巖溶地基基礎實例分析

□ 趙印良 許祖妹 趙鵬宇

1 ??工程概況

擬建場地位于廣西崇左市天等縣城西南面，天寶南路西側、環城大道東側，為灰巖地區，巖溶中等至強烈發育［1］。擬建項目總用地面積69976.49m2，建筑占地面積19100.92m2，總建筑面積300260.85m2，計容面積244917.72m2，不計容面積55343.13m2［2］。擬建項目包括1棟10層酒店購物中心、12棟25層住宅樓、1棟26層住宅樓、商業鋪面、車庫、架空層、垃圾池、廁所和地下室等，20m為黃海高程基準，地下室及上部結構采用框架結構或剪力墻結構，擬建建筑物平面布置詳見圖1。

圖1 總平面布置圖

2 ??工程地質條件

2.1 場地巖土層分布及其性質

根據地面地質調查，鉆探揭露和試驗等資料綜合分析，場地地層巖性自上而下為第四系耕表土和第四系殘積成因的紅黏土，下伏地層為泥盆系（D）石灰巖，根據鉆探揭露，場地地基土層自上而下詳細敘述如下：

（4）石灰巖④層（D）：中風化，呈灰白色、灰黃色，有溶蝕痕跡，隱晶結構，局部風化為砂狀，厚層狀構造，屬于較軟巖，巖體較破碎，巖體基本質量等級為IV級，巖芯采取率60%～80%，巖芯采取率較差，巖芯呈碎塊狀、個別短柱狀。溶蝕風化較強烈，局部有夾泥現象，該層溶洞為中等發育。該層頂面埋深0.80m～12.70m，標高423.07m～435.47m，層厚0.30m～7.00m。

（6）石灰巖⑥層（D）：灰色，中風化—微風化，隱晶結構，主要物質成分為方解石，厚層狀構造，屬于較硬巖，巖體較完整，巖體基本質量等級Ⅲ級，巖芯采取率80%～95%，巖石質量指標較好，巖芯呈長柱狀、短柱狀或碎塊狀。主要結構面類型為裂隙和層面，結合好，層面一般無充填，節理裂隙面多由方解石脈充填。該層溶洞為中等發育，溶洞為軟塑—可塑黏土全填充。本次勘察未揭穿該層，層面起伏大，該層頂面埋深0.70m～18.00m，標高416.77m～435.96m，鉆孔進入該層最大深度為23.20m。

土層分布特征、基巖埋藏條件、巖溶發育狀況等如圖2所示［2］。

圖2 1#樓29-29、5#樓70-70工程地質剖面圖

2.2 巖土參數的確定

根據室內試驗及現場原位測試結果，并結合地區經驗綜合取值，巖土設計參數：天然含水率（ω）、天然孔隙比（e0）、壓縮模量（Es）為平均值，抗剪強度（Ck、φk）為標準值。各巖土層的fak值根據室內試驗成果，原位測試成果，按規范附錄C評定，最后結合工程實際綜合確定［3］。各巖土層物理力學性質指標建議值見表1 。

表1 各巖土層物理力學性質指標建議值

3 ??場地水文地質條件

3.1 場地地表水特征

本次勘察期間為豐水期，勘察場地西側沿環城大道有一雨污排水溝，溝寬約3.00m，深約2.50m，溝內積水0.20m～0.30m；場地西南邊有一養魚池，水面寬約40m×30m，水深0.50m～0.80m；場地東南角及南面分別有兩眼泉水，雨天出水較多，旱天水量較小，常年有水滲出。

3.2 場地地下水特征

場地內分布的地下水主要賦存于石灰巖巖溶裂隙中，屬巖溶裂隙水，該層水賦存特性與巖層中裂隙分布數量及走向有關，補給來源主要為相鄰場地同一含水層的側向補給，年水位變幅約2m～3m，具有承壓性。勘察期間，大部分鉆孔出現不返水現象，這部分鉆孔遇見有巖溶水，水量局部較大，水位變化較大，各孔鉆探完成24h后測得穩定地下水位埋深0.02m～6.27m（標高為431.04m～435.85m），地下水大致由北向南徑流排泄，排泄不暢。

4??巖溶地基評價

4.1 溶洞穩定性評價

4.1.1 溶洞對巖石地基承載力的影響

本場地巖溶中等—強烈發育，溶洞是場地巖溶發育的主要形式，本次勘察在鉆孔深度范圍內，溶洞、溶溝、溶槽發育，溶洞頂板厚度不統一，單層、多層溶洞或裂隙均有存在，洞隙內均為全充填軟—可塑狀黏土，處于相對穩定狀態，溶洞和巖溶裂隙的存在，破壞了巖體的完整性，降低了巖體的地基承載力，因此，在確定有巖溶發育的基巖承載力時應考慮溶洞的不利影響［4］。在采用《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）第5.2.6條的計算式確定巖石地基承載力特征值時，折減系數Ψr取低值。

4.1.2 柱（墩）基礎下溶洞穩定性評價

采用石灰巖④層或⑥層作為樁端持力層時，按《建筑樁基技術規范》（JGJ 94—2008）規定，柱（墩）端下3倍柱（墩）徑不小于5m范圍內，不得有影響柱基承載力的溶洞發育，若有不穩定溶洞，應對溶洞采取處理措施。

4.1.3 天然地基下土洞和溶洞穩定性評價

勘察鉆孔未發現土洞。當基礎不是直接置于石灰巖④層或⑥層上時，根據場地形成土洞和巖溶塌陷的條件分析，如建筑物使用期間場地及周邊地區不大量采排地下水，不考慮溶洞對地基穩定性的影響，溶洞是穩定的。

4.2 土洞與巖溶塌陷對場地穩定性的影響

場地位于淺覆蓋型巖溶地區，勘察鉆孔雖未發現土洞，但該地段仍具備形成土洞和巖溶塌陷的條件。應特別注意人工降低地下水將可能加劇土洞的發育和引發巖溶塌陷危害。

當采用天然地基淺基礎時，應查明應力影響范圍內且不小于5m的深度范圍內有無土洞存在，若發現土洞存在，應對土洞采取充填處理措施。

4.3 巖溶治理

根據《廣西壯族自治區巖土工程勘察規范》（DBJ/Τ 45—002—2011）［3］表11.1.3判斷，場地內溶洞、裂隙發育，多為中等深度溶洞，大多發育在2.00m～30.00m，單層、多層溶洞均有，部分地段為溶溝、溶槽、裂隙等，洞隙內均為全充填軟—可塑狀黏土，處于相對穩定狀態。該場地對高層建筑，建議采用柱（墩）基，以石灰巖④層或⑥層作為持力層，并進行施工勘察，進一步確定巖溶空間分布性質，選擇合理的持力層及埋深，當持力層下存在溶洞，且不滿足厚度要求時，柱（墩）需穿過溶洞，進入穩定持力層；低層或純地下室建筑，建議采用獨立柱基礎，以紅黏土②、③層作持力層，并進行釬探，進一步確定是否有土洞，當有土洞時，進行土洞處理。

5 ??地基基礎方案論證

5.1 天然地基

5.1.1 基底巖土組合分析

擬建項目包括1棟10層酒店購物中心、12棟25層住宅樓、1棟26層住宅樓、商業鋪面、車庫、架空層、垃圾池、廁所和地下室等，±0.00地坪設計標高438.20m（為黃海高程基準），據建筑基礎埋深情況，當開挖至基底標高后，從工程地質剖面圖可知，基?下巖土層組合分布情況如下。

基底巖土層為紅黏土②、紅黏土③及石灰巖④、溶洞充填物⑤、石灰巖⑥的各類組合，紅黏土②、紅黏土③、溶洞充填物⑤層（不能做高層建筑持力層）厚度主要為0.00m～5.00m，局部為6.00m～10.00m［2］。

5.1.2 地基土強度及天然地基可行性分析

假定擬建的建筑物住宅每層單位建筑荷重按18kN/m2考慮，商業賓館每層單位建筑荷重按20kN/m2考慮，地下室每層單位建筑荷重按25kN/m2考慮。則1#、2#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#、13#、15#住宅樓（25層）基礎底面處的平均壓力值Pk為475kN/m2；3#住宅樓（26層）基礎底面處的平均壓力值Pk為493kN/m2，16#賓館樓（10層）基礎底面處的平均壓力值Pk為225kN/m2。

根據本場地的地形特征，±0.00高程438.20m，高于現地表2.00m～6.00m，地下室埋深按-4.60（標高433.60m）及-6.10（標高431.70m），其有效埋深約0.00m～3.00m，若基底開挖后，基礎底面為紅黏土②、紅黏土③及石灰巖④、溶洞充填物⑤、石灰巖⑥，根據各巖土層物理力學性質指標建議值（見表1）承載力特征值，各土層承載力驗算如下：

荷載假定為均布荷載，基礎重度按25kN/m3計，則基底壓力設計值為：

25層住宅：Pk=25×18+25×1=475kPa

26層住宅：Pk=26×18+25×1=493kPa

10層賓館：Pk=10×20+25×1=225kPa

單層商輔：Pk=1×20=20kPa

純地下室：Pk=25×1=25kPa

按《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）5.2.4條公式、表5.2.4～7及《高層建筑巖土工程勘察規程》（JG 72—2004）A.0.1條公式、表A.0.1-1～2對地基強度進行驗算：

（1）地基基礎持力層為紅黏土②：

可見能滿足10層賓館、單層商輔、純地下室承載力要求，不能滿足25、26高層住宅承載力要求。

（2）地基基礎持力層為紅黏土③：

可見能滿足10層賓館、單層商輔、純地下室承載力要求，不能滿足25、26高層住宅承載力要求。

5.1.3 基礎方案選擇

根據地基巖土強度、地層分布，擬建賓館（10層）、地下室、一層商鋪、車庫、廁所、垃圾站基底各土層（除耕表土層）均滿足上部荷載要求。擬建高層（25、26層）住宅樓基底持力層下為紅黏土②、紅黏土③、溶洞充填物⑤，強度不能滿足上部荷載要求。基底持力層下為石灰巖④、石灰巖⑥時，能滿足高層住宅樓上部荷載要求。

高層（25、26層）住宅建筑，采用獨立柱墩基礎，以石灰巖④、石灰巖⑥為持力層。賓館（10層）基底下各土層（持力層）雖然滿足上部荷載要求，但紅黏土②、紅黏土③分布不均，不宜采用筏板基礎或條型基礎，仍采用獨立柱墩基礎。擬建場地巖溶發育，局部地段的柱（墩）持力層埋深較大或穿過溶洞進入較深持力層，雖滿足樁基礎概念，但仍按獨立柱（墩）基礎考慮。地下室、一層商鋪、車庫、廁所、垃圾站，基底各土層（持力層）均滿足上部荷載要求，采用獨立柱基礎或條基，以紅黏土②、紅黏土③、石灰巖④、石灰巖⑥為持力層。

5.2 墩基礎

根據擬建建筑物結構和場地巖土工程地質條件、基礎施工條件、環境和經濟分析等綜合考慮，擬建高層住宅樓宜采用獨立柱（墩）基礎，以石灰巖④、石灰巖⑥為持力層。墩基端進入持力層深宜大于0.50m，且應滿足穩定性要求。墩基施工，對于持力層埋深較大或穿過溶洞進入較深持力層的，人工施工困難的，可采用機械施工，如正反循環鉆孔、旋挖鉆孔、沖孔等方法，參考灌注樁方法進行施工［5］。

對于持力層埋深較大或穿過溶洞進入持力層較深的柱（墩），雖然滿足于樁的概念，但仍按柱（墩）基礎考慮。

5.3 墩豎向承載力

（1）基礎開挖到基底面，按規范分別對持力層石灰巖④、石灰巖⑥進行巖基載荷試驗，確定承載力。

（2）用機械成孔施工的墩基礎，按樁的檢測方法，進行單墩載荷試驗，確定承載力。

6 ??結語

（1）該巖溶地基基礎類型采用墩基礎形式，是最經濟合理、安全可靠的基礎形式。

（2）墩基礎按樁基要求進行了試驗、檢測，承載力、變形符合要求，滿足上部荷載。

（3）采用墩基形式，設計平均墩高（長）為3.45m；如果采用樁基形式，設計平均樁長大于12.00m。經過分析比較，墩基形式基礎比樁基形式基礎施工造價少4500萬元，節約工期6個月。