淺談溶洞地區剛性—亞剛性樁（CM）三維高強復合地基的應用

黃志鵬

摘 要：巖溶地區地質條件復雜，土洞、溶洞發育分布廣又沒有一定規律，在高層基礎工程中面臨采用天然基礎承載力不足而預制管樁承載安全又不能保證。本文通過介紹三維高強復合地基處理的工作基理及工程應用示例，闡述一種因地制宜、靈活補足原地基承載能力的新型復合地基處理方法，希望對今后類似的工程能起到借鑒啟發的作用。

關鍵詞：巖溶地基處理；CM復合地基；褥墊層；工程實例

中圖分類號：TU472 文獻標識碼：A

一、剛性-亞剛性樁復合地基（簡稱CM復合地基）概述

CM復合地基由剛性樁（C樁）、亞剛性樁（M樁）、樁間土和褥墊層組成。適用于處理淤泥、淤泥質土、粉土、砂土、粘性土、素填土、雜填土等土層和下伏巖溶地區、非飽和土地區、花崗巖球形風化孤石地區及巖層“軟弱”夾層多的地區等。

二、CM復合地基設計特點

CM復合地基的C樁（長樁）宜設計為端承樁或摩擦樁，持力層宜選擇可塑粘土層、中密砂層、強風化以上巖層（巖溶地區）等承載力相對較高、壓縮較低的土（巖）層；M樁（短樁）樁端可選淺層較好的土層中。通過褥墊層協調變形受力、長短樁的優化布置把空間三層土體的承載能力結合起來，既可以調動淺層土又可以調動深層土參加工作，從而可提高天然地基承載力3～8倍。

三、CM復合地基應用于巖溶地區的特點

巖溶地區的溶洞（土洞）、溶溝、溶槽可分為大而廣的廳式洞穴和小而密的海綿式溶洞。

CM復合地基更適合用于海綿式溶洞地區。將作用于溶洞頂板上強大的樁端集中力變為均勻的、較小的附加應力，使巖面應力大大減小或通過巖層的空間應力傳遞可調動深層高承載力的巖層參加工作。

巖溶地區的溶洞還有一個特點就是單靠野外鉆孔的勘探無法全面了解土洞（溶洞）的分布情況。溶洞發育且無規律分布使工程設計施工無法規避或預先處理溶洞，必須預先設定現場應對方案，做到發現一個處理一個。

當C樁采用長螺旋泵送混凝土灌注樁時，還可同時對現場發現的土洞（溶洞）進行填堵而不需要采用專用設備另行處理。如遇到開口溶洞或貫通土洞即可采用間歇式填堵，這樣即可避免土方上層崩塌，又填堵土體顆粒外移通道，抑制新土洞的形成。長螺旋泵送混凝土灌注樁還可通過加插鋼筋籠滿足地下室抗拔要求。集多功能于一體的設計考慮可有效提高施工進度及節省工程成本。

四、CM復合地基工程應用

（1）工程概況

廣州花都雅居樂107國道小區高層住宅項目，場地位于廣州市花都區三東大道和廣清高速公路交界的西側，建筑多個地塊25～32層高的高層建筑物（總高度接近100m），采用鋼筋混凝土框剪力墻結構，工程重要性等級為一級。由于場地選址無法避開巖溶地區，但未發現崩塌、滑坡、地面塌陷等不良地質。

（2）地質情況

根據鉆孔揭露，場地內地基土按其成因類型自上而下分為：

（a）第四系人工填土層，層厚平均1.80m。

（b）第四系沖積層，分為4個亞層：粉質粘土層層厚平均1.92m；粗砂層層厚平均8.62m；粉質粘土夾層層厚平均1.54m；軟塑狀粉質粘層層厚平均7.80m。地基承載力特征值的建議值fak為160kPa～180kPa。

（c）第四系殘積層，分2個亞層：可塑狀粉質粘土層層厚平均2.93m；硬塑狀粉質粘土層層厚平均2.62m；地基承載力特征值的建議值fak為170kPa～200kPa。

（d）石炭系沉積巖：場地下伏基巖有泥質粉砂巖，粉砂巖和灰巖三種，按其風化程度從上到下可分為全風化、強風化、中風化、微風化四個亞層。地基承載力特征值相應分別為300kPa，500kPa，1500kPa，4000kPa。

場地內強～中風化巖以及微風化灰巖巖面變化大，風化裂隙夾層多，且場地屬灰巖地區，有土洞、溶蝕溶隙、溶溝、溶槽、石芽發育或有溶洞發育且無規律分布。按場地內勘探查明的62個鉆孔資料（一個地塊）中：僅有1個鉆孔存在土洞，有軟～流塑狀粘性土充填，鉆具自重迅速下落；僅有2個鉆孔有溶洞，為單層溶洞，充填程度為半充填～全充填，充填物為流塑～軟塑狀粉質粘土。洞高均為1m～2m。

（3）技術分析

根據場地工程地質條件，結合其荷載要求，擬建建筑物采用筏板基礎或聯合承臺基礎，基礎類型列表比較：

（4）設計方案

采用CM復合地基處理方案進行設計施工。原土承載力特征值為180kPa；C樁長螺旋泵壓砼灌注樁，采用C20素混凝土，成樁直徑D=500mm。以強風化巖面為樁端持力層，有效樁長為5m～20m，單樁承載力特征值取值500kN～600kN。M樁采用深層攪拌樁，成樁直徑D= 500mm，有效樁長L=7m。水泥用量為每米噴入32.5R復合硅酸鹽水泥55kg，采用四噴四攪施工工藝，單樁承載力特征值取值110kN～130kN。經計算復合地基承載力特征值可達到450kPa～550kPa。結合該區域建造要求，經地基處理后能較好地滿足上部荷載要求。

（5）工程總結

通過對基礎設計方案的對比，結合當地的施工經驗和對已竣工項目的考察，應用“CM三維高強復合地基技術”的新技術能獲得較好的經濟效益并且是安全可靠的。該樓盤五個地塊（建筑面積共約80萬m2）均應用CM復合地基處理進行基礎設計。已全部通過竣工驗收。對主體框架砼持續沉降觀測，累計沉降值均控制在10mm～20mm。沉降量很小，各測點變形沉降量均勻，點之間沉降差不大，符合一般建筑物的負載沉降規律，滿足規范要求。

五、CM復合地基設計應注意問題

（1）C樁、M樁、樁間土是通過褥墊層的協調變形隨著豎向荷載的變化而變化。當褥墊層厚度較大時，樁參加工作少；褥墊層厚度較小時，樁參加工作多，相當于樁筏承臺。故褥墊層厚度是會改變復合地基中樁的受力情況，并不是越厚越好；復合地基強度也不是簡單的單樁承載力加地基土的承載力。

復合地基簡單用樁基試驗來檢測復合地基承載力是不合適的，應進行CM復合地基組合后的地基原位載荷試驗來檢測。

復合地基應運用“缺多少補多少”的概念進行設計，即補的是需要的標準組合下的荷載值與修正后的樁間土承載力特征值的差值。

參考文獻

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