淺析武漢市巖溶地段建筑地基處理與基礎(chǔ)選型

左義華

(中南勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430071)

巖溶是一種不良地質(zhì)現(xiàn)象，是可溶性巖在地下水的溶蝕作用下產(chǎn)生的不同地質(zhì)形態(tài)。巖溶發(fā)育須具備三個(gè)基本條件:1)場地分布有可溶性巖層，如石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖類;2)具溶蝕能力的地下水;3)地下水具有良好的循環(huán)流通條件。

1 武漢市區(qū)巖溶種類與空間分布

1.1 武漢市巖溶種類特征

武漢市巖溶主要有覆蓋型和埋藏型兩種，裸露型巖溶在市區(qū)極少分布。覆蓋型巖溶，由于碳酸鹽巖類之上直接覆蓋著第四系松散堆積物，故對(duì)建筑場地及地基穩(wěn)定影響較大。埋藏型巖溶，碳酸鹽巖類之上有較厚的白堊～下第三系巖層，由于埋深大，其上有較大厚度的非可溶性巖層覆蓋，故對(duì)場地穩(wěn)定性影響很小。

1.2 武漢市覆蓋型巖溶空間分布

武漢市地處長江中游，長江大致由南向北穿過武漢市區(qū)，武漢市地貌以長江為基準(zhǔn)向兩側(cè)延展可劃分為長江Ⅰ級(jí)階地、長江Ⅱ級(jí)階地、長江Ⅲ級(jí)階地(壟崗地段)三個(gè)大的單元。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造控制，武漢市覆蓋型巖溶分布大致分北、中、南三個(gè)條帶，走向均近東西向，基本上跨越了三個(gè)大的地貌單元，因而武漢市三大地貌單元都有覆蓋型巖溶分布，只是范圍大小不同而已。

1.3 覆蓋型巖溶主要形態(tài)

武漢市覆蓋型巖溶地段分布的碳酸鹽巖類主要為石灰?guī)r和白云巖，巖溶一般在巖層表面或巖層上部一定深度內(nèi)發(fā)育，巖層表面巖溶形態(tài)一般有石芽、溶溝、溶槽，巖層內(nèi)巖溶形態(tài)一般為溶洞、裂隙，溶洞內(nèi)大多被軟～可塑狀粘性土充填。

2 武漢市不同地貌單元巖溶區(qū)地層分布特征

武漢市巖溶地段所處的地貌單元不同，其上第四系覆蓋層地層分布及性質(zhì)亦有所不同，主要有以下三種情況:

1)長江Ⅰ級(jí)階地:長江Ⅰ級(jí)階地第四系覆蓋層具典型的二元結(jié)構(gòu)特征，上部為可～軟塑的粘性土，下部為稍密～密實(shí)的砂類土，長江Ⅰ級(jí)階地上的巖溶往往與砂層直接接觸，砂層為承壓水含水層，砂層承壓水與長江有水力聯(lián)系，而砂土無粘聚性，容易受地下水流動(dòng)而坍塌至巖溶孔洞中，造成地面塌陷。武漢市地面塌陷大多發(fā)生在此種巖溶地段。

2)長江Ⅰ級(jí)階地后緣與長江Ⅱ級(jí)階地:此種地貌單元覆蓋層上部為可～軟塑粘性土，其下為稍密～密實(shí)砂類土，砂土以下為可～硬塑粘性土，故此種地貌單元上的巖溶沒有與砂類土直接接觸，巖溶之上覆蓋有粘性土，粘性土有一定粘聚力，具跨蓋作用，又是隔水層，將砂層承壓水與巖溶水隔開，使二者無水力聯(lián)系，此種巖溶地段一般不發(fā)生地面塌陷。

3)長江Ⅲ級(jí)階地(壟崗地段):長江Ⅲ級(jí)階地(壟崗地段)覆蓋層以第四系老粘性土為主，此種地貌單元上的巖溶覆蓋層上部有厚度不大的可塑狀一般粘性土，下部大多是硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)的老粘性土，石灰?guī)r層面上一般分布有可～硬塑狀紅粘土。此種巖溶地段也不是武漢市地面塌陷區(qū)。

3 不同地貌單元巖溶區(qū)地基處理方式

在巖溶區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，首先要通過工程地質(zhì)勘察查明場地巖溶發(fā)育情況，必要時(shí)輔以地球物理勘探。根據(jù)國家規(guī)范，巖溶區(qū)工程地質(zhì)勘察，除與施工圖設(shè)計(jì)階段相對(duì)應(yīng)的詳細(xì)勘察外，還需要進(jìn)行施工勘察，針對(duì)具體的基礎(chǔ)型式，在基礎(chǔ)施工前，準(zhǔn)確查明基礎(chǔ)下巖溶發(fā)育情況?；A(chǔ)采用天然地基淺基礎(chǔ)(如獨(dú)立基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ))時(shí)，施工勘察逐柱布置勘探孔，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)時(shí)，施工勘察逐樁布置勘探孔。對(duì)施工勘察發(fā)現(xiàn)的巖溶情況通常作如下處理:

1)長江Ⅰ級(jí)階地上與砂層直接接觸的巖溶，需在場地四周設(shè)置落底式隔水帷幕，在場區(qū)內(nèi)對(duì)一定深度內(nèi)的砂土層進(jìn)行深層攪拌封底，并對(duì)溶洞進(jìn)行灌填處理，確保場地穩(wěn)定，不發(fā)生地面塌陷，在此類巖溶區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，代價(jià)較大。

2)對(duì)于沒有與砂土層直接接觸的長江Ⅰ級(jí)階地后緣、長江Ⅱ級(jí)階地及長江Ⅲ級(jí)階地(壟崗地段)上的巖溶，可只對(duì)施工勘察時(shí)發(fā)現(xiàn)的溶洞進(jìn)行灌填處理。

4 不同地貌單元巖溶區(qū)基礎(chǔ)選型原則

4.1 長江Ⅰ級(jí)階地上直接覆蓋砂類土的巖溶區(qū)

武漢市相關(guān)文件規(guī)定，此種地段是潛在地面塌陷區(qū)，原則上不宜作為建設(shè)用地，如進(jìn)行工程建設(shè)，在通過必要的地基處理后，不論建筑物規(guī)模大小、層數(shù)高低，基礎(chǔ)一律采用鉆孔嵌巖樁，樁基施工前采用一樁一孔或一樁多孔進(jìn)行施工勘察(超前鉆)，樁端進(jìn)入完成基巖(石灰?guī)r或白云巖)不小于2.0 m，且保證樁端下5.0 m范圍內(nèi)無溶洞存在。

4.2 長江Ⅰ級(jí)階地后緣與長江Ⅱ級(jí)階地上巖溶區(qū)

此類地段可溶性基巖表面覆蓋有一定厚度的粘性土，砂土與巖溶沒有直接接觸，但上部覆蓋層一般為軟弱土層，低承載力，高壓縮性，不能作天然地基。當(dāng)巖層上粘性土層厚度經(jīng)驗(yàn)算滿足穩(wěn)定性要求時(shí)，對(duì)層數(shù)不高、荷載不大的建筑物可采用復(fù)合地基或摩擦型樁基，以覆蓋層下部強(qiáng)度較好的砂土層作復(fù)合地基或摩擦型樁基持力層。

4.3 長江Ⅲ級(jí)階地(壟崗地段)的巖溶區(qū)

此類地段可溶性基巖之上覆蓋層大多為強(qiáng)度較好的老粘性土，基礎(chǔ)型式選擇可分為以下三種情況:

1)天然地基及淺基礎(chǔ):當(dāng)基底下土層厚度滿足巖溶穩(wěn)定性要求，且在覆蓋層上部能找到滿足荷載要求的持力層時(shí)，可直接采用天然地基淺基礎(chǔ)，如獨(dú)立基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)。

2)復(fù)合地基或摩擦樁:當(dāng)基底下土層厚度滿足巖溶穩(wěn)定性要求，但上部土層不能作天然地基時(shí)，可采用復(fù)合地基或摩擦型樁基。為避免下部巖溶對(duì)樁端的影響，復(fù)合地基單樁、摩擦型樁樁端與巖層之間土體厚度應(yīng)滿足巖溶穩(wěn)定性要求。石灰?guī)r、白云巖等可溶性碳酸巖層面一般分布有一定厚度的紅粘土，紅粘土上硬下軟，是上部持力層的相對(duì)軟弱下臥層，采用復(fù)合地基，不僅提高了持力層的承載力，同時(shí)提高了軟弱下臥層的強(qiáng)度。

3)嵌巖樁:對(duì)超高層建筑，當(dāng)采用天然地基、復(fù)合地基及摩擦型樁基均不能滿足承載力或變形要求時(shí)，只能用嵌巖樁。

5 巖溶區(qū)各種勘察階段鉆孔的回填處理

5.1 巖溶區(qū)勘察鉆孔不作回填處理的危害

如前所述，巖溶發(fā)育的一個(gè)基本條件是良好的水的循環(huán)流通條件。巖溶場地地下水一般分下部巖層巖溶水及上部上層滯水(由地表水及大氣降水補(bǔ)給)，長江Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)階地砂層還含有長江承壓水，自然狀態(tài)下，上層滯水與承壓水、巖溶裂隙水有粘性土層阻隔而無水力聯(lián)系，而勘察鉆孔鉆穿了隔水層，打開了各含水層水力聯(lián)系通道，給巖溶發(fā)育創(chuàng)造了便利條件，時(shí)間久了，上部土層還會(huì)從這種水流通道中流失，破壞了原始狀態(tài)下地層穩(wěn)定，形成土洞、落水洞，造成地面沉降。

5.2 巖溶區(qū)鉆孔的回填處理方法

原則上，所有勘察鉆孔均需進(jìn)行回填，盡量恢復(fù)地層原狀，而巖溶區(qū)鉆孔回填質(zhì)量則要求更高。

詳細(xì)勘察鉆孔要求“以土還土、以砂還砂”方式回填，重點(diǎn)是封堵上、下含水層之間的聯(lián)系。

天然地基、復(fù)合地基“一柱一孔”施工勘察鉆孔，處于基礎(chǔ)范圍內(nèi)，應(yīng)采用高標(biāo)號(hào)水泥漿注漿灌填，一方面，土層段注漿，恢復(fù)地基土強(qiáng)度，另一方面，巖層段注漿，對(duì)潛在巖溶進(jìn)行了處理，對(duì)地基整體穩(wěn)定性有利。

嵌巖樁“一樁一孔或一樁多孔”施工勘察(超前鉆)鉆孔，因隨后要原位進(jìn)行鉆孔樁施工成孔、灌注混凝土成樁，可不進(jìn)行鉆孔回填。

6 結(jié)語

巖溶地基是工程地質(zhì)勘察和設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)肅對(duì)待的一個(gè)難題，問題的難在于巖溶發(fā)育的無規(guī)律性和深埋在地層深處的不可預(yù)見性。本文嘗試從武漢市各種地貌單元著手，通過分析不同地貌單元上的地層分布及特征，歸納總結(jié)了不同地貌單元上巖溶地段地基處理方式與基礎(chǔ)選型，不求計(jì)算精確，但求判斷準(zhǔn)確，供從事工程地質(zhì)勘察和設(shè)計(jì)人員參考。