廣州巖溶地區(qū)巖石地基承載力分析

陳云

摘 要： 巖溶地質(zhì)條件下巖石地基的受力性狀比普通地質(zhì)條件下要復(fù)雜得多，巖石地基的承載力與樁身周圍溶洞的大小、分布、溶洞個(gè)數(shù)、樁端持力層情況等因素有著密切關(guān)系。本文結(jié)合工程實(shí)例，將根據(jù)巖基荷載實(shí)驗(yàn)法、巖石室內(nèi)飽和單軸抗壓強(qiáng)度計(jì)算法分析地基承載力。

關(guān)鍵詞： 巖溶； 地基承載力

1. 工程概況

廣州市花都區(qū)中軸線石崗安置房工程擬建場地位于花城街道石崗村，三東大道西以北，天貴北路以西地塊。項(xiàng)目規(guī)劃總用地面積86829.2㎡（130.24畝），建筑占地面積約6.8萬平方米，由18棟20層～32層住宅塔樓及1層商用裙樓組成，最大樓高約98.3m。主體為鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)，設(shè)2層地下室，開挖深度約9m。擬采用鉆（沖）孔灌注樁基礎(chǔ)，包括抗拔樁和非抗拔樁，樁徑分別為1.0m、1.2m和1.4m。主要是探查擬建建筑樁端持力層樁底3d（d為樁直徑）或6m范圍內(nèi)巖石情況。建筑樁端持力層為中、微風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r。

2. 基本地質(zhì)條件

工程區(qū)屬珠江三角洲沖積地貌，廣花凹陷盆地中部，地勢低平開闊，局部有起伏，根據(jù)地面調(diào)查和勘察揭露，工程區(qū)上覆厚度不等的第四系沖洪積粉質(zhì)粘土、粗砂及殘積成因的粉質(zhì)粘土等，基巖主要為石炭系下統(tǒng)大塘階石灰?guī)r、炭質(zhì)灰?guī)r、砂巖，本次勘察在場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)活動(dòng)斷裂構(gòu)造跡象，場地是穩(wěn)定的。

本次勘察揭露有影響場地穩(wěn)定的不良地質(zhì)作用，巖溶（土洞、溶洞）強(qiáng)烈發(fā)育，且溶洞有無—全充填的狀況，巖溶有進(jìn)一步發(fā)展的趨勢。

3.樁基特性分析

巖溶地區(qū)溶洞的存在具有隨機(jī)性和復(fù)雜性，為了研究多種因素對(duì)樁基承載特性的影響，采用了有限元方法進(jìn)行分析。實(shí)際工程中影響樁承載力的因素很多，比較常見的方法是針對(duì)具體的問題具體分析，簡化計(jì)算模型，以得到普遍性的成果。在工程問題上，大直徑嵌巖樁的承載力特征值，可根據(jù)持力層巖樣單軸抗壓強(qiáng)度及樁身混凝土芯樣強(qiáng)度等綜合確定，本次計(jì)算模型的假設(shè)條件如下：

①溶洞充填物不受承受應(yīng)力時(shí)，按無充填的空溶洞進(jìn)行計(jì)算；

②溶洞形狀按圓柱體考慮，他的形態(tài)在今后的變化發(fā)展情況不考慮，按其維持現(xiàn)狀考慮；

③本次分析不考慮水流對(duì)樁的水平向作用力；

④分析過程中不考慮樁基本身受地下水等的破壞。

4.樁基承載力確定的常用方法

樁基承載力確定的常用方法主要有巖基荷載實(shí)驗(yàn)法、根據(jù)巖石室內(nèi)飽和單軸抗壓強(qiáng)度計(jì)算法。巖基荷載法被認(rèn)為是最可靠的巖石樁基承載力確定方法。由于巖石樁基承載力因巖性而有差異。一般來說，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)完整、較完整的軟巖，以及破碎、極破碎的巖石，或?qū)痘休d力和樁基變形有特殊要求時(shí)，可進(jìn)行巖基載荷試驗(yàn)，并按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》DBJ15-31-2003附錄H的要求來確定巖石樁基承載力。同時(shí)，對(duì)于完整、較完整和較破碎的巖石地基承載力特征值，可根據(jù)室內(nèi)飽和單軸抗壓強(qiáng)度按規(guī)范的式（5.2.6）確定，這也是當(dāng)前工程勘察中最常用的方法。

5. 樁基承載力分析及實(shí)際工作難度

樁基礎(chǔ)持力層應(yīng)以連續(xù)完整的中、微風(fēng)化巖為樁端持力層。根據(jù)本次工程勘察的鉆孔資料及巖石單軸天然抗壓試驗(yàn)的結(jié)果（詳見抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表，表1），應(yīng)注意巖溶發(fā)育情況，保證樁端有穩(wěn)定厚度的持力層。

樁端進(jìn)入中、微風(fēng)化巖層的嵌巖樁，單樁豎向承載力特征值可按下列公式進(jìn)行計(jì)算：

frs、frp—分別為樁側(cè)巖層和樁端巖層的天然濕度單軸抗壓強(qiáng)度，C1、C2為系數(shù)，根據(jù)持力層基巖完整程度及沉渣厚度等因素而定，其他字母所代表的含義請(qǐng)參照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》第10.2.4節(jié)，frs、frp、C1、C2等參數(shù)建議采用表2數(shù)值。

。

由于巖溶地區(qū)樁基承載特性研究是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程以及測試條件和方法、專業(yè)的局限性等因素影響，使得目前的工作還有許多不足之處，無系統(tǒng)性處理方案。

（1）由于目前實(shí)測的數(shù)據(jù)較少，巖溶地區(qū)樁基的作用機(jī)理難以準(zhǔn)確描述，特別是圍巖特性及溶洞幾何特性對(duì)其影響還有待于進(jìn)一步研究。

（2）巖溶地區(qū)鉆孔樁的持力層頂板厚度和嵌巖問題是樁基設(shè)計(jì)時(shí)考慮的重要方面，國內(nèi)外的研究主要集中在具體的施工方案描述和處理措施等方面，僅根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和簡單的估算提出宜控制在5米和3倍～5倍樁徑。目前仍缺乏準(zhǔn)確的計(jì)算公式。

（3）巖溶地區(qū)樁端持力層安全厚度的影響因素眾多，當(dāng)存在軟下臥層時(shí)，樁基以下硬持力層厚度一般不宜小于5倍樁徑。對(duì)于小直徑樁，由于樁底應(yīng)力分面難于準(zhǔn)確計(jì)算；而近年來，大直徑人工挖孔灌注樁在樁基中應(yīng)用日益廣泛，前面提及的不精確性就帶來日益多的實(shí)際問題。

（4）巖溶地區(qū)，由于巖溶的存在，就不可避免地存在樁基周圍巖體臨空面的穩(wěn)定性問題。在實(shí)際工程中，對(duì)樁端巖體臨空面穩(wěn)定性問題的認(rèn)識(shí)上，目前還存在爭議。因此如何評(píng)價(jià)巖溶洞穴頂板穩(wěn)定性，使基礎(chǔ)設(shè)計(jì)做到既安全又經(jīng)濟(jì)合理，是工程建設(shè)中急待解決的問題。

（5）在分析單溶洞承載力的基礎(chǔ)上，而對(duì)于串珠狀溶洞情況和整個(gè)巖溶地區(qū)樁基特性分析較少。

巖溶樁基承載特性研究趨勢，必將是由定性到定量，由平面到三維的立體化過程。因此加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室模擬研究，引入精確理論分析系統(tǒng)，以及大力開展數(shù)值分析方法的應(yīng)用研究就顯得勢在必行。

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