巖溶地基基礎(chǔ)實例分析

□ 趙印良 許祖妹 趙鵬宇

1 ??工程概況

擬建場地位于廣西崇左市天等縣城西南面，天寶南路西側(cè)、環(huán)城大道東側(cè)，為灰?guī)r地區(qū)，巖溶中等至強烈發(fā)育［1］。擬建項目總用地面積69976.49m2，建筑占地面積19100.92m2，總建筑面積300260.85m2，計容面積244917.72m2，不計容面積55343.13m2［2］。擬建項目包括1棟10層酒店購物中心、12棟25層住宅樓、1棟26層住宅樓、商業(yè)鋪面、車庫、架空層、垃圾池、廁所和地下室等，20m為黃海高程基準(zhǔn)，地下室及上部結(jié)構(gòu)采用框架結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)，擬建建筑物平面布置詳見圖1。

圖1 總平面布置圖

2 ??工程地質(zhì)條件

2.1 場地巖土層分布及其性質(zhì)

根據(jù)地面地質(zhì)調(diào)查，鉆探揭露和試驗等資料綜合分析，場地地層巖性自上而下為第四系耕表土和第四系殘積成因的紅黏土，下伏地層為泥盆系（D）石灰?guī)r，根據(jù)鉆探揭露，場地地基土層自上而下詳細敘述如下：

（4）石灰?guī)r④層（D）：中風(fēng)化，呈灰白色、灰黃色，有溶蝕痕跡，隱晶結(jié)構(gòu)，局部風(fēng)化為砂狀，厚層狀構(gòu)造，屬于較軟巖，巖體較破碎，巖體基本質(zhì)量等級為IV級，巖芯采取率60%～80%，巖芯采取率較差，巖芯呈碎塊狀、個別短柱狀。溶蝕風(fēng)化較強烈，局部有夾泥現(xiàn)象，該層溶洞為中等發(fā)育。該層頂面埋深0.80m～12.70m，標(biāo)高423.07m～435.47m，層厚0.30m～7.00m。

（6）石灰?guī)r⑥層（D）：灰色，中風(fēng)化—微風(fēng)化，隱晶結(jié)構(gòu)，主要物質(zhì)成分為方解石，厚層狀構(gòu)造，屬于較硬巖，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級Ⅲ級，巖芯采取率80%～95%，巖石質(zhì)量指標(biāo)較好，巖芯呈長柱狀、短柱狀或碎塊狀。主要結(jié)構(gòu)面類型為裂隙和層面，結(jié)合好，層面一般無充填，節(jié)理裂隙面多由方解石脈充填。該層溶洞為中等發(fā)育，溶洞為軟塑—可塑黏土全填充。本次勘察未揭穿該層，層面起伏大，該層頂面埋深0.70m～18.00m，標(biāo)高416.77m～435.96m，鉆孔進入該層最大深度為23.20m。

土層分布特征、基巖埋藏條件、巖溶發(fā)育狀況等如圖2所示［2］。

圖2 1#樓29-29、5#樓70-70工程地質(zhì)剖面圖

2.2 巖土參數(shù)的確定

根據(jù)室內(nèi)試驗及現(xiàn)場原位測試結(jié)果，并結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗綜合取值，巖土設(shè)計參數(shù)：天然含水率（ω）、天然孔隙比（e0）、壓縮模量（Es）為平均值，抗剪強度（Ck、φk）為標(biāo)準(zhǔn)值。各巖土層的fak值根據(jù)室內(nèi)試驗成果，原位測試成果，按規(guī)范附錄C評定，最后結(jié)合工程實際綜合確定［3］。各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值見表1 。

表1 各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值

3 ??場地水文地質(zhì)條件

3.1 場地地表水特征

本次勘察期間為豐水期，勘察場地西側(cè)沿環(huán)城大道有一雨污排水溝，溝寬約3.00m，深約2.50m，溝內(nèi)積水0.20m～0.30m；場地西南邊有一養(yǎng)魚池，水面寬約40m×30m，水深0.50m～0.80m；場地東南角及南面分別有兩眼泉水，雨天出水較多，旱天水量較小，常年有水滲出。

3.2 場地地下水特征

場地內(nèi)分布的地下水主要賦存于石灰?guī)r巖溶裂隙中，屬巖溶裂隙水，該層水賦存特性與巖層中裂隙分布數(shù)量及走向有關(guān)，補給來源主要為相鄰場地同一含水層的側(cè)向補給，年水位變幅約2m～3m，具有承壓性?？辈炱陂g，大部分鉆孔出現(xiàn)不返水現(xiàn)象，這部分鉆孔遇見有巖溶水，水量局部較大，水位變化較大，各孔鉆探完成24h后測得穩(wěn)定地下水位埋深0.02m～6.27m（標(biāo)高為431.04m～435.85m），地下水大致由北向南徑流排泄，排泄不暢。

4??巖溶地基評價

4.1 溶洞穩(wěn)定性評價

4.1.1 溶洞對巖石地基承載力的影響

本場地巖溶中等—強烈發(fā)育，溶洞是場地巖溶發(fā)育的主要形式，本次勘察在鉆孔深度范圍內(nèi)，溶洞、溶溝、溶槽發(fā)育，溶洞頂板厚度不統(tǒng)一，單層、多層溶洞或裂隙均有存在，洞隙內(nèi)均為全充填軟—可塑狀黏土，處于相對穩(wěn)定狀態(tài)，溶洞和巖溶裂隙的存在，破壞了巖體的完整性，降低了巖體的地基承載力，因此，在確定有巖溶發(fā)育的基巖承載力時應(yīng)考慮溶洞的不利影響［4］。在采用《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007—2011）第5.2.6條的計算式確定巖石地基承載力特征值時，折減系數(shù)Ψr取低值。

4.1.2 柱（墩）基礎(chǔ)下溶洞穩(wěn)定性評價

采用石灰?guī)r④層或⑥層作為樁端持力層時，按《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ 94—2008）規(guī)定，柱（墩）端下3倍柱（墩）徑不小于5m范圍內(nèi)，不得有影響柱基承載力的溶洞發(fā)育，若有不穩(wěn)定溶洞，應(yīng)對溶洞采取處理措施。

4.1.3 天然地基下土洞和溶洞穩(wěn)定性評價

勘察鉆孔未發(fā)現(xiàn)土洞。當(dāng)基礎(chǔ)不是直接置于石灰?guī)r④層或⑥層上時，根據(jù)場地形成土洞和巖溶塌陷的條件分析，如建筑物使用期間場地及周邊地區(qū)不大量采排地下水，不考慮溶洞對地基穩(wěn)定性的影響，溶洞是穩(wěn)定的。

4.2 土洞與巖溶塌陷對場地穩(wěn)定性的影響

場地位于淺覆蓋型巖溶地區(qū)，勘察鉆孔雖未發(fā)現(xiàn)土洞，但該地段仍具備形成土洞和巖溶塌陷的條件。應(yīng)特別注意人工降低地下水將可能加劇土洞的發(fā)育和引發(fā)巖溶塌陷危害。

當(dāng)采用天然地基淺基礎(chǔ)時，應(yīng)查明應(yīng)力影響范圍內(nèi)且不小于5m的深度范圍內(nèi)有無土洞存在，若發(fā)現(xiàn)土洞存在，應(yīng)對土洞采取充填處理措施。

4.3 巖溶治理

根據(jù)《廣西壯族自治區(qū)巖土工程勘察規(guī)范》（DBJ/Τ 45—002—2011）［3］表11.1.3判斷，場地內(nèi)溶洞、裂隙發(fā)育，多為中等深度溶洞，大多發(fā)育在2.00m～30.00m，單層、多層溶洞均有，部分地段為溶溝、溶槽、裂隙等，洞隙內(nèi)均為全充填軟—可塑狀黏土，處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。該場地對高層建筑，建議采用柱（墩）基，以石灰?guī)r④層或⑥層作為持力層，并進行施工勘察，進一步確定巖溶空間分布性質(zhì)，選擇合理的持力層及埋深，當(dāng)持力層下存在溶洞，且不滿足厚度要求時，柱（墩）需穿過溶洞，進入穩(wěn)定持力層；低層或純地下室建筑，建議采用獨立柱基礎(chǔ)，以紅黏土②、③層作持力層，并進行釬探，進一步確定是否有土洞，當(dāng)有土洞時，進行土洞處理。

5 ??地基基礎(chǔ)方案論證

5.1 天然地基

5.1.1 基底巖土組合分析

擬建項目包括1棟10層酒店購物中心、12棟25層住宅樓、1棟26層住宅樓、商業(yè)鋪面、車庫、架空層、垃圾池、廁所和地下室等，±0.00地坪設(shè)計標(biāo)高438.20m（為黃海高程基準(zhǔn)），據(jù)建筑基礎(chǔ)埋深情況，當(dāng)開挖至基底標(biāo)高后，從工程地質(zhì)剖面圖可知，基?下巖土層組合分布情況如下。

基底巖土層為紅黏土②、紅黏土③及石灰?guī)r④、溶洞充填物⑤、石灰?guī)r⑥的各類組合，紅黏土②、紅黏土③、溶洞充填物⑤層（不能做高層建筑持力層）厚度主要為0.00m～5.00m，局部為6.00m～10.00m［2］。

5.1.2 地基土強度及天然地基可行性分析

假定擬建的建筑物住宅每層單位建筑荷重按18kN/m2考慮，商業(yè)賓館每層單位建筑荷重按20kN/m2考慮，地下室每層單位建筑荷重按25kN/m2考慮。則1#、2#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#、13#、15#住宅樓（25層）基礎(chǔ)底面處的平均壓力值Pk為475kN/m2；3#住宅樓（26層）基礎(chǔ)底面處的平均壓力值Pk為493kN/m2，16#賓館樓（10層）基礎(chǔ)底面處的平均壓力值Pk為225kN/m2。

根據(jù)本場地的地形特征，±0.00高程438.20m，高于現(xiàn)地表2.00m～6.00m，地下室埋深按-4.60（標(biāo)高433.60m）及-6.10（標(biāo)高431.70m），其有效埋深約0.00m～3.00m，若基底開挖后，基礎(chǔ)底面為紅黏土②、紅黏土③及石灰?guī)r④、溶洞充填物⑤、石灰?guī)r⑥，根據(jù)各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)建議值（見表1）承載力特征值，各土層承載力驗算如下：

荷載假定為均布荷載，基礎(chǔ)重度按25kN/m3計，則基底壓力設(shè)計值為：

25層住宅：Pk=25×18+25×1=475kPa

26層住宅：Pk=26×18+25×1=493kPa

10層賓館：Pk=10×20+25×1=225kPa

單層商輔：Pk=1×20=20kPa

純地下室：Pk=25×1=25kPa

按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB 50007—2011）5.2.4條公式、表5.2.4～7及《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》（JG 72—2004）A.0.1條公式、表A.0.1-1～2對地基強度進行驗算：

（1）地基基礎(chǔ)持力層為紅黏土②：

可見能滿足10層賓館、單層商輔、純地下室承載力要求，不能滿足25、26高層住宅承載力要求。

（2）地基基礎(chǔ)持力層為紅黏土③：

可見能滿足10層賓館、單層商輔、純地下室承載力要求，不能滿足25、26高層住宅承載力要求。

5.1.3 基礎(chǔ)方案選擇

根據(jù)地基巖土強度、地層分布，擬建賓館（10層）、地下室、一層商鋪、車庫、廁所、垃圾站基底各土層（除耕表土層）均滿足上部荷載要求。擬建高層（25、26層）住宅樓基底持力層下為紅黏土②、紅黏土③、溶洞充填物⑤，強度不能滿足上部荷載要求?；壮至酉聻槭?guī)r④、石灰?guī)r⑥時，能滿足高層住宅樓上部荷載要求。

高層（25、26層）住宅建筑，采用獨立柱墩基礎(chǔ)，以石灰?guī)r④、石灰?guī)r⑥為持力層。賓館（10層）基底下各土層（持力層）雖然滿足上部荷載要求，但紅黏土②、紅黏土③分布不均，不宜采用筏板基礎(chǔ)或條型基礎(chǔ)，仍采用獨立柱墩基礎(chǔ)。擬建場地巖溶發(fā)育，局部地段的柱（墩）持力層埋深較大或穿過溶洞進入較深持力層，雖滿足樁基礎(chǔ)概念，但仍按獨立柱（墩）基礎(chǔ)考慮。地下室、一層商鋪、車庫、廁所、垃圾站，基底各土層（持力層）均滿足上部荷載要求，采用獨立柱基礎(chǔ)或條基，以紅黏土②、紅黏土③、石灰?guī)r④、石灰?guī)r⑥為持力層。

5.2 墩基礎(chǔ)

根據(jù)擬建建筑物結(jié)構(gòu)和場地巖土工程地質(zhì)條件、基礎(chǔ)施工條件、環(huán)境和經(jīng)濟分析等綜合考慮，擬建高層住宅樓宜采用獨立柱（墩）基礎(chǔ)，以石灰?guī)r④、石灰?guī)r⑥為持力層。墩基端進入持力層深宜大于0.50m，且應(yīng)滿足穩(wěn)定性要求。墩基施工，對于持力層埋深較大或穿過溶洞進入較深持力層的，人工施工困難的，可采用機械施工，如正反循環(huán)鉆孔、旋挖鉆孔、沖孔等方法，參考灌注樁方法進行施工［5］。

對于持力層埋深較大或穿過溶洞進入持力層較深的柱（墩），雖然滿足于樁的概念，但仍按柱（墩）基礎(chǔ)考慮。

5.3 墩豎向承載力

（1）基礎(chǔ)開挖到基底面，按規(guī)范分別對持力層石灰?guī)r④、石灰?guī)r⑥進行巖基載荷試驗，確定承載力。

（2）用機械成孔施工的墩基礎(chǔ)，按樁的檢測方法，進行單墩載荷試驗，確定承載力。

6 ??結(jié)語

（1）該巖溶地基基礎(chǔ)類型采用墩基礎(chǔ)形式，是最經(jīng)濟合理、安全可靠的基礎(chǔ)形式。

（2）墩基礎(chǔ)按樁基要求進行了試驗、檢測，承載力、變形符合要求，滿足上部荷載。

（3）采用墩基形式，設(shè)計平均墩高（長）為3.45m；如果采用樁基形式，設(shè)計平均樁長大于12.00m。經(jīng)過分析比較，墩基形式基礎(chǔ)比樁基形式基礎(chǔ)施工造價少4500萬元，節(jié)約工期6個月。