溶巖地區基礎選型分析

鄒利明

（廣東省重工建筑設計院有限公司，廣東廣州 510670）

1 研究背景

我國的巖溶地貌面積大、分布廣，是巖溶地質發育較為普遍的國家之一。巖溶地質指碳酸鹽類巖石、硫酸鹽類巖石、鹵鹽類巖等基巖在受流水沖蝕或其他機械侵蝕而形成的地貌。主要成分為石灰巖、白云巖、泥灰巖等可溶性巖石，主要分布在廣西壯族自治區、貴州省、云南東部和廣東北部。我國的巖溶地質形成的時間長，地質條件復雜，具有埋藏深、發育慢、分布廣、面積大、易引發塌陷的特點。

土洞是可溶性基巖上覆蓋土層受地表潛水的沖蝕或經地下承壓水潛蝕形成，具有埋藏淺、分布廣、發育快、極易引發塌陷的特點，危險性比溶洞更高。一般情況下，土洞與溶洞是同時存在，溶洞上方一般都存在土洞。對于在存在巖溶與土洞地區進行的工程設計與施工，危害嚴重，在施工過程中易出現問題，嚴重影響工程進度，甚至無法驗收工程[1-3]。

主要原因是現階段工程界缺乏應對巖溶等復雜地質情況的完整思路。目前國內對于建設在巖溶地區的高層民用建筑的處理辦法主要為大直徑灌注樁基礎、采用地基處理的復合地基處理方案、采用天然基礎。方案的選擇應根據本地區溶洞的具體埋深、分部情況、發育程度、工程的特點和施工條件等情況，進行具體方案的選擇。

2 工程概況

擬建項目位于韶關市湞江區，建筑面積約400 000 m2，包括21棟高層塔樓，一層地下室，塔樓高度最高為99.05 m。全部建筑為高層及深基坑工程，場地工程重要性等級為一級，地震基本烈度為6度。

3 地質條件

根據野外鉆探揭露情況，該場地自上而下分別為人工填土層Qml、沖積-洪積土層Qal+pl、坡積土層Qdl、殘積土層Qel及基巖C1y。

分析鉆孔揭露的情況，場地內的基巖主要為石炭系下統巖關階石灰巖、粉砂巖、頁巖等，按風化程度可分為全風化帶、強風化帶、中等風化帶和微風化帶。

（1）全風化砂巖（主要是粉砂巖）。

呈灰白色、暗紅色、灰黃色等，原巖組織結構已基本風化破壞，但尚可辨認，巖芯呈堅硬土柱狀及密實砂狀。局部夾強風化泥質粉砂巖、粉砂巖碎塊。

（2）強風化砂巖（主要是粉砂巖）。

灰色、青灰色、棕灰色、棕紅色等，巖芯呈半巖半土狀、碎塊狀、散體狀等。砂狀結構，碎屑物含量多少及粒徑大小不一，碎屑多為粉砂，部分為細砂和礫，泥質膠結，巖石組織結構已大部分破壞，礦物成分已顯著變化，風化裂隙較為發育，巖體破碎，質軟、易折，用鎬或鍬可挖掘，干鉆不易鉆進。巖體為裂隙塊狀結構，按巖石抗壓強度及完整性綜合估算，巖體基本質量級別為Ⅴ，屬極破碎的極軟巖。

（3）中等風化石灰巖。

呈灰色、淺灰色、灰白色、灰黑色、肉紅色等，為隱晶質～微晶質結構，厚層狀構造，風化裂隙及節理發育，見白色方解石晶脈，巖質較硬，巖芯呈柱狀、短柱狀及碎塊狀，巖石組織結構部分破壞，風化裂隙發育，巖體較破碎。巖體為中厚層～薄層狀結構，按巖石抗壓強度及完整性綜合估算，巖體基本質量級別為Ⅴ，屬較破碎的軟巖。該層在局部位置有微風化夾層。

（4）微風化石灰巖。

呈灰色、淺灰色、灰白色、灰黑色等，隱晶質-微晶質結構，厚層狀構造，巖芯完整，見白色方解石晶脈。多呈長柱狀、柱狀、短柱狀，巖質堅硬。巖體為厚層狀～巨厚層狀結構，按巖石抗壓強度及完整性綜合估算，巖體基本質量級別為Ⅲ。

根據本次勘察成果，在150個鉆孔中揭露溶洞、土洞及溶蝕溝槽，其中141個孔揭露到溶洞，10個孔中揭露到土洞，參與統計鉆孔410個占鉆孔數的36.6%；基巖面起伏大，巖溶發育強烈。

某棟塔樓下的地質情況如圖1所示。

圖1 某棟塔樓下的地質情況

4 樁型比選和分析

基礎底位于粉質黏土層上，基底溶洞見洞率比較高，基礎底面至溶洞頂面有較深的粉質黏土層，微風化巖面較深。本工程為高層建筑，基礎承載力需求大。

4.1 沖孔灌注樁基礎可行性分析

沖孔灌注樁適用地下有巖溶發育，有多層溶洞、孤石等不良地質情況，沖孔樁可沖穿溶洞頂部至穩定的持力層頂面。沖孔灌注樁采用鉆刃的重鉆頭的自由落體運動形成的沖力削切巖層成孔。鉆孔樁不宜用在溶巖裂隙多、有串洞的基巖中，主要原因是施工中易造成卡鉆，鉆桿造成沿溶巖斜壁偏斜，無法樁身垂直度。地下溶洞存在貫通的現象時，進行混凝土澆筑將導致大量混凝土流失，不利于灌注樁澆筑和樁基終孔，灌注樁進行的抽芯檢測合格率難以得到保證。

結合本工程詳勘報告發現溶洞分布較多、溶洞較大，不存在串洞的現象，可采用灌注樁基礎形式，在大溶洞處進行施工時，根據具體情況采用加設鋼護筒護壁或采用拋填后復沖孔等措施保證施工順利完成[4]。

本方案的優點為適用面廣、可穿越溶洞、到達穩定的巖層、承載力有保證；缺點為需要有足夠深度的巖層、費用較高、遇到串洞時終樁困難、驗收困難。

4.2 地基處理-剛性樁地基處理可行性分析

素混凝土樁屬高黏結強度剛性樁，與樁間土、褥墊層一起形成復合地基，通過褥墊層的變形剛性樁將部分上部荷載向土深處傳遞，達到共同受力。

用剛性樁對土體進行擠密和置換，提升土體的壓縮模量、地基承載力及剛度，使整體基礎變形減小。本工程詳勘資料顯示基礎底至基巖存在較厚的粉質黏土層，素砼剛性樁適合在本工程中應用。素混凝土樁地基處理的優點為施工簡單、費用低、可靠性強，樁端為巖層，在豎向荷載作用下樁變形較小。

對本工程進行綜合經濟和可行性分析，本工程采用素混凝土樁地基處理方案，樁端持力層選擇位于強風化巖，不計入樁底部的端阻力。

本工程單樁承載力可靠，巖面較深，起伏較大，將持力層選為粉質黏土層，距離巖層留有2～5 m的安全距離，樁單樁承載力過低，樁距過密，對于開口、淺覆蓋層的溶洞可通過澆筑素混凝土進行封閉。因此，在設計過程中將樁端持力層選擇位于強風化巖。

5 監測情況

本工程2018年8月10日進行第一次監測，截至2018年8月16日，共計監測9次，各觀測點累計值均在預警值允許范圍內，沉降速率滿足《建筑變形測量規范》（JGJ 8—2016）中的沉降穩定控制指標，說明本工程采用復合地基的基礎方案具有安全性和可行性。

（1）水準基點。

按照規范要求，現場布置3個水準基點。

（2）沉降觀測點。

沉降觀測點共設6個，布置于承重柱混凝土外壁上，采用錨固式沉降測頭。

（3）測量方法及要求。

測量前對水準基點高程進行校核；測量前對儀器、測尺進行校核。

測量精度根據《建筑變形測量規范》（JGJ 8—2016）采用二級精密水準測量，視線長度≤50 m、高度≥0.3 m，采用分區水準基點控制環線法，允許閉合差（n為測站數）。

（4）測量設備。

水準儀：徠卡DNA03電子水準儀，精度為0.3 mm/km；測尺：銦瓦條碼尺（3.0 m一對）。

根據監測單位提供的數據顯示，建筑物主體結構九次沉降累計量最大為6.8 mm。截至2018年8月16日，各觀測點累計值均在預警值允許范圍內。根據監測數據計算出建筑沉降速率最大值為0.023 mm/d，滿足《建筑變形測量規范》（JGJ 8—2016）中最后100 d的沉降速率小于0.01～0.04 mm/d的沉降穩定控制指標。

各測點沉降量與時間曲線如圖2所示。

圖2 各測點沉降量與時間曲線

6 結語

對于在存在巖溶與土洞地區進行的工程設計，不能盲目采用灌注樁基礎，應根據地質情況進行綜合分析，保證到安全可靠、保護環境和節約資源。本文通過實際案例的高層塔樓基礎選型分析。

（1）基礎底位于非軟弱土層且基礎底面至溶洞頂面有較深的覆蓋層，微風化巖面較深時，采用地基處理方案。

（2）素混凝土樁處理方案的優點施工簡單、費用低、可靠性強；持力層可巖層在豎向荷載作用下，樁變形較小。

（3）素混凝土樁單樁承載力可靠，承載力高；對于開口、淺覆蓋層的溶洞可通過澆筑素混凝土進行封閉。