巖溶地區(qū)樁基工程的巖土工程勘察分析與探討

徐青

摘 要：溶巖發(fā)育地區(qū)對工程建設(shè)影響較大，可通過適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)形式及地基處理方式消除其不良影響，一般采用嵌巖樁基方案?？筛鶕?jù)擬建場地的巖土特征及分層，進(jìn)行樁基持力層比選，并進(jìn)行巖溶地基評價(jià)，驗(yàn)算溶洞頂板的抗沖切承載力，同時(shí)需考慮成樁可行性。

關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū)，樁基工程，巖土工程勘察

巖溶地區(qū)由于長時(shí)間的巖溶作用導(dǎo)致巖石表面有很多的溶溝溶槽，巖石上面有很多的由于濕熱條件下形成的紅黏土。其中包含有可溶性巖層，如碳酸類巖層、硫酸類巖層和鹵素類巖層等，這些巖層受水的化學(xué)溶蝕和物理侵蝕作用而形成洞穴溝槽、空隙以及被切割成各種形態(tài)的巖體。溶溝溶槽的很多表面都是凹凸不平的，一般都是紅黏土填充其中，導(dǎo)致一般條件下不能夠形成良好的建筑物地基基礎(chǔ)，溶巖發(fā)育地區(qū)對工程建設(shè)影響較大。

巖溶地區(qū)的工程建設(shè)一般可采用樁基工程，嵌巖樁方案，當(dāng)樁身范圍內(nèi)巖溶發(fā)育，往往存在成孔質(zhì)量不穩(wěn)定、澆注時(shí)混凝土大量流失等風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)樁端范圍內(nèi)遇溶洞時(shí)，使得樁基對豎向變形極為敏感，一旦出現(xiàn)過量變形，將直接影響樁端巖溶頂板厚度的穩(wěn)定性，情況嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致溶洞塌陷，對整個(gè)工程建設(shè)產(chǎn)生致命危害。

一、擬建場地簡介

擬建場地位于貴陽構(gòu)造溶蝕盆地東緣，根據(jù)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及塑形營力性質(zhì)等因素，區(qū)內(nèi)地貌類型可分為溶蝕地貌、溶蝕—侵蝕地貌兩大成因類型，其中，溶蝕地貌類型占主導(dǎo)地位。擬建場地地貌類型屬溶蝕峰叢谷地地貌，現(xiàn)狀為斜坡溝谷地段，地面標(biāo)高1100m左右，地勢總體兩端高、中間低，有一定起伏。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及實(shí)地工程地質(zhì)測繪，擬建場地位于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)黔中腹地貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)，具體位置為貴陽向斜軸部北端東側(cè)，地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜。貴陽地區(qū)以碳酸鹽巖為主，次為碎屑巖，第四系覆蓋層一般較薄，下伏侏羅系、三疊系、二疊系、石炭系、泥盆系、志留系等地層，巖性以灰?guī)r、白云巖為主，次為泥質(zhì)灰?guī)r、泥質(zhì)白云巖、砂巖、泥巖、頁巖等。

二、勘察目的及工作方法

巖溶地區(qū)工程一般需查明場地的區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)及工程地質(zhì)條件并進(jìn)行分析與評價(jià);需詳細(xì)查明場區(qū)范圍內(nèi)巖溶發(fā)育情況，評價(jià)巖溶對工程的影響;評價(jià)可能的樁基持力層，提供樁基設(shè)計(jì)參數(shù)，為確定樁型、樁長、估算單樁承載力等提供依據(jù);并進(jìn)行成樁可行性分析，評價(jià)樁基施工對周圍環(huán)境的影響。

對于可溶巖地區(qū)的橋梁樁基工程，勘探孔一般按一樁一孔布置。揭露溶洞時(shí)，鉆探深度應(yīng)根據(jù)工程需要適當(dāng)加深。勘察工作方法一般按照有關(guān)規(guī)范并結(jié)合地區(qū)工程實(shí)踐進(jìn)行，主要采用：工程地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、波速測試、電阻率測試、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等多種勘察手段，并同時(shí)采取一定數(shù)量的土樣、巖樣進(jìn)行室內(nèi)巖、土試驗(yàn)。

三、巖土特征及分層

擬建場區(qū)處于巖溶槽谷中，碳酸鹽巖分布較廣，因城市建設(shè)其原始地貌形態(tài)大部分已改變，未見明顯巖溶洼地、落水洞、漏斗等。根據(jù)勘察揭示，場地下伏基巖以灰?guī)r為主，巖面附近多發(fā)育溶溝、溶槽、石芽，巖體內(nèi)發(fā)育溶洞、溶蝕破碎帶、溶蝕裂隙。場區(qū)巖溶基本位于厚1～10m的覆土之下，屬覆蓋型巖溶。場區(qū)巖溶形態(tài)為沿裂隙、層面溶蝕擴(kuò)大為巖溶化裂隙或小型洞穴，裂隙連通性差，少見集中徑流，常有裂隙水流，巖溶發(fā)育強(qiáng)度分級(jí)總體為弱發(fā)育。

根據(jù)勘察揭示，擬建場地的巖性特征由新至老主要包括第四系覆蓋層（人工填土層（Qml）及殘坡積層（Qedl））及基巖（三疊系下統(tǒng)羅樓組（T1l））。人工填土層以雜填土為主，含大量碎石，夾少量紅黏土，結(jié)構(gòu)中密～密實(shí);殘坡積層為灰黃、褐黃色紅黏土，可塑狀;三疊系下統(tǒng)羅樓組為灰色薄～中厚層泥晶灰?guī)r，偶夾礫屑及瘤狀灰?guī)r，見遺跡化石及擾動(dòng)構(gòu)造，巖層呈單斜狀，地質(zhì)構(gòu)造簡單，巖層產(chǎn)狀105°∠10°，與下伏巖層整合接觸。

四、樁基工程分析與評價(jià)

（一）基礎(chǔ)持力層選擇

雜填土層具高壓縮性，承載能力及均勻性較差，穩(wěn)定性差;紅黏性層具中等壓縮性，承載力及均勻性較一般，穩(wěn)定性較差，遇水后各項(xiàng)指標(biāo)急劇下降，工程性質(zhì)急劇變差，具膨脹性;洞穴堆積層主要以軟塑或流塑狀黏土為主，穩(wěn)定性及均勻性差;強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r（溶蝕破碎帶），溶蝕現(xiàn)象強(qiáng)烈發(fā)育，穩(wěn)定性及均勻性差，均不能作為擬建工程的基礎(chǔ)持力層。

中風(fēng)化巖層呈薄～中厚層狀，地層分布連續(xù)穩(wěn)定，巖層層面較平緩，地層均勻性相對較好;場地內(nèi)基巖不存在臨空條件，不具備滑移條件，基巖地基整體穩(wěn)定性較好。場地下伏基巖為可溶巖，局部有溶洞分布，經(jīng)適當(dāng)?shù)墓こ烫幚砗?，可作為建筑物樁基的持力層?/p>

（二）基礎(chǔ)型式建議

根據(jù)勘察成果，對中風(fēng)化基巖埋深淺的橋梁墩臺(tái)，可比選采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)或樁基礎(chǔ)，對中風(fēng)化基巖埋深較深的，可采用樁基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)可根據(jù)樁板結(jié)構(gòu)實(shí)際的基礎(chǔ)型式、荷載條件及場地地層分布特征，結(jié)合工程地質(zhì)剖面圖，確定適宜的樁端入土深度，考慮基巖面起伏情況，建議適當(dāng)增加嵌入深度。

（三）地基穩(wěn)定性評價(jià)

擬建工程采用中風(fēng)化基巖作為樁基持力層，中風(fēng)化巖體連續(xù)穩(wěn)定，厚度較大，對巖溶發(fā)育地段可采用穿越處理，使樁端位于地基穩(wěn)定、均勻、無巖溶發(fā)育地層。

（四）巖溶地基評價(jià)

依據(jù)《貴州建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范》（DB22/46-2004）第7.3.2條當(dāng)基底面積小于溶洞平面尺寸時(shí)，可按沖切錐體模式驗(yàn)算溶洞頂板的抗沖切承載力。巖石極限抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值初步確定時(shí)可取0.05倍巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度，基礎(chǔ)底面以下的溶洞頂板厚度h大于1.7d（d為溶洞直徑）時(shí)，可不考慮溶洞的影響。參照重慶地方規(guī)范《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ50-047-2006）進(jìn)行抗沖切承載力計(jì)算：

頂板巖體抗沖切承載力計(jì)算公式：Fl=0.24flumh/（λ+0.5）

對于矩形基礎(chǔ)：um=2（b+l+2λh）;對于圓形基礎(chǔ)：um=（d+λh）π

驗(yàn)算時(shí)應(yīng)符合下式要求：Fl≥F+G+Vmγ

式中：Fl—頂板抗沖切承載力特征值;F—相應(yīng)于荷載效應(yīng)基本組合（分項(xiàng)系數(shù)取0.1）時(shí)，上部結(jié)構(gòu)傳遞至基礎(chǔ)頂面的豎向力值，本工程按設(shè)計(jì)取8000kN;G—基礎(chǔ)自重和基礎(chǔ)上的土重;λ—沖跨比，λ=tanθ，取λ=0.3～0.5;um—沖切破壞錐體在h/2高度處的周長;Vm—沖切破壞錐體的體積;l，b—矩形基礎(chǔ)的長邊與短邊邊長;d—圓形基礎(chǔ)的地面直徑;h—基礎(chǔ)地面以下洞穴頂板的厚度;γ—洞穴頂板巖石的重度;fl—巖體抗拉極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

頂板巖體抗沖切承載力計(jì)算見下表：

根據(jù)上表計(jì)算結(jié)果，對中風(fēng)化灰?guī)r，巖體抗沖切厚度不小于3.0m，但考慮其溶洞側(cè)壁可能存在順層臨空面，地基附加應(yīng)力作用范圍較深、時(shí)間效應(yīng)等因素，建議巖溶頂板厚度在基底以下不小于4.0m?；A(chǔ)下淺埋巖溶洞隙呈開口狀或頂板不滿足穩(wěn)定性要求時(shí)，可炸開洞隙頂端，清除填充物，回填素混凝土（洞體較?。┗蚧靥蠲炷粒ǘ大w較大），對基底下寬度不大的深溶槽，可清除槽內(nèi)一定深度的填充物，洗凈巖壁，橫截刻槽，嵌入鋼筋，回填混凝土或水泥砂漿，必要時(shí)，對于基底的破碎巖體可采用灌漿加固。若溶洞頂板有效巖體厚度不足，可采用樁基穿過溶洞置于洞底穩(wěn)定巖體內(nèi)。

（五）樁型選擇及成樁可行性評價(jià)

根據(jù)本次勘察成果資料，擬建場地主要分布土層為雜填土和紅黏土，部分區(qū)域土層厚度較大，開挖過程中容易出現(xiàn)孔樁側(cè)壁垮塌，采用人工挖孔具有一定的安全隱患。場地下伏基巖為中風(fēng)化基巖，為含水層，勘察期間場地穩(wěn)定地下水位埋置于設(shè)計(jì)路面標(biāo)高以下，但是部分基礎(chǔ)底面標(biāo)高低于地下水水位標(biāo)高，孔樁開挖后揭露的水體以潛水為主。擬建場地巖溶弱發(fā)育，對樁基的施工有一定的影響。在常見樁型中，鉆孔灌注樁具有較好的可鉆性，能夠在各種地層條件中施工。鉆孔灌注樁以其低噪音、對周圍環(huán)境影響較小、無擠土效應(yīng)、工效快、相對安全等特點(diǎn)，在基礎(chǔ)工程中得到廣泛應(yīng)用?？紤]到以上條件，建議采用機(jī)械鉆孔灌注樁?？紤]到填土層容易垮塌，成孔難度大，建議采用套管跟管鉆進(jìn)，保證孔樁側(cè)壁的穩(wěn)定性。

（六）樁基施工注意事項(xiàng)

1、淺部土層以人工填土及可塑狀紅黏土為主，施工過程中容易出現(xiàn)孔樁側(cè)壁垮塌或縮徑，施工過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控，及時(shí)采取鋼護(hù)筒跟進(jìn)或回填片、塊石（混凝土）處理垮塌;

2、樁基澆筑過程中出現(xiàn)混凝土超方問題時(shí)，為避免斷樁，應(yīng)做好相應(yīng)的應(yīng)急處理方案;

3、在樁基施工過程中，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，避免坍孔、擴(kuò)孔和沉渣過厚等問題;

4、對質(zhì)量控制應(yīng)注重預(yù)防為主，即在施工前做好充分準(zhǔn)備工作，制定相應(yīng)的防范措施;

5、施工過程發(fā)現(xiàn)與勘察報(bào)告有異時(shí)或巖性變化較大時(shí)，應(yīng)與勘察單位及時(shí)聯(lián)系，必要時(shí)進(jìn)行施工勘察;

6、加強(qiáng)對施工質(zhì)量的監(jiān)管及施工單位的自監(jiān)。

（七）地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)分析

1、擬建場地不良地質(zhì)及特殊巖土發(fā)育，主要地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)因素有：巖溶、地面塌陷以及雜填土和紅黏土。

2、擬建場地巖溶弱發(fā)育，巖溶水徑流、排泄條件復(fù)雜，施工時(shí)易發(fā)生巖溶突水（突泥）等現(xiàn)場，甚者引發(fā)地面沉降、巖溶塌陷。

3、紅黏土層分布區(qū)，遇水后物理力學(xué)性質(zhì)會(huì)急劇變差;局部雜填土，鉆孔灌注樁成孔時(shí)容易塌孔，在開挖出現(xiàn)臨空面以后，施工支護(hù)處理不當(dāng)易引起邊坡溜坍，甚者對既有建（構(gòu)）筑物產(chǎn)生影響。

五、結(jié)語

巖溶是擬建場地的重要巖土工程問題，工程建設(shè)施工過程中可能會(huì)存在不可預(yù)見的地下隱伏巖溶形態(tài)發(fā)育，成孔過程中根據(jù)施工勘察揭示的不同巖溶發(fā)育情況采取相應(yīng)處理措施。擬建場地的地質(zhì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素主要為巖溶、地面塌陷和雜填土，施工時(shí)針對不同的風(fēng)險(xiǎn)因素，應(yīng)采取合理有效的工程措施，做好各類應(yīng)急預(yù)案。

巖溶地區(qū)的基礎(chǔ)一般采用承臺(tái)+樁基的基礎(chǔ)型式，樁型擬采用鉆孔灌注樁，承臺(tái)埋深較淺、尺寸較小，建議采用明挖施工。施工過程中需注意地下水的作用與控制，同時(shí)尚需對周邊環(huán)境進(jìn)行相應(yīng)監(jiān)測工作，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)和施工參數(shù)，保證周邊環(huán)境的安全。

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