基處理是工程施工的重點和難點之一，也是影響工程施工工期的關鍵，故在巖溶地區(qū)進行工程建設時應根據(jù)溶洞深度、層次和填充物的類型采取不同的溶洞處理方法。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 擬建場地地質(zhì)背景

擬建場地位于水城坡立谷巖溶盆地的東段，為河流的沖積地段，地勢較低。場區(qū)自上而下分布主要有：雜填土（Qml）、粘土（Qal+pl）、淤泥質(zhì)粘土（Qh）、礫砂（Qal+pl）、粘土（Qel）、白云質(zhì)灰?guī)r（C1b）。由于場地位于區(qū)域斷層F1、F34相切割的塊體上，故場地內(nèi)巖石破碎、張性節(jié)理裂隙極為發(fā)育，場地內(nèi)巖溶地質(zhì)作用強烈，主樓地段鉆孔遇洞隙率83.6%，裙樓地段鉆孔遇洞隙率48%，整個場區(qū)遇洞隙的鉆孔共計134個，占勘探點總數(shù)的75%。大部分鉆孔在基巖面以下均一層厚度不等、巖體破碎和溶蝕作用強烈的巖層，最深達47.8m，如ZK34-1號及ZK34-3號鉆孔。

根據(jù)鉆探顯示的洞隙情況，該場地屬于巖溶強烈發(fā)育場地。其主要基本特征：①基巖表面差異溶蝕強烈，石芽、溶溝、溶槽、溶蝕裂隙等巖溶現(xiàn)象極為發(fā)育，基巖面參差起伏，谷峰交錯；②豎向溶蝕與側(cè)向溶蝕作用交織共存，破碎巖體與巖溶洞隙伴生，在縱向上呈串珠狀發(fā)育；③場地內(nèi)洞隙深淺皆有，大小兼具，組合復雜，最深達47.8m；④場地內(nèi)洞隙均有軟粘土充填，且洞隙發(fā)育越深土質(zhì)越軟，局部地段洞隙半充填。

1．2 巖、土體物理力學性質(zhì)

場區(qū)土層主要有雜填土、可塑粘土、礫砂、淤泥質(zhì)粘土和軟塑粘土。對可塑、軟塑粘土、淤泥質(zhì)粘土及礫砂層共取土樣71件進行土工試驗。各巖土單元主要物理力學指標按GB50007—2002《建筑地基基礎設計規(guī)范》［4］進行計算，并結(jié)合地方經(jīng)驗進行綜合分析得出下列各表。

表1 巖土力學指標統(tǒng)計

分別對鉆孔中巖溶裂隙破碎層（⑥1）及中等風化較完整層（⑥2）孔段所取巖樣分別進行統(tǒng)計，取47組巖樣進行常規(guī)試驗，其結(jié)果見表2。

表2 巖石力學指標統(tǒng)計表

注：由于該場地受斷層構(gòu)造影響，巖溶裂隙較發(fā)育，巖層產(chǎn)狀與節(jié)理產(chǎn)狀呈不利組合關系，故折減系數(shù)ψr⑥1層值取0.10、⑥2層取0.14

2 場地的地基處理

2．1 場地的穩(wěn)定性與巖體單元劃分

該場地無滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，穩(wěn)定性好，但由于場地內(nèi)巖溶裂隙發(fā)育，基巖面起伏較大，有的部位須進行地基處理后，方可進行工程建設。根據(jù)鉆探時巖芯的采取率、質(zhì)量指標、縱波速度作為劃分標準，將巖體劃分為“巖溶裂隙破碎層（⑥1）和中風化較完整巖石（⑥2）”兩個單元，其結(jié)果見表3。

表3 巖體單元劃分

2．2 巖、土體工程特性及設計參數(shù)的選取

根據(jù)場區(qū)勘察揭露的地層中，分布范圍廣，厚度較大的地層主要有素填土、可塑粘土、淤泥質(zhì)粘土、礫砂及軟塑粘土，各土層的巖土工程特性差異較大。根據(jù)土工試驗、動力觸探、標準貫入試驗及野外鑒別綜合對比，結(jié)合場區(qū)巖土工程地質(zhì)條件及當?shù)氐牡貐^(qū)經(jīng)驗，各地層參數(shù)按表4取值。

表4 場地巖土層地基設計參數(shù)建議取值一覽表

2．3 地基處理與樁基方案的選取

2．3．1 地基處理方案的比選

由于溶洞的存在將嚴重影響地基穩(wěn)定性，降低地基的承載力，加大地基的變形沉降，故必須對地基進行處理。巖溶地區(qū)地基處理方案的選擇，應根據(jù)巖溶地基類型、當?shù)厥┕そ?jīng)驗與習慣及建筑物上部結(jié)構(gòu)荷載條件確定［5］。本工程針對前述工程地質(zhì)情況，考慮了溶洞灌漿、高壓旋噴注漿及灌注樁3種方案。

2.3.1.1 溶洞灌漿法

灌漿是巖溶地區(qū)常用的加固方法之一，主要是把溶洞填充密實，形成具有一定強度的穩(wěn)定體，盡量切斷溶洞與土層及地下水之間的聯(lián)系，防止溶洞進一步發(fā)展，危害建筑物的安全。這種方法主要針對眾多的小型設備基礎和溶洞埋深淺的地基土層，處理范圍廣，造價低。由于本場地溶洞多為軟塑狀粘性土或夾有砂礫充填，存在嚴重漏水現(xiàn)象，有的則與上部土洞相通且基巖埋藏深，建筑物為高層建筑，結(jié)構(gòu)復雜，荷載大，因而綜合考慮溶洞灌漿并不適合。

2.3.1.2 高壓旋噴注漿法

高壓旋噴地基處理技術可以克服場地存在大量的土洞、軟土層、溶洞、節(jié)理、裂隙等不良地質(zhì)現(xiàn)象，增加基礎施工的安全性。但由于本場地內(nèi)地下水豐富，水流速度較大，旋噴樁直徑、尤其是深部直徑難以確定，再加上施工工藝、機具和瞬時速凝材料及施工經(jīng)驗的影響，最終決定慎重使用。

2.3.1.3 灌注樁法

灌漿樁具有強度高，施工進度快，施工工藝簡單，施工質(zhì)量易保證，將樁端支承在完整灰?guī)r中可獲得較大的樁端承載力等優(yōu)點。

由于場地內(nèi)洞隙深淺皆有，大小兼具，組合復雜，從本場地地層情況、水文地質(zhì)條件、上部結(jié)構(gòu)對地基要求及工程造價的角度考慮，結(jié)合本地的施工經(jīng)驗，綜合考慮各方法的優(yōu)劣，最后確定采用灌注樁處理。由于擬建場地完整穩(wěn)定巖層起伏劇烈且?guī)r層中存在溶槽溶洞等缺陷，需要考慮用長短樁相結(jié)合來處理。

2．3．2 灌注樁樁基設計參數(shù)

2.3.2.1 樁長

灌注樁是一種端承樁，要求樁端落在較好的持力層上。樁長是樁基設計時首先要確定的參數(shù)。取決于建筑物對承載力和變形的要求、土質(zhì)條件和設備能力等因素。根據(jù)擬建場地各土層的具體工程特性，樁端持力層應選擇⑥2白云質(zhì)灰?guī)r，最小樁長8m，最大樁長20m。

2.3.2.2 樁徑

樁徑取決于設計時所選用的施工設備等因素，取800mm。

2.3.2.3 樁距

根據(jù)設計要求的地基承載力、地基土的性質(zhì)及設計樁長，樁距取1.8m。

根據(jù)JGJ94—2008《建筑樁基技術規(guī)范》［6］，采用公式Quk=Qsk+Qpk=u∑φsiqsikli+φpqpkAp進行計算，并結(jié)合地方經(jīng)驗進行綜合分析得出表5。

2.3.3 樁基方案的選取

由于擬建樓為高層建筑物，結(jié)構(gòu)復雜，荷載大，而場區(qū)土層分布不均勻，且土層厚度變化大，承載力低，不宜作基礎持力層。其下伏白云質(zhì)灰?guī)r分布連續(xù)，承載力較高，可作基礎持力層。對比分析，用⑥2巖層作基礎持力層，采用端承樁基礎。根據(jù)場地的施工具體情況比較如下樁基方案。

表5 單樁極限承載力標準值計算

2.3.3.1 人工挖孔樁基礎

由于場區(qū)地下水位高，水量大，且周圍有建筑物，若采用人工挖孔樁基礎，大幅度降低地下水位，增大水力坡度，對周圍的建筑物、公共設施及管線的穩(wěn)定性影響較大。此外，地層破碎巖石厚度大，在挖掘破碎巖石時涌水量大，施工困難且危險。因此，該場地不宜采用人工挖孔樁基礎方案。

2.3.3.2 沖擊成孔灌注樁

由于場區(qū)巖石較破碎，洞隙普遍發(fā)育，若采用沖擊成孔，巖土在沖擊頭的高速加載作用下，不易產(chǎn)生塑變形，主要表現(xiàn)為脆性增加，瞬時產(chǎn)生很大的接觸應力，有利于巖土裂隙的擴展，形成大體積破碎,能有效穿過巖溶洞隙發(fā)育帶，將樁端坐落在⑥2層較完整巖石上。因此，擬建樓適宜采用沖擊成孔樁基礎。

2.3.3.3 鉆孔灌注樁基礎

由于場區(qū)巖溶裂隙較發(fā)育，地下水豐富。鉆孔灌注樁可以克服不利地質(zhì)因素，能有效穿過巖溶裂隙發(fā)育帶，將樁端坐落在中風化較完整巖石上，因此，擬建樓可以采用鉆孔灌注樁基礎，但該方案相對沖擊成孔灌注樁而言造價高。從本地區(qū)的施工經(jīng)驗來看，采用大直徑鉆孔灌注樁鉆進時易產(chǎn)生塌孔、漏漿等現(xiàn)象，但工期較長，施工難度較大。綜合分析，最終確定采用沖擊成孔灌注樁基礎方案。

3 結(jié)語

巖溶地區(qū)地基處理方案的選擇，應根據(jù)擬建場地的工程地質(zhì)條件、巖溶發(fā)育情況、當?shù)厥┕そ?jīng)驗和擬建物荷載分布特征、地基巖體承載力強度及持力層埋深而決定，基礎施工時，宜先開挖基坑，坑底可預留厚0.5～0.8m的待開挖層，等基樁施工完成后，采取人工清除預留層，基坑開挖時，使用機械不得碰撞基坑支護體?；A施工應按先難后易的原則進行。在巖溶發(fā)育極不均勻的場區(qū)，基礎施工過程中，如遇特殊情況需要進行施工勘察，建議按規(guī)范進行施工階段勘察。在碰到擬建物周邊已有建建筑物較多，基礎施工過程中（包括抽、排水）必須對周邊的場地及建（構(gòu)）筑物進行監(jiān)測工作。

［1］工程地質(zhì)手冊編寫委員會.工程地質(zhì)手冊（第四版）［K］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

［2］常士驃.天然洞圍巖穩(wěn)定性評價［J］.巖土工程技術，2004，18（2）：72-73；77.

［3］熊道錕，傅榮華.巖溶發(fā)育強度垂直分帶方法［J］.巖土工程技術，2005，19（3）：113-117；122.

［4］GB50007—2002，建筑地基基礎設計規(guī)范［S］.

［5］張先華.巖溶地區(qū)巖土工程評價及地基基礎方案的比選［J］.資源環(huán)境與工程，2010，24（3）：265-267.

［6］JGJ94—2008，建筑樁基技術規(guī)范［S］.

Foundation Treatment of the Karst Area Processing

CUI Xiao-ping，AI De-chun，YANG Jun-wei，QIN Qu
（The resources and mining engineering major of Liupanshui normal college，Liupanshui 553004，China）

Due to the particularity of project construction in karst area，this paper is aimed at dealing with the foundational design coming from the karst geological condition by some specific engineering examples.The optional principles of pile foundation，the project choices of pile foundation in karst areas as well as the problems in construction procedares so it offers some acceptable referred suggestions about dealing with pile foundation of appearing the construction in karst geological areas.

karst area；foundation treatment；pile foundation

TV87

A

1672-9900（2011）02-0055-03

2012-03-12

六盤水師范學院特色專業(yè)（lpssytszy201101）；貴州省社會發(fā)展攻關（黔科合SY字［2011］3103號）。

崔小平（1982-），男（漢族），湖南衡陽人，助理教師，主要從事基礎工程與工程勘察研究，（Tel）15086440385。