巖溶地區(qū)某多層框架結(jié)構(gòu)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工探討

徐永波 (安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230001）

1 工程概況

本工程為廣西貴港市的某商業(yè)綜合體，南北向長(zhǎng)200m、東西向?qū)?46m，地上3～4層，地下部分區(qū)域?yàn)閱螌拥貛?kù)，部分無(wú)地下室，總建筑面積約106140m2，其中，地上建筑面積85184m2、地下建筑面積 20956m2，建筑高度19.60m。本工程抗震設(shè)防分類(lèi)為重點(diǎn)設(shè)防類(lèi)，設(shè)防烈度為6度，Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地，基本地震峰值加速度值為0.05g，反應(yīng)譜特征周期為0.35s，設(shè)計(jì)地震分組為第一組。

2 地質(zhì)資料及地勘巖溶發(fā)育程度

場(chǎng)地上覆土層依次為人工填土（Q4ml）雜填土、第四系更新統(tǒng)沖洪積（Q3al+pl）次生紅黏土、下伏基巖為石炭系（C1）石灰?guī)r。本工程天然地基的持力層為破碎石灰?guī)r和完整石灰?guī)r，其巖性特征如下[1]。

雜填土①：成份以粘性土、淤泥為主，夾雜建筑垃圾、碎石、角礫等，局部可見(jiàn)植物根系，堆填時(shí)間大于5年。雜填土成雜色、松散狀，稍濕、土質(zhì)不均勻，結(jié)構(gòu)松散，未經(jīng)夯實(shí)及碾壓不能作為持力層使用。

硬塑紅黏土②：呈現(xiàn)褐紅色、褐黃色、黃色，呈稍濕、硬塑狀，局部夾雜少量礫石，韌性中等，干強(qiáng)度高。

可塑紅黏土③：呈現(xiàn)黃色，場(chǎng)地內(nèi)局部分布。

破碎石灰?guī)r④：深灰色、灰色，風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯破碎，巖芯被溶蝕，一般呈碎塊狀，塊徑20mm～80mm不等。巖石堅(jiān)硬程度屬較軟巖，巖體完整程度屬破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。本層承載力特征值為2400kPa。

較完整石灰?guī)r⑤：深灰色、灰白色、灰色，中等風(fēng)化狀態(tài)。巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為41.51MPa，巖石堅(jiān)硬程度屬較硬巖，巖體完整程度屬較完整。該層在場(chǎng)內(nèi)全部區(qū)域均有分布，為場(chǎng)地穩(wěn)定分布地層，勘察時(shí)未鉆穿該層，最大揭露厚度14.7m，平均層厚5.39m。本層承載力特征值為4000kPa。

④、⑤層巖內(nèi)分布有大量溶洞，溶洞屬空洞或半～全填充溶洞，填充物主要為黃色、灰色黏性土，呈可塑狀～硬塑狀[1]，溶洞形式多樣且高度大小不一。

詳勘揭露的巖溶發(fā)育情況及典型溶洞分布如表1和圖1所示。

圖1 地質(zhì)及典型溶洞分布圖

巖溶發(fā)育情況匯總表 表1

3 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探討

3.1 施工勘察

根據(jù)廣西地標(biāo)《巖溶地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》（DBJ45/024-2016）及地勘報(bào)告的要求，地基基礎(chǔ)施工前需進(jìn)行施工勘察，施工勘察采取超前鉆。

與一般性土地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)不同，巖溶地區(qū)詳勘每根柱子下均有勘探點(diǎn)。設(shè)計(jì)按詳勘點(diǎn)進(jìn)行基礎(chǔ)初步設(shè)計(jì)，確定每根柱下基礎(chǔ)形式，然后由設(shè)計(jì)與勘探共同確定施工勘探點(diǎn)。施工勘探點(diǎn)的勘探根據(jù)《巖溶地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》（DBJ45/024-2016）的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。本工程地基溶洞發(fā)育程度為中等，即便是臨近約1m，巖石面也有較大差異，為確保施工過(guò)程中補(bǔ)充勘探點(diǎn)過(guò)大及結(jié)構(gòu)安全，大部分柱下均布置5個(gè)探孔，僅對(duì)荷載較小的柱下布置三個(gè)孔。為避免同一柱下基礎(chǔ)探孔的差異性，要求勘探深度截止標(biāo)準(zhǔn)為較完整巖厚度≥7m。

3.2 基礎(chǔ)選型及設(shè)計(jì)

本工程基礎(chǔ)持力層為④層破碎石灰?guī)r或⑤層較完整石灰?guī)r，場(chǎng)地溶洞發(fā)育程度為中等，無(wú)地庫(kù)區(qū)域基礎(chǔ)方案為獨(dú)基或樁（墩）基，有地庫(kù)區(qū)域基礎(chǔ)方案為獨(dú)基或樁基+防水板。本項(xiàng)目大部分柱子的軸力4000kN～6500kN之間，少量柱6500kN～9000kN；持力層為④層破碎巖和⑤層較完整石灰?guī)r。本工程柱子尺寸為 600×600～800×800。

對(duì)于無(wú)地庫(kù)區(qū)采用獨(dú)立基礎(chǔ)時(shí)，因地基承載力很高，基底面積較小，一般在柱邊45°沖切錐體范圍內(nèi)，類(lèi)似于《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）中無(wú)筋擴(kuò)展基礎(chǔ)，但《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）中表 8.1.1注 4提出當(dāng)基礎(chǔ)底面處的平均壓力值＞300kPa時(shí)，尚應(yīng)進(jìn)行抗剪截面驗(yàn)算?！稄V西建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ45/003-2015）對(duì)于 H/B1≥2時(shí)規(guī)定了計(jì)算方法，而未對(duì)2≥H/B1≥1作出規(guī)定，本工程在設(shè)計(jì)時(shí)參考了同樣巖石性質(zhì)的《貴州建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DB22/45-2004）、《重慶建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ50-047-2016）中的做法，本工程已于2018年竣工并投入使用，至今完好。H、B1詳見(jiàn)圖2。以上地標(biāo)基礎(chǔ)抗剪截面驗(yàn)算時(shí)，均引入與臺(tái)階高寬比（相當(dāng)于剪跨比）相關(guān)的系數(shù)，公式形式不同，但結(jié)果基本相同，當(dāng)高寬比=1時(shí)，系數(shù)為0.7，與一般性土的受剪驗(yàn)算公式一致。

圖2 無(wú)地庫(kù)區(qū)域柱下獨(dú)立基礎(chǔ)剖面示意圖

筆者認(rèn)為，對(duì)于巖石地基上的筏板基礎(chǔ)，進(jìn)行基礎(chǔ)的抗剪計(jì)算是有必要的。

對(duì)于有地庫(kù)部分采用獨(dú)立基礎(chǔ)+防水板基礎(chǔ)形式時(shí)，獨(dú)基設(shè)計(jì)與無(wú)地庫(kù)區(qū)域不同。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，須驗(yàn)算水浮力作用的基礎(chǔ)沖切，詳見(jiàn)圖3。因此在防水板厚度一定的情況下，獨(dú)立基礎(chǔ)平面尺寸由水浮力沖切控制，故獨(dú)基幾面尺寸不能太小，獨(dú)基厚度由沖切及配筋等因素決定，獨(dú)基抗剪驗(yàn)算易滿(mǎn)足。

圖3 地庫(kù)區(qū)域柱下獨(dú)立基礎(chǔ)剖面示意圖

本工程樁（墩）基按當(dāng)?shù)亓?xí)慣做法，采用機(jī)械旋挖成孔灌注樁，為嵌巖樁。本場(chǎng)地溶洞（溝）主要為屬空洞、半～全填充溶洞。溶洞（溝）頂板多為巖體破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育的石灰?guī)r，表明擬建場(chǎng)地巖溶發(fā)育程度較強(qiáng)，溶洞頂板的穩(wěn)定性較差，屬于淺覆蓋型巖溶。因此在設(shè)計(jì)時(shí)只考慮嵌巖段承載力，不考慮持力層以上樁側(cè)阻力。樁基設(shè)計(jì)時(shí)，須保證樁身全截面進(jìn)入⑤層完整巖深度及樁下完整巖厚度≥5m。針對(duì)施工勘察中揭示的樁基四周分布不同情況[1]，如樁位于石芽形芽尖、位于山坡中間、位于山谷中間等情況適當(dāng)加深全截面嵌巖深度。必要時(shí)須補(bǔ)充施工勘察，若出現(xiàn)樁基鉆孔后發(fā)現(xiàn)無(wú)法滿(mǎn)足上述條件，則須在柱周補(bǔ)充勘探，采用兩樁或多樁承臺(tái)。本工程樁下巖層的差異性大，施工、設(shè)計(jì)、勘探需全程進(jìn)行配合，設(shè)計(jì)根據(jù)施工勘察及施工修改是本工程的一大特點(diǎn)。

另外溶洞頂蓋穩(wěn)定性計(jì)算也是巖溶地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重要特點(diǎn)。本工程基礎(chǔ)下出現(xiàn)溶溝，溶溝上方覆蓋層厚度約為5m，獨(dú)立基礎(chǔ)位于溶溝上方，經(jīng)施工勘察，溶溝深度大于40m，覆蓋層的穩(wěn)定性直接影響結(jié)構(gòu)安全。溶洞的穩(wěn)定性計(jì)算目前分為定量計(jì)算和半定量計(jì)算，目前《廣西巖溶地區(qū)地基基礎(chǔ)規(guī)范》（DBJ45/024-2016）及《重慶建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（DBJ50-047-2016）等規(guī)范均推薦了半定量計(jì)算方法，但計(jì)算前提是盡可能探明溶洞（溝）跨度及覆蓋層情況。

圖4 溶溝分布圖

4 巖溶地區(qū)樁基施工及典型問(wèn)題的處理方法

巖溶地區(qū)樁基礎(chǔ)施工主要存在的問(wèn)題：不同位置隨著樁下溶洞形式不同，成孔時(shí)間不同，成樁工藝各不相同；成孔困難，成孔后孔內(nèi)塌方，甚至造成場(chǎng)地內(nèi)塌方；因本場(chǎng)地內(nèi)④層破碎石灰?guī)r及⑤層完成石灰?guī)r強(qiáng)度高，鉆頭損耗大，且容易發(fā)生滑移，因此樁基施工工藝是設(shè)計(jì)不可回避的問(wèn)題，現(xiàn)就相關(guān)問(wèn)題總結(jié)如下。

①本工程樁基施工采用泥漿護(hù)壁的工藝，此種方式帶來(lái)地下水的變化，特別是后期出現(xiàn)了塌方情況，現(xiàn)場(chǎng)圖片及平面范圍見(jiàn)圖5。

圖5 塌方情況

塌方位置處于建筑場(chǎng)地內(nèi)，采用片石+黏土回填，然后在柱周邊增加勘探點(diǎn)，探明柱周邊情況后設(shè)計(jì)兩樁或多樁承臺(tái)。

②對(duì)于溶洞高度小于6m的情況，采取泥漿護(hù)壁一般能順利成孔。若遇小量塌孔時(shí)采用填充C15，采用拋入粘土、片石后擠壓，后進(jìn)行二次成孔。

③溶洞高度大于6m時(shí)采取增設(shè)鋼管護(hù)壁，但本工程場(chǎng)地下巖溶面傾斜角較大，會(huì)出現(xiàn)鋼護(hù)筒滑入溶洞中，甚至套筒不知所蹤；采取的成樁工藝是拋片石+粘土、粘土+水泥拌合物、回填C15混凝土然后在成孔，有時(shí)需要須填充、成孔多次反復(fù)方能成孔。

④巖面坡度較大時(shí)，施工中若鉆孔位置發(fā)生偏移，待上層斜巖穿透后填充片石或C15混凝土后二次成孔。

⑤澆筑混凝土?xí)r，混凝土順著聯(lián)通的溶洞（溝）流走，超灌量達(dá)到數(shù)倍的情況下仍無(wú)法成樁，此種情況下不易繼續(xù)澆灌混凝土，須補(bǔ)充施工勘探，采取兩樁甚至多樁承臺(tái)。

5 總結(jié)

巖溶地區(qū)巖層分布差異巨大，而從調(diào)研情況看，當(dāng)?shù)匚锾郊夹g(shù)應(yīng)用并不成熟，故發(fā)展適應(yīng)于當(dāng)?shù)貛r層情況的物探技術(shù)將會(huì)給土建工程的設(shè)計(jì)、施工帶來(lái)很大便利；而施工勘察是詳勘的必要補(bǔ)充和修正，是設(shè)計(jì)院對(duì)每種特殊情況，采取既方便施工，又經(jīng)濟(jì)可靠的設(shè)計(jì)方案的必備條件。

另外，在巖溶地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)前進(jìn)行充分調(diào)研必不可少。對(duì)巖溶地區(qū)地基處理各地規(guī)范都提供了一些方法，而各地的方法有差異，具體設(shè)計(jì)時(shí)，須具體情況具體分析。本工程大部分區(qū)域?yàn)?層框架，荷載并不大，但占地面積大；規(guī)范中提供的充填法、跨越法、注漿法卻并不適用，這正是建立在對(duì)當(dāng)?shù)仨?xiàng)目充分調(diào)研的基礎(chǔ)上分析得到。而具體設(shè)計(jì)時(shí)，也會(huì)碰到當(dāng)?shù)匾?guī)范未盡之處，也需要建立在對(duì)當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)調(diào)研外加試驗(yàn)的基礎(chǔ)之上方能完成。

巖石地基上的獨(dú)立基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與一般性土上的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)略有不同；樁基設(shè)計(jì)須考慮場(chǎng)地條件與施工過(guò)程造成的原有巖（土）體平衡狀態(tài)的改變帶來(lái)的工藝改變，且需要關(guān)注樁基施工全過(guò)程。

基礎(chǔ)施工也是設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)節(jié)。本工程已按詳勘選擇了不同的溶洞樣式選擇了試成樁，但后期隨著土方開(kāi)挖、地下水的變化等造成施工難度增大，設(shè)計(jì)須密切關(guān)注成樁情況，并做出相應(yīng)調(diào)整。樁基施工質(zhì)量很大程度上取決于工人操作，須加強(qiáng)監(jiān)理。為保證工程樁施工的質(zhì)量，工程樁完整性檢測(cè)采用低應(yīng)變、超聲波、鉆芯3種方法進(jìn)行檢驗(yàn)，并加大靜載試驗(yàn)的抽檢比例，從抽檢結(jié)果看，施工效果良好。

總之，巖溶地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需充分調(diào)研，勘察、設(shè)計(jì)、施工的全過(guò)程配合與調(diào)整，方能對(duì)每種特殊情況采取既方便施工又經(jīng)濟(jì)可靠的設(shè)計(jì)方案。