某巖溶場(chǎng)地工程適宜性及基礎(chǔ)選型分析

付經(jīng)剛，歐陽(yáng)竹青

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局九0二地質(zhì)大隊(duì)，江西 新余 338000）

1 工程概況

分宜某重點(diǎn)建設(shè)工程項(xiàng)目地塊面積86609m2，擬建1棟6層的生活樓和10棟4層的標(biāo)準(zhǔn)廠房，建筑高度為24.6～20.4m，單柱最大荷載分別為3900kN和5700kN，結(jié)構(gòu)類型均為框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)初期擬采用淺基礎(chǔ)型式。

擬建場(chǎng)地位于萍樂坳陷帶袁水復(fù)向斜中部偏南翼，區(qū)內(nèi)二疊系茅口組（P2m）灰?guī)r發(fā)育，分布廣泛。場(chǎng)地原始地貌為荒地、稻田、蔬菜地等，現(xiàn)已填土整平。

2 巖土工程地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，場(chǎng)地內(nèi)自上至下揭露的地層巖性主要有第四系人工填土（Q4ml）、沖洪積形成的粉質(zhì)黏土（Q4al+pl）和含礫黏土（Q4al+pl），底部為二疊紀(jì)茅口組灰?guī)r夾薄層碳質(zhì)頁(yè)巖（P2m），溶洞發(fā)育。各巖土層工程地質(zhì)特征分述如下：

（1）人工填土（Q4ml）。分布于地表，全場(chǎng)地均有分布，系近期場(chǎng)地平整人工堆填而成，主要由粉質(zhì)黏土、碎石、磚塊等建筑垃圾等組成，局部有生活垃圾，結(jié)構(gòu)松散，成分含量等不均勻。厚度變化較大，普遍為3～6m，局部可達(dá)8～11m。屬高壓縮性土，工程性質(zhì)差。

（2）粉質(zhì)黏土（Q4al+pl）。埋藏分布于人工填土底部，系全新世沖洪積而成，層位分布基本穩(wěn)定，土層結(jié)構(gòu)均勻，干強(qiáng)度中等，韌性中等，呈硬或可塑狀，但厚度變化較大，為1.1～20.6m，平均厚度8.3m，土層頂?shù)酌嫫鸱^大。屬中等壓縮性土，工程力學(xué)性質(zhì)較好，地基承載力特征值推薦為180kPa。

（3）含礫黏土（Q4al+pl）。埋藏分布于人工填土及粉質(zhì)黏土層底部，層位分布不穩(wěn)定，不連續(xù)，土層結(jié)構(gòu)均勻，韌性中等或低等，干強(qiáng)度中等或低等，呈軟塑狀，局部含水飽和呈流塑狀。土層厚度變化較大，為1.8～21.0m，平均厚度為8.58m，土層頂?shù)酌嫫鸱^大。屬高壓縮性土，工程性質(zhì)差，力學(xué)強(qiáng)度低，地基承載力特征值推薦為110kPa，屬于場(chǎng)地底部的軟弱下臥層。

（4）灰?guī)r（P2m）。為二疊紀(jì)海相沉積形成的碳酸鹽巖，局部夾灰黑色薄層碳質(zhì)頁(yè)巖，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，裂隙較發(fā)育，多見有方解石脈充填，巖性較堅(jiān)硬，單軸飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為24.16MPa，推薦承載力特征值為2800kPa，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ～Ⅳ級(jí)。根據(jù)規(guī)范要求，所有鉆孔控制深度均進(jìn)入底部完整灰?guī)r5～8m（遇溶洞則穿透溶洞進(jìn)入底部完整灰?guī)r5～8m），穩(wěn)定完整灰?guī)r實(shí)際揭露厚度為5.05～10.30m[1]。穩(wěn)定完整灰?guī)r面標(biāo)高在42.59～79.17m。

3 巖溶發(fā)育特征

根據(jù)鉆探揭露情況：該場(chǎng)地隱伏巖溶現(xiàn)象特別發(fā)育。巖面起伏較大，相鄰鉆孔間存在陡坡臨空面，具有溶溝、溶槽、石牙等不良地質(zhì)現(xiàn)象。底部溶洞也特別發(fā)育，部分地段形成向上開口型溶洞而成為土洞。溶洞的形態(tài)變化不規(guī)則，頂?shù)酌嫫鸱^大，溶洞內(nèi)多充填有稀泥夾碎石，普遍含水飽和呈流塑狀。各鉆孔溶洞之間連通性較好，鉆進(jìn)時(shí)均全孔漏水。

全場(chǎng)地135孔有76孔揭露有大小不同的溶洞，部分鉆孔還揭露有串珠狀溶洞。鉆孔揭露溶洞深度大小為0.2～14.6m，平均揭露深度3.38m。其中：揭露深度不大于1m的溶洞有24個(gè)；1～5m的溶洞有50個(gè)；大于5m的溶洞有24個(gè)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，該場(chǎng)地巖溶見洞率為56.3%，線巖溶率為23.5%，依據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）第6.6.2條判定巖溶發(fā)育程度為強(qiáng)發(fā)育[2]。

4 場(chǎng)地水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地巖溶裂隙水豐富，具有一定的承壓性，主要接受大氣降雨補(bǔ)給，通過巖溶裂隙通道及溶洞補(bǔ)給、徑流、排泄，水位隨季節(jié)的變化而變化，年變幅為1.00～2.00m，尤其是在每年的4—6月補(bǔ)給量相對(duì)充分，屬于地下水補(bǔ)給的豐水期。每年11月到來年的3月份為補(bǔ)給的枯水期。場(chǎng)地內(nèi)地下水綜合穩(wěn)定水位埋深為0.00～2.50m，地下水綜合穩(wěn)定水位高程為82.43～86.30m。

5 場(chǎng)地適宜性分析

從場(chǎng)地空間分布而言，場(chǎng)地上覆土層均勻性受隱伏巖溶微地貌的控制，僅粉質(zhì)黏土層基本穩(wěn)定，上部人工填土層松散、厚度大，底部的含礫黏土層位不穩(wěn)定、不連續(xù)，參照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2016年版）》（GB 50011—2010）該場(chǎng)地土類型為中硬土和軟弱土[3]。下伏二疊系茅口組灰?guī)r，為該區(qū)的基底巖石，區(qū)域厚度＞220m，層位穩(wěn)定，但該場(chǎng)地揭露巖面起伏較大，溶洞發(fā)育不規(guī)律，存在較大的不均勻性。

綜合場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)條件，場(chǎng)地內(nèi)巖土層變化較復(fù)雜，層面起伏變化較大。粉質(zhì)黏土層較穩(wěn)定，工程力學(xué)性質(zhì)較好，但因上部覆蓋有較厚的松散填土，底部還存在軟弱土層及巖溶等不良地質(zhì)現(xiàn)象，地下水對(duì)工程建設(shè)有一定影響，可能引起地面巖溶塌陷等地質(zhì)災(zāi)害，場(chǎng)地地基需經(jīng)加固處理或采取適宜的樁基礎(chǔ)方案才能使用，綜合評(píng)價(jià)場(chǎng)地適宜性為一般。

6 基礎(chǔ)選型

根據(jù)擬建項(xiàng)目工程性質(zhì)及場(chǎng)地內(nèi)巖土層工程地質(zhì)條件，針對(duì)該項(xiàng)目工程提出了兩種基礎(chǔ)方案：復(fù)合地基基礎(chǔ)方案[4]和樁基礎(chǔ)方案。

（1）復(fù)合地基基礎(chǔ)方案。擬建項(xiàng)目工程中6F生活樓單柱最大荷載為3900kN，4F標(biāo)準(zhǔn)廠房單柱最大荷載為5700kN，根據(jù)場(chǎng)地巖土層工程地質(zhì)條件，場(chǎng)地內(nèi)粉質(zhì)黏土層工程力學(xué)性質(zhì)較好，地基承載力特征值推薦為180kPa，是為較好的淺基礎(chǔ)持力層，但是由于上覆填土層厚度較大，底部還存在有軟弱下臥層，因此擬建工程不能直接采用天然地基基礎(chǔ)型式，需加固處理上部人工填土層，選擇加固處理后的復(fù)合地基作為淺基礎(chǔ)持力層，復(fù)合地基可采用較密集的夯擴(kuò)樁、碎石擠密樁或攪拌樁等型式，與樁間土共同形成復(fù)合地基，樁端穿透上部的松散填土層，以粉質(zhì)黏土層作為復(fù)合地基基礎(chǔ)持力層，復(fù)合地基之上再采用獨(dú)立基礎(chǔ)或筏板基礎(chǔ)。綜合該場(chǎng)地地質(zhì)情況，復(fù)合地基基礎(chǔ)方案仍存在以下不足之處：（1）擬建建筑荷載較大，采用夯擴(kuò)樁、碎石擠密樁或攪拌樁（柔性樁）等處理后的復(fù)合地基承載力可能難以滿足設(shè)計(jì)要求。（2）場(chǎng)地內(nèi)人工填土較厚，呈松散狀態(tài)，欠固結(jié)，在地面堆載及自重作用下會(huì)發(fā)生沉降，對(duì)復(fù)合樁基產(chǎn)生負(fù)摩阻力，難以與柔性樁共同受力形成復(fù)合地基。（3）場(chǎng)地內(nèi)地基均勻性較差，且松軟土層厚度較大，下伏基巖面起伏很大，處理后的復(fù)合地基也會(huì)存在不均勻性，易引發(fā)較大的差異沉降，難以滿足上部建筑對(duì)沉降變形的要求。且下伏基巖巖溶發(fā)育，局部發(fā)育土洞，易發(fā)生巖溶塌陷。為此，擬建場(chǎng)地采用復(fù)合地基基礎(chǔ)方案仍難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求，故建議采用大直徑嵌巖樁基礎(chǔ)方案。

（2）樁基礎(chǔ)方案?？紤]擬建場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性，為確保建設(shè)工程的安全性，采用大直徑嵌巖樁可穿透上覆土層和溶洞，選擇底部完整灰?guī)r作為樁基持力層。該場(chǎng)地底部完整灰?guī)r單軸飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為24.16MPa，推薦承載力特征值為2800kPa，巖層剛度大，大直徑嵌巖樁樁身采用鋼筋混凝土灌注，屬于剛性樁，可消除地基的不均勻性而產(chǎn)生的差異沉降，滿足工程設(shè)計(jì)要求。由于底部完整灰?guī)r埋深較深，因此樁基礎(chǔ)型式宜采用沖擊成孔灌注樁，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008），樁端宜嵌入底部完整灰?guī)r不小于2m，且樁端底部完整灰?guī)r不小于5m，遇有溶洞或薄層夾層，需穿透溶洞或夾層，進(jìn)入底部完整灰?guī)r上。

7 樁型選擇

（1）沖擊成孔灌注樁具有設(shè)備簡(jiǎn)單、鉆進(jìn)速度快、能克服地下障礙物（如孤石）、穿過溶洞及夾層、樁身變形小、單樁承載力高等優(yōu)點(diǎn)，以底部完整灰?guī)r作為樁基礎(chǔ)持力層，可有效解決地基不均勻沉降等問題，為此該工程可使用沖擊成孔灌注樁。

（2）預(yù)制管樁具有質(zhì)量可靠、工期短、成本適中、單樁承載力高等優(yōu)點(diǎn)，但遇有硬夾層、孤石時(shí)較難穿過或易出現(xiàn)斷樁現(xiàn)象，且施工過程中會(huì)產(chǎn)生擠土效應(yīng)、遇飽和黏性土大面積沉樁會(huì)造成地面隆起、樁體上浮及造成斷樁現(xiàn)象。該場(chǎng)地基巖為較硬巖，且存在巖溶洞穴和夾層、臨空面，采用該種樁型樁端無法穿過溶洞及夾層進(jìn)入底部完整灰?guī)r，故不宜采用。

（3）人工挖孔灌注樁，其優(yōu)點(diǎn)是可平行施工，可有效保證質(zhì)量，其缺點(diǎn)是松散土層、軟弱土層及地下水對(duì)挖孔樁施工會(huì)帶來較大困難，且施工過程中必須持續(xù)抽排地下水，容易造成地面塌陷，施工人員安全保障較困難，故不宜使用人工挖孔樁。

8 成樁可行性分析

（1）擬建場(chǎng)地分布有較厚的人工填土層，結(jié)構(gòu)松散、欠固結(jié)，且地面有一定的大面積堆載，采用樁基礎(chǔ)可能會(huì)在樁側(cè)產(chǎn)生負(fù)摩阻力，故樁基施工前需先對(duì)填土層進(jìn)行夯實(shí)處理，然后再成樁，可消除負(fù)摩阻力對(duì)樁基的影響。

（2）樁基施工時(shí)，相鄰樁孔較近時(shí)宜跳孔施工，避免引起樁孔塌陷，且不宜大量降排和擾動(dòng)地下水，防止導(dǎo)致可能的不均勻沉降或巖溶塌陷。

（3）由于底部灰?guī)r層面起伏較大，采用沖擊成孔灌注樁成樁過程中會(huì)遇到傾斜巖面，給樁基施工帶來困難，因此可采用回填塊石等措施重復(fù)沖擊成孔進(jìn)行糾斜處理，依次保證樁身垂直度滿足設(shè)計(jì)要求。

（4）場(chǎng)地內(nèi)基巖為可溶巖，巖溶強(qiáng)發(fā)育，沖擊成孔時(shí)如遇溶洞、溶槽等溶蝕現(xiàn)象，易發(fā)生瞬間漏漿導(dǎo)致樁孔坍塌，需及時(shí)補(bǔ)漿，防止孔壁坍塌?；炷凉嘧⑦^程中也往往會(huì)遇到超灌現(xiàn)象。

（5）采用沖孔工藝成孔，孔底沉渣厚度對(duì)樁基承載力影響較大，施工過程中在混凝土灌注前應(yīng)嚴(yán)格檢測(cè)孔底沉渣厚度，滿足設(shè)計(jì)要求。

9 結(jié)論

該場(chǎng)地巖土工程地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶現(xiàn)象強(qiáng)發(fā)育，上覆土層存在較厚的人工填土和軟弱下臥層，場(chǎng)地工程適宜性一般，不宜直接采用淺基礎(chǔ)型式。文章通過分析論證，提出了兩種基礎(chǔ)方案，一是復(fù)合地基基礎(chǔ)型式，二是大直徑嵌巖樁基礎(chǔ)型式。通過基礎(chǔ)選型對(duì)比和樁型選擇分析，最終確定采用大直徑嵌巖樁基礎(chǔ)，樁型采用沖擊成孔灌注樁，可滿足設(shè)計(jì)要求。最后該工程設(shè)計(jì)采用沖擊成孔灌注樁基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)樁徑為0.8～1.0m，以完整灰?guī)r為樁端持力層，樁端進(jìn)入底部完整灰?guī)r不小于2m，且樁端底部完整灰?guī)r厚度不小于5m。該項(xiàng)目樁基施工前進(jìn)行了一樁一孔勘察，樁基施工完成后，經(jīng)專業(yè)樁基檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。