巖溶地區(qū)某多層框架結構地基基礎設計與施工探討

徐永波 (安徽省建筑設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230001）

1 工程概況

本工程為廣西貴港市的某商業(yè)綜合體，南北向長200m、東西向寬146m，地上3～4層，地下部分區(qū)域為單層地庫，部分無地下室，總建筑面積約106140m2，其中，地上建筑面積85184m2、地下建筑面積 20956m2，建筑高度19.60m。本工程抗震設防分類為重點設防類，設防烈度為6度，Ⅱ類場地，基本地震峰值加速度值為0.05g，反應譜特征周期為0.35s，設計地震分組為第一組。

2 地質資料及地勘巖溶發(fā)育程度

場地上覆土層依次為人工填土（Q4ml）雜填土、第四系更新統(tǒng)沖洪積（Q3al+pl）次生紅黏土、下伏基巖為石炭系（C1）石灰?guī)r。本工程天然地基的持力層為破碎石灰?guī)r和完整石灰?guī)r，其巖性特征如下[1]。

雜填土①：成份以粘性土、淤泥為主，夾雜建筑垃圾、碎石、角礫等，局部可見植物根系，堆填時間大于5年。雜填土成雜色、松散狀，稍濕、土質不均勻，結構松散，未經(jīng)夯實及碾壓不能作為持力層使用。

硬塑紅黏土②：呈現(xiàn)褐紅色、褐黃色、黃色，呈稍濕、硬塑狀，局部夾雜少量礫石，韌性中等，干強度高。

可塑紅黏土③：呈現(xiàn)黃色，場地內局部分布。

破碎石灰?guī)r④：深灰色、灰色，風化強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯破碎，巖芯被溶蝕，一般呈碎塊狀，塊徑20mm～80mm不等。巖石堅硬程度屬較軟巖，巖體完整程度屬破碎，巖體基本質量等級為Ⅳ級。本層承載力特征值為2400kPa。

較完整石灰?guī)r⑤：深灰色、灰白色、灰色，中等風化狀態(tài)。巖石單軸飽和抗壓強度標準值為41.51MPa，巖石堅硬程度屬較硬巖，巖體完整程度屬較完整。該層在場內全部區(qū)域均有分布，為場地穩(wěn)定分布地層，勘察時未鉆穿該層，最大揭露厚度14.7m，平均層厚5.39m。本層承載力特征值為4000kPa。

④、⑤層巖內分布有大量溶洞，溶洞屬空洞或半～全填充溶洞，填充物主要為黃色、灰色黏性土，呈可塑狀～硬塑狀[1]，溶洞形式多樣且高度大小不一。

詳勘揭露的巖溶發(fā)育情況及典型溶洞分布如表1和圖1所示。

圖1 地質及典型溶洞分布圖

巖溶發(fā)育情況匯總表 表1

3 基礎設計探討

3.1 施工勘察

根據(jù)廣西地標《巖溶地區(qū)建筑地基基礎技術規(guī)范》（DBJ45/024-2016）及地勘報告的要求，地基基礎施工前需進行施工勘察，施工勘察采取超前鉆。

與一般性土地區(qū)基礎設計不同，巖溶地區(qū)詳勘每根柱子下均有勘探點。設計按詳勘點進行基礎初步設計，確定每根柱下基礎形式，然后由設計與勘探共同確定施工勘探點。施工勘探點的勘探根據(jù)《巖溶地區(qū)建筑地基基礎技術規(guī)范》（DBJ45/024-2016）的相關規(guī)定執(zhí)行。本工程地基溶洞發(fā)育程度為中等，即便是臨近約1m，巖石面也有較大差異，為確保施工過程中補充勘探點過大及結構安全，大部分柱下均布置5個探孔，僅對荷載較小的柱下布置三個孔。為避免同一柱下基礎探孔的差異性，要求勘探深度截止標準為較完整巖厚度≥7m。

3.2 基礎選型及設計

本工程基礎持力層為④層破碎石灰?guī)r或⑤層較完整石灰?guī)r，場地溶洞發(fā)育程度為中等，無地庫區(qū)域基礎方案為獨基或樁（墩）基，有地庫區(qū)域基礎方案為獨基或樁基+防水板。本項目大部分柱子的軸力4000kN～6500kN之間，少量柱6500kN～9000kN；持力層為④層破碎巖和⑤層較完整石灰?guī)r。本工程柱子尺寸為 600×600～800×800。

對于無地庫區(qū)采用獨立基礎時，因地基承載力很高，基底面積較小，一般在柱邊45°沖切錐體范圍內，類似于《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）中無筋擴展基礎，但《建筑地基基礎設計規(guī)范》（GB50007-2011）中表 8.1.1注 4提出當基礎底面處的平均壓力值＞300kPa時，尚應進行抗剪截面驗算。《廣西建筑地基基礎設計規(guī)范》（DBJ45/003-2015）對于 H/B1≥2時規(guī)定了計算方法，而未對2≥H/B1≥1作出規(guī)定，本工程在設計時參考了同樣巖石性質的《貴州建筑地基基礎設計規(guī)范》（DB22/45-2004）、《重慶建筑地基基礎設計規(guī)范》（DBJ50-047-2016）中的做法，本工程已于2018年竣工并投入使用，至今完好。H、B1詳見圖2。以上地標基礎抗剪截面驗算時，均引入與臺階高寬比（相當于剪跨比）相關的系數(shù)，公式形式不同，但結果基本相同，當高寬比=1時，系數(shù)為0.7，與一般性土的受剪驗算公式一致。

圖2 無地庫區(qū)域柱下獨立基礎剖面示意圖

筆者認為，對于巖石地基上的筏板基礎，進行基礎的抗剪計算是有必要的。

對于有地庫部分采用獨立基礎+防水板基礎形式時，獨基設計與無地庫區(qū)域不同。基礎設計時，須驗算水浮力作用的基礎沖切，詳見圖3。因此在防水板厚度一定的情況下，獨立基礎平面尺寸由水浮力沖切控制，故獨基幾面尺寸不能太小，獨基厚度由沖切及配筋等因素決定，獨基抗剪驗算易滿足。

圖3 地庫區(qū)域柱下獨立基礎剖面示意圖

本工程樁（墩）基按當?shù)亓晳T做法，采用機械旋挖成孔灌注樁，為嵌巖樁。本場地溶洞（溝）主要為屬空洞、半～全填充溶洞。溶洞（溝）頂板多為巖體破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育的石灰?guī)r，表明擬建場地巖溶發(fā)育程度較強，溶洞頂板的穩(wěn)定性較差，屬于淺覆蓋型巖溶。因此在設計時只考慮嵌巖段承載力，不考慮持力層以上樁側阻力。樁基設計時，須保證樁身全截面進入⑤層完整巖深度及樁下完整巖厚度≥5m。針對施工勘察中揭示的樁基四周分布不同情況[1]，如樁位于石芽形芽尖、位于山坡中間、位于山谷中間等情況適當加深全截面嵌巖深度。必要時須補充施工勘察，若出現(xiàn)樁基鉆孔后發(fā)現(xiàn)無法滿足上述條件，則須在柱周補充勘探，采用兩樁或多樁承臺。本工程樁下巖層的差異性大，施工、設計、勘探需全程進行配合，設計根據(jù)施工勘察及施工修改是本工程的一大特點。

另外溶洞頂蓋穩(wěn)定性計算也是巖溶地區(qū)基礎設計的重要特點。本工程基礎下出現(xiàn)溶溝，溶溝上方覆蓋層厚度約為5m，獨立基礎位于溶溝上方，經(jīng)施工勘察，溶溝深度大于40m，覆蓋層的穩(wěn)定性直接影響結構安全。溶洞的穩(wěn)定性計算目前分為定量計算和半定量計算，目前《廣西巖溶地區(qū)地基基礎規(guī)范》（DBJ45/024-2016）及《重慶建筑地基基礎設計規(guī)范》（DBJ50-047-2016）等規(guī)范均推薦了半定量計算方法，但計算前提是盡可能探明溶洞（溝）跨度及覆蓋層情況。

圖4 溶溝分布圖

4 巖溶地區(qū)樁基施工及典型問題的處理方法

巖溶地區(qū)樁基礎施工主要存在的問題：不同位置隨著樁下溶洞形式不同，成孔時間不同，成樁工藝各不相同；成孔困難，成孔后孔內塌方，甚至造成場地內塌方；因本場地內④層破碎石灰?guī)r及⑤層完成石灰?guī)r強度高，鉆頭損耗大，且容易發(fā)生滑移，因此樁基施工工藝是設計不可回避的問題，現(xiàn)就相關問題總結如下。

①本工程樁基施工采用泥漿護壁的工藝，此種方式帶來地下水的變化，特別是后期出現(xiàn)了塌方情況，現(xiàn)場圖片及平面范圍見圖5。

圖5 塌方情況

塌方位置處于建筑場地內，采用片石+黏土回填，然后在柱周邊增加勘探點，探明柱周邊情況后設計兩樁或多樁承臺。

②對于溶洞高度小于6m的情況，采取泥漿護壁一般能順利成孔。若遇小量塌孔時采用填充C15，采用拋入粘土、片石后擠壓，后進行二次成孔。

③溶洞高度大于6m時采取增設鋼管護壁，但本工程場地下巖溶面傾斜角較大，會出現(xiàn)鋼護筒滑入溶洞中，甚至套筒不知所蹤；采取的成樁工藝是拋片石+粘土、粘土+水泥拌合物、回填C15混凝土然后在成孔，有時需要須填充、成孔多次反復方能成孔。

④巖面坡度較大時，施工中若鉆孔位置發(fā)生偏移，待上層斜巖穿透后填充片石或C15混凝土后二次成孔。

⑤澆筑混凝土時，混凝土順著聯(lián)通的溶洞（溝）流走，超灌量達到數(shù)倍的情況下仍無法成樁，此種情況下不易繼續(xù)澆灌混凝土，須補充施工勘探，采取兩樁甚至多樁承臺。

5 總結

巖溶地區(qū)巖層分布差異巨大，而從調研情況看，當?shù)匚锾郊夹g應用并不成熟，故發(fā)展適應于當?shù)貛r層情況的物探技術將會給土建工程的設計、施工帶來很大便利；而施工勘察是詳勘的必要補充和修正，是設計院對每種特殊情況，采取既方便施工，又經(jīng)濟可靠的設計方案的必備條件。

另外，在巖溶地區(qū)的基礎設計前進行充分調研必不可少。對巖溶地區(qū)地基處理各地規(guī)范都提供了一些方法，而各地的方法有差異，具體設計時，須具體情況具體分析。本工程大部分區(qū)域為3層框架，荷載并不大，但占地面積大；規(guī)范中提供的充填法、跨越法、注漿法卻并不適用，這正是建立在對當?shù)仨椖砍浞终{研的基礎上分析得到。而具體設計時，也會碰到當?shù)匾?guī)范未盡之處，也需要建立在對當?shù)卦O計調研外加試驗的基礎之上方能完成。

巖石地基上的獨立基礎設計與一般性土上的基礎設計略有不同；樁基設計須考慮場地條件與施工過程造成的原有巖（土）體平衡狀態(tài)的改變帶來的工藝改變，且需要關注樁基施工全過程。

基礎施工也是設計需要重點關注的環(huán)節(jié)。本工程已按詳勘選擇了不同的溶洞樣式選擇了試成樁，但后期隨著土方開挖、地下水的變化等造成施工難度增大，設計須密切關注成樁情況，并做出相應調整。樁基施工質量很大程度上取決于工人操作，須加強監(jiān)理。為保證工程樁施工的質量，工程樁完整性檢測采用低應變、超聲波、鉆芯3種方法進行檢驗，并加大靜載試驗的抽檢比例，從抽檢結果看，施工效果良好。

總之，巖溶地區(qū)基礎設計需充分調研，勘察、設計、施工的全過程配合與調整，方能對每種特殊情況采取既方便施工又經(jīng)濟可靠的設計方案。