巖溶地區的地基處理和基礎設計分析

文/楊志勇 廣東華方工程設計有限公司 廣東東莞 523000

巖溶地區普遍存在漏斗、暗河、溶槽、溶洞等地質情況，存在形式十分隱蔽。巖溶作用指的是流水對巖石造成腐蝕與沖擊，部分情況下表現為機械式的侵蝕，使巖石形態發生變化。巖溶不良地質所構成的巖溶地基普遍存在不均勻沉降、承載力不足等方面的問題，嚴重情況下還可能會導致地基塌陷或地基滑動。在我國建筑工程領域不斷發展的過程中，在巖溶地區興建高層建筑方面的技術也取得了一定的進展。設計單位需要對巖溶地基建設房屋時所存在的關鍵問題進行重點的解決，做好巖溶地基穩定性分析工作，對巖溶地基基礎形式進行有針對性的設計，使所制定的地基處理方案更具合理性與經濟性。

1、巖溶地基相關方面的評價

設計單位需要重點設計好巖溶地區的房屋基礎，選擇正確的處理方法對于工程的造價與施工安全性有著十分重要的意義。施工區域或周圍所存在的巖溶均會在一定程度上影響到施工安全，需要對巖溶進行勘察，綜合性地對巖溶地基進行評價，根據評價結果科學客觀地制定地基處理方案。計算方法、數學模型以及力學模型是最為重要的評價步驟，在我國建筑行業不斷發展的過程中，巖溶地基分析評價流程得到了進一步的簡化，尤其是在穩定性分析方面已經可以由以往十分繁瑣的定量分析轉化為直觀、簡化的定性分析。

定性評價法通常應用于常規工程地基穩定性分析與初勘階段的場地選擇，具體包含經驗比擬法與綜合分析法兩種。依照對洞體穩定性造成影響的有關因素與與洞隙邊界條件做出合理的評價與綜合性的分析。

半定量評價法是定性評價法的延伸與補充，具體包含頂板厚跨比法和頂板安全厚度計算法。其中頂板厚跨比法不需要考慮頂板性質、荷載和大小，選取頂部最薄處厚度和水平投影跨度兩項數值，能夠計算出厚跨比，該數值能夠用來對頂板厚度的安全性做出評價。

定量評價法涉及到邊界條件和巖土體力學參數存在許多不確定性，需要事先依照現有的假定條件建立物理力學模型，再根據模型進行計算，再按照計算結果來判斷和評價巖溶空洞的穩定性。

2、常用的地基處理方法

2.1 地基的填墊

2.1.1 充填法

在選擇巖溶地基處理方法的過程中需要綜合考慮上部結構、基礎與地基之間的共同作用。對于影響范圍大、水文、地貌條件復雜的地段，需要綜合運用各種不同的方法進行處理。充填法適用于裸露巖溶土洞，其上部附加荷載不大的情況。最底部須用塊石、片石作填料，中部用碎石，上層用土或混凝土填塞，以保持地下水的原始流通狀況，使其形成自然的反濾層。或用砂、石等材料充填采空區，形成充填體支撐頂板、圍巖，防止和減少頂板垮落和變形，減輕工作面的壓力。

2.1.2 換填法

對于已經得到充填的巖溶土洞宜采用換填法，對于物理力學較差的巖溶土洞，需要事先將洞中填充物清除干凈，再用混凝土、砂、片石以及塊石等材料進行換填。

2.1.3 挖填法

對于淺埋的巖溶土洞，需要事先爆破揭頂或將其挖開，若存在松軟塌陷土體，需要將其挖除，再填入砂、片石、塊石等，夯實粘性土體，此之謂挖填法。

2.1.4 褥墊法

石芽、槽、溝、隙、等巖溶突出物，很容易造成不均勻性的地基沉降，在鑿去突出物后再設置厚度為30～50cm的砂土褥墊，此之謂褥墊法。

2.2 地基的加固

2.2.1 灌漿法

灌漿法具有造價低、應用范圍廣等方面的特點，應用場景十分豐富。溶洞的填充密實是其最主要的填充原理，所形成的穩定體有著比較大的強度。在施工過程中，需要將地下水、土層與溶洞三者之間的聯系切除，使溶洞停止發展并保持穩定，進而提高建筑物本身的穩定性。該處理方法通常應用于軟弱土層處理與淺層溶洞處理。

2.2.2 壓力注漿法

部分巖溶土洞有著比較大的埋深，加固方法主要為壓力注漿法。該加固方法的作用原理在于以壓漿泵為主要工具，于巖土層中注入混凝土，再以擠密、滲透以及填充等方式，將土顆粒間的氣體、水分擠出，同時完成對于空白位置的填充。在混凝土凝固后，將形成一定具有良好穩定性和滲透性的新巖土體。另外注漿體的壓力注入，可在基巖面封堵巖開口洞隙，防止地下水位腐蝕巖溶土洞，從而使巖溶地基得到加固。

2.3 跨越法

跨度較大的溶蝕、溶溝、溶洞等巖溶地基，需要采用拱、板、梁等結構跨越；若溶槽、溶溝以及洞隙的規模比較大，可以采用調整結構柱距、溝槽底部連續支撐等方法進行處理。在采用拱、板、梁等結構跨越的情況下，梁式結構在支撐體或巖石上的支撐長度需要維持在梁高的1.5倍以上。

對于裸露巖溶土洞則可以采用充填處理方法，該處理方法的另一個優點在于能夠處理上部附加荷載有限的問題。底部可供選用的填料有片石、塊石等。中間充填材料宜選用碎石，用混凝土充填上層，使原始的地下水流得以保留，自然形成一道反濾層。

2.4 樁基法

在溶洞多層發育、塌陷漏斗較深的情況下，可以采用樁基礎。

2.4.1 沖孔灌注樁

該樁基通常應用于上部洞穴頂板較薄、溶洞洞穴小并存在多層溶洞的地質情況，能夠到達下層溶洞頂板并且沖穿上層溶洞頂板。施工經驗比較豐富的施工人員能夠通過沖擊聲音來判斷出頂板的厚度。然而，需要確保穩妥，需要于樁位位置進行超前鉆處理，對洞穴情況有一個全面的了解，再依照設置要求將沖擊鉆沖至巖層。

2.4.2 鉆孔樁

鉆孔樁通常應用于巖溶表面不平、地下有夾層分布或孤石、單樁荷載較大等情況，鉆孔樁能夠將夾層、孤石擊穿，準確于持力層上支承樁端，同時也能夠獲取比較良好的樁端嵌巖情況。然而鉆孔樁不適用于溶溝較多、巖溶裂隙較多的基巖中，在施工過程中也可能會出現打偏、鉆桿偏斜、卡鉆等方面的問題。

2.4.3 群樁

群樁通常可應用于十分復雜的巖溶表面，然而在巖溶表面存在許多覆蓋物的情況下，采用群樁可能會影響到施工現場的人員安全與最終的施工質量。

3、基礎設計

3.1 基礎設計所需要遵循的有關原則

在整體結構設計中基礎設計有著十分關鍵的作用，由于巖溶地區存在著十分復雜的地質情況，基礎設計的質量往往會受到多方面因素的影響。因此，設計人員需要嚴格遵循以下幾方面的原則進行設計。

第一，需要嚴格控制對地基變形量，避免破壞上部結構；第二，在外來荷載的影響下，需要確保地基的穩定性不受影響；第三，所制定的施工方案一方面需要保證切實可行，同時也要考慮到施工方案的環保性。

3.2 對地質勘察的要求

地質勘察工作的根本目的在于為接下來的設計、施工提供數據支持。然而，巖溶地區存在大量不規律且不連續的巖石露頭，同時也有著比較大的高低起伏。常規的地質鉆探勘察結果無法將巖溶情況全面地反映出來，需要在設計、施工前進行施工勘察。

3.3 基礎形式的選擇

3.3.1 選用獨立基礎

對于層數不多的多層房屋，可采用處理地基獨立基礎，當地基為較硬的巖石地基或者較為完整的硬土持力層，同時不存在淺層土、溶洞時可直接采用天然地基獨立基礎；當地基為較差的填土且厚度較大時可采用水泥土攪拌樁或其它樁處理地基，再采用獨立基礎，具有淺層土洞時可采用前述方法處理。

3.3.2 選用樁基礎

由于對于巖溶穩定性的判斷仍然需要依賴施工經驗，當基礎設計等級為甲、乙級且建筑物地基不是較完整的堅硬巖 ；或者基礎設計等級為丙級但需考慮巖溶對地基穩定性影響時，基礎宜選擇樁基礎，采用鉆孔、沖孔樁（或旋挖樁）。

3.3.3 選用處理地基+筏板基礎

對于層數較多的高層建筑，柱墻底力通常較大，如地基持力層為較好的粘性土層，且該土層厚度較大，溶洞較深時，可采用處理地基+筏板基礎。地基處理可采用水泥粉煤灰碎石樁、素砼樁、預應力高強砼管樁等。

結語：

當前我國已經進入到現代化建設的關鍵階段，如何做好巖溶地區的基礎設計工作已經成為設計單位十分重要的研究課題。因此，設計單位需要對各種勘察方法有一個全面的了解，綜合運用各種處理方法，采用各種手段提高地基的穩定性，使得在巖溶地區所建造的房屋更加安全、合理、經濟。

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