巖溶發(fā)育地區(qū)建筑基礎(chǔ)巖土勘察分析與探討

劉云林 劉海敬

1.前言

近年來，隨著城市建筑工程建設(shè)的飛速發(fā)展，巖溶地區(qū)的巖土工程問題越發(fā)突出。巖溶在很大程度上影響著建筑的穩(wěn)定性，如果巖溶區(qū)地基處理不得當(dāng)?shù)脑挘蜁?huì)使建筑物失去應(yīng)有的穩(wěn)定性。因此，研究巖溶地區(qū)勘察的方法及巖溶地區(qū)地基加固的處理技術(shù)非常關(guān)鍵。筆者曾參與某巖溶發(fā)育地區(qū)建筑基礎(chǔ)巖土勘察工作，該項(xiàng)目場(chǎng)地附近東邊位于階梯狀的比較矮的小山坡腳，地勢(shì)明顯中間相對(duì)較低，比較平整，東邊和西邊相對(duì)偏高，落差大概有5m，所在地貌屬于丘間谷地和殘丘垅崗單元。該項(xiàng)目建筑物地上28層，地下二層，下面就對(duì)該項(xiàng)目基礎(chǔ)巖土勘察分析及基礎(chǔ)支護(hù)提出了建議，以供類似工程參考。

2.巖溶地區(qū)水文地質(zhì)構(gòu)造

（1）巖土分層。根據(jù)我們這次勘察的資料顯示，該項(xiàng)目場(chǎng)地巖土層按從上而下的方法劃分，可分為第四系（Q越）填土層，沖、湖積成因（Q₄^al+pl～Q₃^al+pl淤泥、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂、粗砂和坡殘積成因（Q^dl+pl）粉質(zhì)黏土和黏土，石炭系下統(tǒng)石蹬子組（C₁ds）石灰?guī)r。該場(chǎng)地地下巖溶較發(fā)育，經(jīng)用鉆孔的方法勘察發(fā)現(xiàn)，該項(xiàng)目地下溶洞埋深在13.50m～20.60m，洞高0.50m～2.80m，而且該項(xiàng)目地下的溶洞大多是空的，沒有什么填充物，局部為流—軟塑黏性土和少量巖屑等充填。上覆土層內(nèi)有土洞分布。巖體差異風(fēng)化作用強(qiáng)烈，巖土互層狀結(jié)構(gòu)特征明顯。

（2）該項(xiàng)目水文地質(zhì)情況：經(jīng)勘察分析，地下含水介質(zhì)主要在基巖和第四系土層中，根據(jù)各自的特征，分為基巖裂隙水、孔隙性潛水和上層滯水，主要是降水滲入補(bǔ)給給下水。在勘測(cè)中，實(shí)測(cè)到鉆孔靜止水位于0.10m～4.50m。采取抽水試驗(yàn)進(jìn)行檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，各單孔涌水量Q=8.42m³/d和Q=13.22m³/d。因?yàn)榈叵聨r溶不是均勻分布，在一些巖溶通道和裂隙欠發(fā)育的地段基本無水，水主要集中在巖溶和裂隙通道發(fā)育的地方。

3.建筑基礎(chǔ)巖土工程分析

（1）巖土的工程性質(zhì)。第①層-雜填土，局部為素填土，屬新近堆填，成分復(fù)雜，多屬欠固結(jié)，承載力低，工程性質(zhì)差，如果用管樁基礎(chǔ)，就不利于施工；第②層一淤泥，流塑，承載力低，不適合做該建筑基礎(chǔ)持力層；第③層粉質(zhì)黏土、黏土，軟塑—堅(jiān)硬，以可塑為主，層厚變化大，（3-1）層呈軟塑狀，土質(zhì)軟弱，工程性質(zhì)差，承載力低；（3—2）—（3—4）層可塑—硬塑土，層厚變化大，雖說有一定的承載力。也不宜當(dāng)作該建筑基礎(chǔ)持力層；第④層砂層，呈透鏡體狀局部分布，為主要含水層，沒有足夠的承載力，更不適合做該建筑基礎(chǔ)的持力層；第⑤層粉質(zhì)黏土（黏土、粉土），軟塑—硬塑，以可塑為主，層厚變化大，具有一定承載力，不宜作擬建高層建筑物的基礎(chǔ)持力層；第⑥層粉質(zhì)黏土（黏土、粉土），軟塑—堅(jiān)硬，以可塑、硬塑為主，具有一定的承載力，但該建筑物是28層建筑，地下2層，這種土層還是不宜做該建筑的基礎(chǔ)持力層；第⑦層—微風(fēng)化石灰?guī)r，巖體較完整，巖石天然單軸抗壓強(qiáng)度高，分布范圍廣，埋深變化較大，在5m～20m的跨度，局部還伴有溶洞出現(xiàn)。該層可作為該建筑物基礎(chǔ)的持力層，但在運(yùn)用過程中還要相當(dāng)注意，對(duì)于淺樁還應(yīng)加大其樁徑或樁與持力層的接觸面，以達(dá)到穩(wěn)定堅(jiān)固的效果。

（2）地基均勻性分析。根據(jù)勘察，該項(xiàng)目地質(zhì)基巖面不規(guī)則，起伏比較大，以石灰?guī)r為主，微風(fēng)化巖則深埋在10.20m～21.10m，彼此相差比較大，巖溶發(fā)育局部呈多層分布（見場(chǎng)地溶（土）洞分布一覽表）；另外，整個(gè)項(xiàng)目場(chǎng)地還伴有石芽、鷹嘴巖、溶洞等分布，巖溶現(xiàn)象較發(fā)育，用樁基施工的話，可能會(huì)出現(xiàn)半懸樁、懸樁、滑樁等系列的質(zhì)量問題，當(dāng)荷載達(dá)到一定程度后，有可能發(fā)生樁基失穩(wěn)的情況。

在上面的地層中，也發(fā)現(xiàn)有土洞的情況，假如施工過程中，大量抽排地下水時(shí)，有可能引起地表沉降現(xiàn)象發(fā)生，將對(duì)工程施工產(chǎn)生不利影響，影響工程進(jìn)度。

該項(xiàng)目地質(zhì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，基巖相對(duì)不平整，凹凸比較多，坡度相對(duì)較大，埋深相對(duì)說懸殊，巖溶洞多且分布沒有規(guī)律。根據(jù)勘察分析，巖石抗壓的相對(duì)強(qiáng)度值不穩(wěn)定，變化比較大。該項(xiàng)目基礎(chǔ)下地基不是很均勻，如采用樁基礎(chǔ)施工，難度比較的大。

（3）項(xiàng)目基礎(chǔ)穩(wěn)定性分析。根據(jù)勘察和分析，該項(xiàng)目基礎(chǔ)巖溶地質(zhì)構(gòu)造未發(fā)現(xiàn)有斷裂存在，基巖整體比較完整，整體力學(xué)性能也比較好，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2001）有關(guān)規(guī)定和我們對(duì)巖土性能的綜合分析，該項(xiàng)目基礎(chǔ)土為Ⅱ類，屬中軟土。

4.建筑基礎(chǔ)形式與基坑支護(hù)方案的選擇

（1）該項(xiàng)目基礎(chǔ)支護(hù)型式的選擇。根據(jù)勘察數(shù)據(jù)及與該地區(qū)基礎(chǔ)支護(hù)方案的比對(duì)分析，對(duì)該項(xiàng)目基礎(chǔ)支護(hù)提出了兩個(gè)方案：一個(gè)是人工挖孔灌注樁施工方法，這種工法的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)施工設(shè)備沒有太高的要求，對(duì)場(chǎng)地周邊建筑和人民生活沒有太大的影響，在進(jìn)行挖孔施工過程中，我們可以很直觀地看到巖土層的變化，方便施工人員可以隨時(shí)觀察情況；另外挖孔后對(duì)于孔底沉渣清除比較方便且徹底，全部樁可以同時(shí)開挖，彼此不影響施工，這樣施工速度就可以大大提升，整體施工成本也容易控制，成本相對(duì)低，成樁質(zhì)量好，成樁后檢測(cè)結(jié)果顯示，單樁承載力大，性能比較穩(wěn)定。該項(xiàng)目所在場(chǎng)地基巖變化較大，埋深也相對(duì)較淺，樁打不了很深，成樁的難度比較大，為了保證基礎(chǔ)的承載力達(dá)到要求，通過擴(kuò)大樁端直徑處理的施工方法，這種方法的優(yōu)勢(shì)在于在滿足單樁和單柱承載力的同時(shí)，還可以大大提高樁端基巖的承載力，還可以減少混凝土的用量。另一種方法是當(dāng)場(chǎng)地的地下水位保持在一個(gè)較高的位置，而第四系松軟土層影響樁基施工的可靠性較大的情況下，可以考慮預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)。該工法的優(yōu)勢(shì)主要是：施工工效快，工期短，成本相對(duì)較低，成樁質(zhì)量保證，方便檢測(cè)，可以很好地減小由于地下水位的影響，降低第四系松軟土層對(duì)樁基的影響。綜合分析后，該項(xiàng)目場(chǎng)地基巖埋深變化較大，這就給成樁帶來了難度，樁長(zhǎng)也較短。根據(jù)基巖的性質(zhì)，樁端持力層必須是：如果強(qiáng)風(fēng)化巖必須連續(xù)厚度5m以上才可以，中等（微）風(fēng)化基巖面必須厚度達(dá)到1.5m以上，而且樁端進(jìn)入持力層的深度必須符合規(guī)范和滿足設(shè)計(jì)要求。該項(xiàng)目樁的長(zhǎng)度大概是5m～10m居多，最長(zhǎng)的預(yù)計(jì)可達(dá)20m左右，壓樁方法可以靜壓或錘擊。

（2）項(xiàng)目基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方案。該項(xiàng)目基坑深度預(yù)計(jì)是5m～10m，安全等級(jí)為二級(jí)，根據(jù)勘察資料顯示地下水相對(duì)埋藏不深。基坑開挖土層主要是上層人工填土、黏性土和碎屑巖風(fēng)化殘積土，基坑底板大部分位于可塑—硬塑的粉質(zhì)（黏土）層上。該項(xiàng)目建筑物地上28層，地下二層，屬于高層建筑和深基礎(chǔ)工程，為了保證施工質(zhì)量安全，該項(xiàng)目采用噴錨+放坡開挖支護(hù)相結(jié)合方案，在基礎(chǔ)容易變形的地方，增加了預(yù)應(yīng)力。該項(xiàng)目基坑?xùn)|邊有市政管線，有一直徑Φ800mm混凝土水管，與基坑相距大約1m，為避免基坑施工影響水管的安全，在這個(gè)地方我們采用排樁和錨桿支護(hù)措施。其他三面場(chǎng)地沒有什么影響，采用放坡開挖的形式，這比較簡(jiǎn)單，節(jié)約項(xiàng)目成本，放坡率應(yīng)控制在1：1.25～1：1.50。

5.建議

綜上所述，根據(jù)地質(zhì)勘察分析，該項(xiàng)目建設(shè)場(chǎng)地的地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜，樁基礎(chǔ)的持力層選擇上比較困難，基巖微風(fēng)化巖的埋深參差不齊，溶洞也較多，而且分布沒有規(guī)律可循，選取微風(fēng)化巖作為樁的持力層，樁深也從5m～20m不等，為了使成樁質(zhì)量得到保證，我們建議該項(xiàng)目，在基礎(chǔ)施工方案確定后，還應(yīng)運(yùn)用樁位超前鉆探勘察，從而再一次確認(rèn)樁端持力層的情況，使成樁的質(zhì)量更有保障。另外，在進(jìn)行基坑開挖時(shí)，應(yīng)做好基坑的沉降觀測(cè)，對(duì)于東面有水管的情況下，應(yīng)隨時(shí)觀測(cè)，保證基坑開挖不影響水管。同時(shí)，基坑內(nèi)如有積水應(yīng)及時(shí)排出，以方便開挖施工，開挖出來的土應(yīng)及時(shí)清理，從而減少基坑頂部的荷載，以保證整個(gè)建筑基礎(chǔ)的安全，為后續(xù)施工提供安全保障。