砂礫巖超高層建筑地基的溶洞處理

張志浩，楊劍暉

（廣東省建筑設(shè)計研究院，廣東廣州510010）

砂礫巖超高層建筑地基的溶洞處理

張志浩，楊劍暉

（廣東省建筑設(shè)計研究院，廣東廣州510010）

建筑高度266m的超高層建筑擬采用變厚度筏板基礎(chǔ)，但由于場地揭露溶洞體量大、數(shù)量多且位于砂礫巖地區(qū)，比較罕見，因此溶洞處理成為地基基礎(chǔ)設(shè)計的重點和難點。該文詳細(xì)描述非常規(guī)溶洞揭露歷程及溶洞處理的失敗教訓(xùn)和成功經(jīng)驗，供同類地基處理參考。地基處理后，按照相關(guān)規(guī)范進(jìn)行檢測，結(jié)果表明：對不同區(qū)域、深度、大小的溶洞采取有針對性的方法是合理有效的。

溶洞處理；砂礫巖；超高層；非常規(guī)

0 引言

溶洞的處理方法很多，根據(jù)其位置、大小、埋深、圍巖穩(wěn)定性、場地水文地質(zhì)特征等綜合分析，因地制宜的采取處理方法，常用的有填墊法、加固法、跨越法等[1]。

1 工程概況

萬博中央商務(wù)區(qū)數(shù)碼產(chǎn)業(yè)總部商業(yè)樓項目，位于廣州市番禺區(qū)。項目規(guī)劃建設(shè)用地約3.52萬m2，總建筑面積約37.7萬m2；地上三棟超高層辦公建筑和多層商業(yè)建筑，其中A#塔樓位于地塊北邊，建筑高度為266m，采用鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)形式。±0.00標(biāo)高相當(dāng)于廣州城建高程標(biāo)高27.80m，地下四層，底板面標(biāo)高為-22.50m。場地建筑總平面圖見圖1所示。

圖1 建筑總平面圖

2 發(fā)現(xiàn)及探測溶洞的歷程

2.1 詳勘階段

場地地貌類型屬風(fēng)化剝蝕殘丘，場地基巖出露，大部分為白堊系沉積巖層，沉積巖層理發(fā)育，基巖中夾有硬塑狀殘積土和土狀強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖。根據(jù)71個鉆孔的詳勘報告，底板底地基土主要為中、微風(fēng)化巖，局部夾硬塑狀殘積土和強(qiáng)風(fēng)化巖，地質(zhì)條件總體上較好。

地質(zhì)資料顯示場地有3個鉆孔揭露溶洞，見洞率4.2%。揭露的巖溶發(fā)育程度為微發(fā)育，洞內(nèi)全充填，充填物主要為流塑狀粉質(zhì)粘土夾中風(fēng)化巖塊，鉆進(jìn)速度快，鉆具稍加壓即自重下落，孔內(nèi)有全漏水現(xiàn)象，溶洞可能為砂礫巖層內(nèi)鈣質(zhì)物被侵蝕流失后所致。

根據(jù)勘察報告及建筑條件，由于場地開挖后揭露的溶洞均被挖除，此階段基礎(chǔ)設(shè)計未考慮溶洞的不利影響。基礎(chǔ)采用變厚度筏板基礎(chǔ)，核心筒處筏板厚3.0m，框架柱承臺厚2.4m，其余筏板厚1.4m，基礎(chǔ)布置如圖2所示。

2.2 第一次超前鉆階段

施工階段，在A#塔樓范圍內(nèi)布置25個鉆點（如圖2第一次超前鉆點所示），對墻柱位置進(jìn)行了有針對性的超前鉆探，以探明筏板下方的地質(zhì)情況。結(jié)果顯示：塔樓筏板下方鉆孔A8、A14、A15、A20、A23（鉆孔點填實心者）共5個鉆孔揭露溶洞，見洞率達(dá)20%。

2.3 物探階段

結(jié)合第一次超前鉆結(jié)果，由于揭露溶洞較多，考慮到建筑的重要性，采用鉆探與跨孔彈性波CT法相結(jié)合的方式對塔樓及周邊范圍內(nèi)的場地補(bǔ)充地質(zhì)物探，以查明溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層、斷裂構(gòu)造的發(fā)育、分布的空間形態(tài)及連通性。A#塔樓范圍內(nèi)物探布點及溶洞揭露平面圖如圖2、圖3所示。

圖2 鉆探布點及鉆點溶洞揭露平面圖

圖3 物探布點及溶洞揭露平面圖

結(jié)果顯示：筏板下方區(qū)域存在38個巖溶發(fā)育區(qū)（圖3中溶洞編號為R1-R38）；場地內(nèi)線巖溶率為24.6%、見洞率為28.9%，場地巖溶強(qiáng)烈等級屬中等-強(qiáng)烈。

2.4 潛孔錘處理階段

根據(jù)前期報告，采用潛孔錘成孔+壓力注漿方式對塔樓較大溶洞進(jìn)行處理，注漿后抽芯檢驗，如圖4所示：芯樣部分區(qū)段不連續(xù)、呈塊狀或短柱狀，可知溶洞處理效果不理想，溶洞處理未能達(dá)到設(shè)計要求。分析原因主要有：（1）鉆孔+壓力注漿法與高壓旋噴樁復(fù)合地基相似，GB/T 50783-2012《復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范》[2]條文說明：高壓旋噴樁復(fù)合地基對于硬黏性土含有較多塊石或大量植物根莖的地基，因噴射流可能受到阻擋或削弱，沖擊破碎力急劇下降，切削范圍縮小，影響處理效果；（2）由于溶洞或裂隙不規(guī)則，在同一位置的不同標(biāo)高存在多個溶洞時，添加的速凝劑由于快速凝固，阻止砂漿往下擴(kuò)散。

圖4 巖溶R7第一次處理后抽芯圖

2.5 第二次超前鉆階段

由于初次溶洞處理不理想，而且揭露的溶洞較多，為深入、準(zhǔn)確地掌握地質(zhì)情況，塔樓范圍補(bǔ)充超前鉆探，進(jìn)一步探明溶洞情況。根據(jù)前期鉆孔及建筑條件布置鉆點，其終孔條件為當(dāng)設(shè)計基底以下揭露連續(xù)完整的樁端持力層巖層（或強(qiáng)度更高之巖層）厚度達(dá)11m時，超前鉆方可終孔。結(jié)果顯示：99個鉆點中有21個揭露溶洞，見洞率21%，見圖2第二次超前鉆點。

3 最終地質(zhì)情況

該項目基礎(chǔ)底板以下區(qū)域基本為中、微風(fēng)化基巖，基巖巖性為砂巖、礫巖、花崗巖。砂巖為粉砂結(jié)構(gòu)，泥質(zhì)、鐵質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，層狀構(gòu)造，局部巖芯多夾礫巖，巖性分界面附近風(fēng)化極不均勻。礫巖一般為礫狀結(jié)構(gòu)，主要為鈣質(zhì)膠結(jié)，礫石成分主要為硅質(zhì)巖，部分巖芯有溶蝕現(xiàn)象。花崗巖主要為花崗結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖質(zhì)較硬。根據(jù)地質(zhì)資料，結(jié)合超前鉆、物探、潛孔錘等階段中所掌握的地質(zhì)情況可知，基巖存在溶洞、裂隙發(fā)育區(qū)段、淺表強(qiáng)風(fēng)化薄弱層等不利地質(zhì)問題。鉆探揭露溶洞見于砂巖、礫巖的分界面附近。

如圖3所示，揭露的38個巖溶中，洞高最高8.31m，最低1.14m；洞跨最長10.34m，最窄1.25m；洞頂距底板面最高16.43m，最低1.12m；洞底距底板面最高18.71m，最低3.51m；體積估算最大114.87m3，最小0.65m3；預(yù)估溶洞總體積443.53m3。巖溶大多數(shù)無充填物或少量充填，極少數(shù)為半充填；充填物均為松散巖塊、礫石、砂等。

4 溶洞處理

對不同區(qū)域、深度、大小的溶洞分成三種情況，情況一：筏板底揭露溶洞、淺層裂隙或夾層的區(qū)域；情況二：核心筒及框架柱位置下、較淺或較大的溶洞以及巖體裂隙發(fā)育區(qū)段；情況三：較深且較小的溶洞。根據(jù)巖溶發(fā)育特征及場地地層條件，結(jié)合擬建建筑上部荷載分布、核心筒與框架柱的布置和筏板計算結(jié)果提出具體方法有：情況一采用開挖換填：挖除強(qiáng)風(fēng)化巖體至揭露微風(fēng)化巖，并采取有效措施對巖面清理干凈，然后填筑C30素混凝土，施工后統(tǒng)計超挖部分回填混凝土約3000m3；情況二采用旋挖鉆孔灌注混凝土（孔徑1200mm、1600mm）充填并穿越溶洞或裂隙發(fā)育區(qū)段，鉆孔充填區(qū)域如圖5所示，施工后統(tǒng)計超填混凝土量（扣除填孔所需混凝土量后實際灌入溶洞內(nèi)混凝土量）約為500m3；情況三采用小鉆孔密實充填處理，潛孔錘成孔（孔徑200mm）后對溶洞進(jìn)行壓力注漿或灌注C30水下自密實細(xì)石混凝土。

圖5 溶洞位置及處理方法平面圖

在對天然基巖采取以上地質(zhì)處理措施之后，A#塔樓的原地基基礎(chǔ)方案可基本保持不變。但考慮到溶洞問題的復(fù)雜性及塔樓的重要性，設(shè)計上采取加厚筏板（筏板厚度統(tǒng)一采用3.7m）等多項措施進(jìn)一步提高基礎(chǔ)的整體性，形成完整性好、協(xié)調(diào)差異沉降能力強(qiáng)的筏板。在電算方面，參照文獻(xiàn)[3]并適當(dāng)降低基床系數(shù)取值、揭露溶洞較大的位置基床系數(shù)再減半，以此近似考慮處理后的溶洞仍可能引起一定的差異沉降的不利影響。

5 地基檢測

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB50007-2011[4]采用直徑為300mm的圓形剛性承壓板對處理后地基進(jìn)行載荷試驗，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)及溶洞處理情況，選取三個布置于原溶洞上的試驗點。巖基載荷試驗點p-s曲線如圖6所示。試驗結(jié)果表明溶洞處理方法可行、有效，地基承載力滿足設(shè)計要求。

圖6 巖基載荷試驗點p-s曲線

6 結(jié)語

該項目溶洞處理經(jīng)歷一些波折，最終在業(yè)主、設(shè)計顧問、施工單位及設(shè)計院共同努力下，溶洞處理達(dá)到預(yù)定效果，為后續(xù)工作打下堅實基礎(chǔ)。

根據(jù)地質(zhì)資料，項目位于砂礫巖地區(qū)，底板底基本排除溶洞存在可能，但后續(xù)超前鉆探卻揭露發(fā)育良好溶洞，且見洞率達(dá)20%，較為罕見。這充分說明超前鉆的重要性，表明設(shè)計人員應(yīng)詳細(xì)了解場地工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，與施工單位充分溝通、密切關(guān)注、及時響應(yīng)現(xiàn)場反饋條件并進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充設(shè)計，避免由于對復(fù)雜地基了解不全而造成設(shè)計事故。

溶洞等地質(zhì)的處理具有很強(qiáng)的經(jīng)驗性，需要各方高度重視，共同研究，在充分了解功能要求和掌握必要資料的基礎(chǔ)上，從技術(shù)方法的適宜性和有效性、施工的可操作性、質(zhì)量的可控制性以及經(jīng)濟(jì)性等多方面進(jìn)行論證，通過比較分析，根據(jù)建筑實際情況采取切實可行的方案。

[1]金瑞玲，李獻(xiàn)民，周建普.巖溶地基處理方法[J].湖南交通科技，2002，28（01）：10-12.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T 50783-2012復(fù)合地基技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[3]中國船舶工業(yè)總公司第九設(shè)計研究院.彈性地基梁及矩形板計算[M].北京：國防工業(yè)出版社，1983：288.

[4]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

KarstCave Treatmentof Glutenite Foundation of High Rise Building

The glutenite site of 266-meter-high building plans to use raft foundation.Since it is exposed to unconventionality karst cave,which is bulky and massive.Karstcave treatmentis the key and difficultpointfor foundation design.This paper describes in detailthe failure lessons and successfulexperience ofthe exposure process and the treatmentofthe unconventionalkarstcave for reference.In accordance with the relevanttesting specifications,it shows thatto apply appropriate methods for karstcaves in differentareas,depths and sizes is reasonable and effective.

karstcave treatment;glutenite;high rise building;unconventionality

TU472.99

A

1671-9107（2017）02-0052-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.02.052

2016-12-13

張志浩（1984-），男，廣東河源人，研究生，工程師，主要從事地基基礎(chǔ)及多高層結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。