巖溶地區(qū)天然地基的設(shè)計及應(yīng)用研究

摘要："對于巖溶地區(qū)的中低層建筑物，除非底層柱荷載特別大，一般建議采用天然地基或處理后的復(fù)合地基。當(dāng)獨立基礎(chǔ)以下3b或條形基礎(chǔ)以下6b（b為基礎(chǔ)寬度）范圍內(nèi)存在溶洞或土洞時，應(yīng)采取注漿加固等地基處理措施。而溶洞范圍的注漿填充效果需通過試驗檢測來判斷。結(jié)合工程實例，論述了巖溶地區(qū)天然地基下的溶洞處理方式，以及注漿效果檢測的要求和方法。該方法在工程中取得了較好效果。希望能為后續(xù)工程中巖溶地區(qū)的天然地基設(shè)計與地基處理檢測提供一定的參考。

關(guān)鍵詞："巖溶地區(qū)""天然地基設(shè)計""""地基處理""""注漿

中圖分類號：TU475+.9""""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A""""文章編號：

Research"on"the"Design"and"Application"of"Natural"Foundation"in"Karst"Areas

HE"Shasha

China"Energy"Engineering"Group"Guangdong"Electric"Power"Design"Institute"Co.，"Ltd，""Guangzhou，"Guangdong"Province，"510663"China

Abstract："For"middle-low"rise"buildings"in"karst"areas，"it"is"generally"recommendednbsp;to"use"natural"foundations"or"treated"composite"foundations"unless"the"ground"floor"column"load"is"particularly"large."When"there"is"a"karst"cave"or"soil"cave"within"the"range"of"3b"below"the"independent"foundation"or"6b"（b"is"the"basic"width）"below"the"strip"foundation，"foundation"treatment"measures"such"as"grouting"reinforcement"should"be"taken."The"grouting"filling"effect"within"the"karst"cave"range"needs"to"be"judged"through"experimental"testing."Based"on"engineering"examples，"the"treatment"methods"of"karst"caves"under"natural"foundations"in"karst"areas，"as"well"as"the"requirements"and"methods"for"grouting"effect"detection"discussed"in"this"paper."This"method"has"achieved"good"results"in"engineering."It's"hoped"that"it"could"provide"a"certain"reference"for"the"design"of"natural"foundation"and"foundation"treatment"detection"in"karst"areas"in"subsequent"projects.

Key"Words："Karst"areas;"Natural"foundation"design;"Foundation"treatment;"Grouting

在工程建設(shè)中，巖溶發(fā)育場地對建筑設(shè)計和施工安全均有著極大的威脅與挑戰(zhàn)。巖溶區(qū)存在著不規(guī)則的溶洞和土洞，巖溶區(qū)的地基往往會在地下水的沖刷和裂隙的發(fā)展作用下發(fā)生地基承載力不足、不均勻沉降，甚至塌陷、滑移或者變形的情況[1]。本文將從設(shè)計角度闡述巖溶地基的基礎(chǔ)設(shè)計方法，結(jié)合工程實例，論述巖溶地區(qū)天然地基的優(yōu)勢，以及巖溶地區(qū)的地基處理與檢測。

1"巖溶地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)計

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• "樁基礎(chǔ)

巖溶地區(qū)的建筑物常用的樁基型式包括預(yù)應(yīng)力混凝土管樁和鉆沖孔灌注樁[2]等。

預(yù)制樁基礎(chǔ)的優(yōu)點是施工工期短，相對于灌注樁來說，其造價更低。但是，巖溶地區(qū)的樁基一般支撐在基巖面上，管樁在施工過程中很容易發(fā)生滑樁或斷樁的情況。所以，除非地下有土洞、流砂或地下暗河導(dǎo)致灌注樁成樁困難的情況，一般巖溶地區(qū)不建議采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁[3]。

鉆沖孔灌注樁是巖溶地區(qū)的高層建筑或荷載較大的建筑中應(yīng)用最多的樁型。其費用高，對場地環(huán)境污染較大，但是，大部分巖溶地區(qū)的地勘報告在對比過后均會建議采用鉆沖孔灌注樁。灌注樁孔底清渣較困難，且?guī)r溶地區(qū)難成樁，樁基施工中常見卡鉆掉鉆、塌孔偏孔等現(xiàn)象[4]。所以，成樁前，需先采取拋片石和粘土或注漿等措施輔助灌注樁成樁。鉆沖孔灌注樁基礎(chǔ)的主要問題是不可控的造價和工期的問題。

根據(jù)廣東省標(biāo)準(zhǔn)《巖溶地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》（DBJ/T"15—136—2018）"[5]的條文要求，端承樁樁端下完整基巖層厚度不宜小于3d（d為樁徑）且不小于5"m。設(shè)計與施工時的樁長一般依據(jù)超前鉆數(shù)據(jù)，以滿足規(guī)范要求為準(zhǔn)。而按照一樁一孔進(jìn)行超前鉆，很難準(zhǔn)確地判斷溶洞的分布范圍及大小。當(dāng)溶洞發(fā)育不規(guī)則狀態(tài)（見圖1）時，樁端承載力與穩(wěn)定很難保證，因此，巖溶中等或強發(fā)育地區(qū)不建議采用單柱單樁的基礎(chǔ)[6]。

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• "天然地基

當(dāng)巖溶地區(qū)采用天然地基時，同樣需要特別注意在基底受力影響范圍內(nèi)是否存在土洞和溶洞。因此，設(shè)計應(yīng)依據(jù)規(guī)范要求和詳勘資料合理地設(shè)計超前鉆的布置和數(shù)量。對于中低層或柱底荷載不大的建筑，天然地基仍應(yīng)是建筑基礎(chǔ)方案的首選[3]。若局部天然地基土層條件不理想，則可配合采用地基處理等措施來解決。

根據(jù)規(guī)范條文要求[5]，當(dāng)獨立基礎(chǔ)基底以下3b范圍或條形基礎(chǔ)6b（b為基礎(chǔ)寬度）范圍內(nèi)無土洞或溶洞等臨空面時，可不考慮土洞或溶洞的影響；當(dāng)此范圍內(nèi)含有溶洞或土洞時，應(yīng)采取注漿等地基處理措施。

2"巖溶地區(qū)天然地基的地基處理與檢測

2.1"工程實例背景介紹

廣州市白云區(qū)某電廠項目的材料庫和檢修車間共地上4層。廠區(qū)巖溶強發(fā)育，個別位置有孤石，地質(zhì)資料顯示少見全風(fēng)化和強風(fēng)化巖層，大部分鉆孔均為粉質(zhì)黏土直接過渡到基巖，故本項目不考慮采用預(yù)制樁。地基表層為素填土層，填土層厚度大概1～3"m，其下為可塑和硬塑的粉質(zhì)粘土層，承載力可達(dá)150"kPa和250"kPa，完整巖面埋深較大，在地下28～35"m左右。

方案一：若采用沖鉆孔灌注樁，則樁身需穿越強發(fā)育的溶洞，樁長基本在30"m以上。

方案二：若采用天然地基，由于荷載較大，則需采用寬度較大的雙向條形基礎(chǔ)，可保證基礎(chǔ)有較好的整體性，然而，基底6b（b為基礎(chǔ)寬度）范圍內(nèi)均有溶洞分布，需采取注漿等地基處理措施。

設(shè)計對兩種方案進(jìn)行了工程量對比，結(jié)果顯示，僅就混凝土和鋼筋用量而言，條基工程量明顯優(yōu)于灌注樁基工程量，前者約為后者的一半。結(jié)合考慮樁基的施工工期、樁基檢測等，最終建設(shè)各方確定采用天然地基。

2.2"巖溶地區(qū)天然地基的地基處理

本工程材料庫和檢修車間采用條形基礎(chǔ)，持力層為可塑粉質(zhì)粘土層，地基承載力為150"kPa。設(shè)計條基的最大寬度達(dá)到6"m，要求基底以下6b或入巖5"m范圍內(nèi)無土洞溶洞等臨空面。

根據(jù)規(guī)范條文要求[5]中對天然地基的施工勘測要求，設(shè)計在條形基礎(chǔ)下布置了一系列的超前鉆點，施工應(yīng)根據(jù)超前鉆顯示的土洞或溶洞分布情況采取地基處理措施。

對于淺埋的土洞（基底以下3"m范圍內(nèi)），要求施工開挖至土洞底部并回填中粗砂的方式處理。而對于深埋的溶洞，則需對溶洞采取注漿等措施進(jìn)行充填處理，避免土洞或溶洞的繼續(xù)發(fā)育，從而影響建筑的安全和穩(wěn)定[7]。

本工程采用水泥漿和水玻璃兩種材料的雙液壓密注漿法對檢修車間條形基礎(chǔ)進(jìn)行溶洞處理。在大面積溶洞處理前，施工先選取了檢修車間部分區(qū)域進(jìn)行了水泥漿、水玻璃雙液注漿灌注試驗施工，并檢測了注漿效果。給本工程其余建筑的天然地基設(shè)計，提供合理、準(zhǔn)確的設(shè)計依據(jù)，也為后續(xù)的溶洞處理注漿施工中的設(shè)備選擇、施工工藝參數(shù)的確定，以及有關(guān)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)提供可靠依據(jù)。

試驗選取了檢修車間局部面積為3"m×6"m=18"m2的區(qū)域，以超前鉆孔位為中心孔，以1.5"m為間距，按正六邊形擴散開來引孔，如圖2所示。引孔深度達(dá)到基底下6b（b為相應(yīng)條形基礎(chǔ)寬度）或入巖層5"m范圍無軟弱夾層、斷裂破碎的程度，引孔與超前鉆勘測孔位均投放注漿管。

注漿壓力宜通過現(xiàn)場試驗確定：巖溶強發(fā)育時不小于0.1～0.3"MPa，巖溶中等發(fā)育時不小于0.3～0.5"MPa，巖土分界面時最大不超過1.0"MPa。注漿總體施工順序遵循“先外后里、先大后小”的原則，注漿自下而上進(jìn)行，一次性全孔注漿。將注漿管道接上花管后，開始加壓注漿，由工人根據(jù)引孔的地質(zhì)情況將花管自下而上進(jìn)行移動注漿。當(dāng)達(dá)到以下3條標(biāo)準(zhǔn)的其中之一時，可以結(jié)束注漿。

（1）注漿孔口壓力在0.5～1.0"MPa后，注漿壓力呈直線上升狀態(tài)。

（2）冒漿點在注漿范圍外3～5"m時。

（3）漿液從出氣口冒出。

2.3巖溶地區(qū)天然地基的注漿檢測

根據(jù)規(guī)范的條文要求，巖溶地基處理后，需對處理結(jié)果進(jìn)行檢測。注漿檢測應(yīng)在注漿施工完成后28"d進(jìn)行。應(yīng)注重溶洞處理區(qū)域注漿前后的試驗數(shù)據(jù)比較，注漿處理后的試樣的平均無側(cè)限抗壓強度不應(yīng)低于設(shè)計強度。檢測孔應(yīng)取在重點注漿區(qū)域，且數(shù)量不應(yīng)少于注漿孔總數(shù)的5%，且不應(yīng)少于3個。

本工程結(jié)合檢修車間的地質(zhì)與基底壓力分布情況，采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗檢測注漿區(qū)域的承載力，要求溶洞處理區(qū)域桿長修正后的標(biāo)貫錘擊數(shù)不少于7擊，承載力要求不小于100"kPa。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗可用于評價注漿加固區(qū)域地基的承載力和變形參數(shù)等[8]。試驗點取兩個注漿孔中間的點，間距為1.5"m。需結(jié)合超前鉆與引孔數(shù)據(jù)，當(dāng)鉆至原溶洞所在區(qū)域時，開始進(jìn)行標(biāo)貫試驗并提取該區(qū)域芯樣，通過觀察芯樣來可判斷原溶洞注漿區(qū)域是否充填了注漿的漿液成分。

另外，試驗過程中，可根據(jù)溶洞區(qū)域是否存在掉鉆現(xiàn)象來判斷溶洞是否充填；根據(jù)標(biāo)貫試驗記錄的貫入錘擊數(shù)來判別溶洞處理后的強度是否滿足設(shè)計要求。

通過對標(biāo)貫試驗結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，并對標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)行桿長修正后，得到3個試驗點在原溶洞分布范圍內(nèi)的標(biāo)貫修正擊數(shù)的平均值分別為11擊、12擊和14擊，標(biāo)貫試驗桿長修正后的標(biāo)貫擊數(shù)均滿足不小于7擊，溶洞處理注漿檢測的合格率達(dá)到100%，滿足設(shè)計要求。且試驗鉆孔過程中未出現(xiàn)掉鉆的情況，說明溶洞均已充填。圖3為試驗點提取的芯樣照片，可見溶洞處理范圍的芯樣有水泥漿液填充。

3"結(jié)論

巖溶地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)計和施工往往是工程建設(shè)中的難點和重點，本文結(jié)合工程實例論述了巖溶地區(qū)的基礎(chǔ)選型與地基處理辦法，得出以下結(jié)論。

（1）對于巖溶地區(qū)的中低層建筑物，一般建議采用整體性較強的天然地基（如條形基礎(chǔ)）或處理后的復(fù)合地基。

（2）當(dāng)采用天然地基時，需盡量滿足獨立基礎(chǔ)基底以下3b范圍或條形基礎(chǔ)基底以下6b（b為基礎(chǔ)寬度）范圍內(nèi)無土洞或溶洞等臨空面。

（3）若基底應(yīng)力影響范圍內(nèi)存在溶洞或土洞，則應(yīng)采取注漿等地基處理措施。

（4）溶洞的注漿效果需通過試驗檢測來判斷，"本文論述的溶洞處理注漿效果檢測的要求和方法已在工程實例中得到應(yīng)用，并取得較好效果。

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