淺析巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)低層廠房地基基礎(chǔ)方案選型

陳朝華

摘 要：西部地區(qū)以山地地形為主，工業(yè)廠房的工程建設(shè)普遍出現(xiàn)大挖大填、巖溶強(qiáng)發(fā)育地段現(xiàn)象。以貴州某工業(yè)廠房工程建設(shè)為例，通過勘察，確定工程區(qū)巖土構(gòu)成以第四系填土、紅粘土和三疊系大冶組薄至中厚層石灰?guī)r，石灰?guī)r為可溶巖，工程區(qū)處于巖溶強(qiáng)發(fā)育地段。結(jié)合相關(guān)規(guī)范及地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，對于廠房基礎(chǔ)方案選型做淺析。

關(guān)鍵詞：石灰?guī)r；巖溶強(qiáng)發(fā)育；基礎(chǔ)方案選型

中圖分類號(hào)：TU475.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2023）06-0013-03

0 引言

貴州地區(qū)巖土以石灰?guī)r、白云巖及粘土巖為主。工程建設(shè)中，在石灰?guī)r、白云巖的可溶巖地區(qū)，常常存在巖溶強(qiáng)發(fā)育地段，建筑基礎(chǔ)穿越巖溶進(jìn)入完整基巖施工難度大，費(fèi)用高，基礎(chǔ)施工質(zhì)量難以控制，施工工期長。因此，對于低層廠房，在建筑荷載不大情況下，從經(jīng)濟(jì)、施工、質(zhì)量等方面控制采用地基處理，盡可能利用處理后的巖土體采用淺基礎(chǔ)。

1 工程概況

項(xiàng)目總用地面積97 449.45 m2（約146.17畝），建設(shè)用地面積73 265.62 m2（約109.89畝），包括24棟3～5層廠房及一棟宿舍樓，建筑結(jié)構(gòu)形式均為框架結(jié)構(gòu)，建筑物對地基不均勻沉降敏感。其中13號(hào)廠房建筑高度18.3 m，建筑層數(shù)為-2+3F，最大單柱荷載7 000 kN，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)±0.00為1 254.70 m，地下室底板標(biāo)高為1 242.00 m。

2 地形地貌及工程地質(zhì)

場地為溶蝕殘丘、沖溝、溶蝕洼地、坡地地貌單元，整體呈北低南高，地勢起伏較大，原始地形標(biāo)高為1 279.20～1 233.80 m，場地最大高差為45.4 m，場地內(nèi)自然坡率約為10％～30％。

擬建場區(qū)位于斗篷山背斜東翼南端，南側(cè)距場區(qū)50～100 m有一條斷層穿過，西南-東北走向?yàn)槟鏀鄬?，場地下伏基巖主要為三疊系大冶組（Td）石灰?guī)r。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，場區(qū)內(nèi)微局部小型褶皺發(fā)育，產(chǎn)狀較為凌亂，現(xiàn)場實(shí)測產(chǎn)狀為350°～30°∠54°～67°；210°～220°∠30°～40°。優(yōu)勢產(chǎn)狀355°∠54°。場地內(nèi)巖體構(gòu)造及風(fēng)化節(jié)理裂隙較發(fā)育，以淺部風(fēng)化節(jié)理為主，發(fā)育規(guī)模小，構(gòu)造節(jié)理較少，以閉合隱節(jié)理為主，貫通性多較差，結(jié)構(gòu)面結(jié)合差。

根據(jù)鉆探成果，擬建場區(qū)覆蓋層主要為雜填土、紅粘土，下伏基巖為三疊系大冶組（Td）薄至中厚層石灰?guī)r。巖土構(gòu)成自上而下構(gòu)造如下。

第一，耕植土（Pd）?；尹S色-灰黑色，含大量植物根系，結(jié)構(gòu)較松散。局部零星有分布，厚度為0.5 m。

第二，雜填土（Q4ml）。雜色，結(jié)構(gòu)松散，分布于場地表層范圍內(nèi)，主要為房屋拆遷堆積的建筑垃圾，分布極無規(guī)律性，場地大部分地段均有分布。鉆探揭示該層厚約為0.2～6.0 m，平均厚度為1.80 m。

第三，淤泥、淤泥質(zhì)粘土（QPd）?；疑?灰黑色，有腐臭味，長期受水浸泡軟塑-流塑狀，主要分布在 17#、19#廠房范圍內(nèi)溶蝕洼地區(qū)域內(nèi)魚塘及水田里，為確保建筑及施工安全，根據(jù)場平時(shí)工程建設(shè)條件，需進(jìn)行清除。

第四，紅粘土（Q4el+dl）。褐黃色，可塑狀，殘坡積成因，含強(qiáng)風(fēng)化團(tuán)塊，裂隙較發(fā)育，厚度不均，致密-塊狀結(jié)構(gòu)，偶見鐵錳質(zhì)結(jié)核，土質(zhì)均勻， 根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)液限大于50%，為原生紅粘土。場地內(nèi)大部分地段均有分布，厚度變化較大，鉆探揭示厚度為0.3～22.5 m，平均厚度為5.5 m。

第五，三疊系大冶組（Td）石灰?guī)r。強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r，灰色，薄-中厚層，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體極破碎，巖芯呈砂狀。僅部分鉆孔有分布，鉆探揭示厚度為0.4～4.3 m，平均厚度為1.9 m。巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

第六，中風(fēng)化石灰?guī)r。灰色、深灰色，薄厚-中厚層，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，巖芯呈柱狀、短柱狀、塊狀、少量碎塊狀。根據(jù)鉆孔波速測及室內(nèi)巖塊波速測試，計(jì)算出巖石完整性指數(shù)為0.41，為較破碎巖體。根據(jù)室內(nèi)巖石實(shí)驗(yàn)，巖塊飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為34.747 MPa，屬較硬巖，巖體基本質(zhì)量指標(biāo)為306.741，巖體基本質(zhì)量級別為IV級。

3 水文地質(zhì)

3.1 氣象、水文

貴陽市屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，冬季受北部寒潮影響較弱，夏季受東南海洋季風(fēng)氣候影響顯著，具有四季溫和、雨量豐富、熱量充足、日照率低、風(fēng)力較弱及逆溫天多的特點(diǎn)[1]。

年平均氣溫15.3℃，一月平均氣溫4.9℃，七月平均氣溫24.0℃，最高氣溫39.4℃，最低氣溫-7.8℃。年平均降雨量1 197～1 248 mm。年平均日照時(shí)數(shù)1 277.74 h。年平均相對相對濕度77%，年平均無霜期261 d。年平均風(fēng)速2.2 m/s，全年以NE風(fēng)為多，全年靜風(fēng)頻率為24%，30年一遇最大風(fēng)速21.9 m/s，基本風(fēng)壓值為0.35 kN/m2，自然地理氣候良好。

3.2 地表水

擬建場區(qū)范圍外北西側(cè)約300 m處有一出水點(diǎn)，水流順既有排水溝（寬約1.2 m、深約1.5 m）從場地北側(cè)由西向東側(cè)低洼處徑流，水量受季節(jié)及降水影響較大。勘察期間，測得流量約為12 L/s。水渠在后期場平施工前將進(jìn)行設(shè)計(jì)改遷，水流大致由西向東，途徑擬建場區(qū)散排，經(jīng)場區(qū)向北側(cè)距場地約100 m處落水洞排泄。

場區(qū)南側(cè)約100 m左右位置存在出水點(diǎn)，經(jīng)詢問及現(xiàn)場調(diào)查原位泉點(diǎn)為斷層泉，常年溢水，枯水季節(jié)水量約4～10 L/s，水流自南向北沿沖溝向場區(qū)內(nèi)散排。因工程建設(shè)場平，該泉點(diǎn)已填埋。在填土與原始地面交界面上溢出地下水，出水標(biāo)高1 252.87 m，降雨后溢流地下水量約4 L/s，水流大致由南向北途徑擬建場區(qū)散排經(jīng)場區(qū)向東北側(cè)距場地約100 m處落水洞排泄。

場區(qū)西北角有一魚塘，水深約0.5～0.8 m，實(shí)測水位1 236.07 m。擬建場區(qū)25#生產(chǎn)廠房范圍內(nèi)存在一巖溶漏斗，北側(cè)距22號(hào)生產(chǎn)廠房60 m處存在一落水洞，標(biāo)高為1 232.65 m，周邊地表水均匯入該落水洞。

3.3 地下水

3.3.1 第四系松散土層孔隙水

本場區(qū)孔隙水均賦存于雜填土孔隙中和紅粘土裂隙中，水位、水量具明顯的季節(jié)性特征，豐水和枯水季差異大，主要分布于場區(qū)溶蝕溝槽或低洼地帶，富水性弱，埋深深淺不一。

3.3.2 碳酸鹽巖巖溶水

擬建場地區(qū)域下伏基巖石灰?guī)r，為可溶巖，為區(qū)域性含水巖組，含水層為碳酸鹽巖，主要為周邊地表水體、大氣降雨通過溶蝕裂隙滲入補(bǔ)給，屬潛水。多以巖溶裂隙、管道形式賦存和運(yùn)移，向北側(cè)地勢較低的低洼地帶排泄。巖溶水賦存于石灰?guī)r基巖中，屬溶洞-裂隙型含水層，富水性中-強(qiáng)，埋藏較淺，受大氣降雨影響變化明顯。

通過鉆孔水位觀測，地下水位標(biāo)高在1233.0～1238.0 m。擬建場地穩(wěn)定水位埋深較淺，受大氣降雨影響變化明顯，其主要來源于大氣降雨、泉點(diǎn)、生活用水等，地下水季節(jié)性變幅為1.0～2.0 m。

4 巖溶強(qiáng)發(fā)育地段

13#廠房區(qū)域地下水埋藏較淺，區(qū)域地表水體豐富，降雨豐富，地表水向下滲流形成流動(dòng)的地下水為巖溶發(fā)育提供必要條件。受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，13#廠房區(qū)域地質(zhì)情況差，巖溶不良地質(zhì)情況強(qiáng)烈發(fā)育。

13#廠房現(xiàn)場鉆探結(jié)果鉆孔見洞率達(dá)82.8%，為巖溶強(qiáng)發(fā)育，巖溶以串珠狀的豎向巖溶為主，豎向巖溶發(fā)育深度30～60 m不等，巖溶軟塑粘土充填，局部無充填。13#廠房場地表面回填土厚度2.5～5.5 m，填土厚度分布不均勻，以建筑垃圾和生活垃圾為主，結(jié)構(gòu)松散。填土以下基巖表面以上存在4～12 m紅粘土，根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果判別為可塑紅粘土，含強(qiáng)風(fēng)化團(tuán)塊，裂隙較發(fā)育，厚度不均，致密-塊狀結(jié)構(gòu)，偶見鐵錳質(zhì)結(jié)核，土質(zhì)均勻。

根據(jù)勘察資料鉆孔水位觀測資料，13#廠房位置區(qū)域地下水水位埋深3.0～4.0 m，如圖1所示。

5 基礎(chǔ)方案分析

13#廠房基礎(chǔ)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)對比如表1所示。

5.1 天然淺基礎(chǔ)

13#廠房地下室底板標(biāo)高為1 242.00 m，勘察階段現(xiàn)場標(biāo)高1 239.00～1 239.50 m，場平需回填約3 m。根據(jù)勘察成果資料，可塑紅粘土地基承載力特征值fak=150 kPa，小于建筑設(shè)計(jì)筏板基礎(chǔ)均布荷載要求的180 kPa地基承載力，且紅粘土厚度分布不均勻，地基均勻性較差，不宜采用天然筏板基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)或獨(dú)立基礎(chǔ)。

5.2 樁基礎(chǔ)

根據(jù)現(xiàn)場鉆探揭露，豎向巖溶發(fā)育深度多在1.5～45 m，局部深度最深將達(dá)到約60 m，平均深度超30 m。13#廠房區(qū)域施工區(qū)域較狹小，多臺(tái)樁基施工設(shè)備難以施展開，地下水位埋藏較淺，易產(chǎn)生垮孔現(xiàn)象，樁基礎(chǔ)成本高、難度大，從工期、經(jīng)濟(jì)、可實(shí)施性均不太具備可實(shí)施性。

5.3 地基處理后淺基礎(chǔ)

綜合上部荷載，最大柱荷載約7 000 kN，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)筏板基礎(chǔ)荷載180 kPa。結(jié)合場地地質(zhì)情況，對填土及部分原狀土挖除采用級配碎石分層碾壓回填后，對地基進(jìn)行強(qiáng)夯處理，基礎(chǔ)采用淺基礎(chǔ)，從工期、經(jīng)濟(jì)性、施工質(zhì)量控制、可實(shí)施性方面看，較樁基礎(chǔ)更優(yōu)。

對于樁基礎(chǔ)與地基處理后筏板基礎(chǔ)從工期、經(jīng)濟(jì)性、施工質(zhì)量控制、可實(shí)施性比較，地基處理費(fèi)用淺基礎(chǔ)較樁基礎(chǔ)節(jié)約573.9萬元，工期縮短約20 d，淺基礎(chǔ)施工質(zhì)量可控性可實(shí)施性優(yōu)于樁基礎(chǔ)，故采用地基處理后筏板基礎(chǔ)更適合于13#廠房基礎(chǔ)方案。

6 地基設(shè)計(jì)要求

經(jīng)同建筑設(shè)計(jì)單位確認(rèn)，地基處理目標(biāo)值：壓實(shí)系數(shù)≥0.97，承載力≥180 kPa，壓縮模量≥20 MPa。填料采用級配碎石，地基處理采用碾壓（6～8遍）回填后再強(qiáng)夯，地基處理深度6.8 m，采用強(qiáng)夯能級5 000 kN·m。根據(jù)設(shè)計(jì)提供需求的巖土指標(biāo)，工程回填要求如下。

6.1 開挖回填深度及范圍

根據(jù)設(shè)計(jì)提供的初步基礎(chǔ)方案，本次換填開挖底標(biāo)高為1 235.0 m，考慮夯沉量0.8 m，回填頂標(biāo)高為1 241.8 m，換填及回填范圍為設(shè)計(jì)筏板基礎(chǔ)邊外擴(kuò)不小于5 m。

6.2 填料土石比例

本次僅13#廠房的面積達(dá)3950㎡，考慮混合回填工序?qū)て诘挠绊懀敬位靥罹捎眉壟渌槭靥罴皳Q填。

6.3 填土分層厚度

填筑地基采用分層堆填，分層厚度一般為1.2～1.5 m，推平回填碾壓后碾壓6～8遍。

6.4 粒徑要求

根據(jù)回填高度，回填區(qū)為主要受力層，最大粒徑30 cm，不均勻系數(shù)Cu＞10，曲率系數(shù)1＜Cc＜3。

6.5 強(qiáng)夯能級

根據(jù)場地回填的深度，初步判斷采用能級為5 000 kN·m，后續(xù)出具體地基處理方案。

6.6 基礎(chǔ)形式

考慮上部荷載及避免建筑不均勻沉降情況，設(shè)計(jì)方案為筏板基礎(chǔ)。

7 施工質(zhì)量檢測

現(xiàn)場采用灌砂法進(jìn)行壓實(shí)系數(shù)檢測，處理后填土選取3點(diǎn)檢測壓實(shí)系數(shù)分別為0.974、0.975、0.979，壓實(shí)度滿足要求。

7.1 現(xiàn)場載荷實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)場進(jìn)行三點(diǎn)平板載荷實(shí)驗(yàn)[2]，要求最大加載量不小于設(shè)計(jì)承載力特征值的2倍，載荷實(shí)驗(yàn)加載至360 kPa均未出現(xiàn)以下4點(diǎn)情況即可：①地基荷載無法保持穩(wěn)定且逐漸下降情況，承壓板周邊土層側(cè)向擠出。②本級沉降量大于前一級荷載的5倍，沉降曲線明顯陡降。③某級荷載下，24 h內(nèi)沉降速率不能達(dá)到相對穩(wěn)定。④累計(jì)沉降≥承壓板直徑6%，或累計(jì)沉降≥150 mm。

最終，載荷實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果顯示，地基處理后地基承載力特征值大于180 kPa，計(jì)算地基壓縮模量大于20 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

7.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)算

軟弱下臥層驗(yàn)算[3]結(jié)果為267 kPa，驗(yàn)算結(jié)果＞180 kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

8 結(jié)束語

隨著西部地區(qū)制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展，越來越多單層、低層廠房拔地而起，在經(jīng)過經(jīng)濟(jì)性、工期、施工質(zhì)量控制、可實(shí)施性比較下，西部山地地形、巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)域廠房利用填土作為地基也越來越普遍。制定出合適的地基基礎(chǔ)方案，并嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行施工，能滿足工程要求，可確保建設(shè)工程順利實(shí)施，早日為經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] DBJ22-01-87，貴州省建筑氣象標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] JGJ 79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[3] GB50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011.