復(fù)雜巖溶場(chǎng)地基礎(chǔ)選型和地基處理研究

潘文健

（中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州貴陽(yáng) 550000）

0 前言

巖溶主要是一些可溶性巖石遭到水的化學(xué)溶蝕造成的。在基巖內(nèi)，若存在溶洞，再加上振動(dòng)作用，會(huì)導(dǎo)致地基塌陷，進(jìn)而嚴(yán)重影響建筑物的正常使用。現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)巖溶地區(qū)民用建筑的地基處理已經(jīng)有了一定的經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)于工業(yè)建筑的基地處理還需要進(jìn)行深層次的探究。巖溶地基可以通過(guò)填充、排導(dǎo)、跨越、壓漿以及灌注等多種方式進(jìn)行處理，但隨著相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，巖溶地基處理的方法也得到不斷優(yōu)化，從而提升經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。

1 復(fù)雜巖溶場(chǎng)地基礎(chǔ)選型

在確定基礎(chǔ)型式的過(guò)程中，不僅要考慮受力和變形的影響，還需盡量避免影響周?chē)沫h(huán)境。加強(qiáng)對(duì)周?chē)欣蛩氐睦茫阌谑┕さ倪M(jìn)行，并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)節(jié)約等。

1.1 淺基礎(chǔ)

在復(fù)雜巖溶場(chǎng)地，若選擇天然地基的淺基礎(chǔ)，要考慮地表是否存在塌陷的情況，并認(rèn)真觀察臥土層中是否存在裂隙。一旦發(fā)現(xiàn)地基周?chē)嬖诘乇硭莸那闆r，或者發(fā)現(xiàn)有土洞，要及時(shí)改進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案，并及時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)處理工作。在《貴州建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確指出，巖溶場(chǎng)地如存在淺層溶洞成群分布，并且缺乏穩(wěn)定性、存在土洞、巖溶水不能順利排泄等情況，沒(méi)有經(jīng)過(guò)相關(guān)處理，不能直接作為建筑物地基。一般情況下，如果建筑的層數(shù)較少或者荷載較小，第一選擇基本都是天然地基上的淺基礎(chǔ)，若發(fā)現(xiàn)存在部分地質(zhì)問(wèn)題，要及時(shí)結(jié)合地基處理措施進(jìn)行解決。

1.2 樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)有很多不同的型式，但受到施工技術(shù)的限制，以及相關(guān)設(shè)備的影響，在巖溶地區(qū)經(jīng)常使用的是人工鉆孔灌注樁基礎(chǔ)和預(yù)制樁基礎(chǔ)等。在施工過(guò)程中，如果采取靜壓法，那么在完成沉樁之后就能直觀地看到單樁的承載力。同時(shí)，在巖溶地區(qū)部分土質(zhì)較差，不能很好約束樁端，也會(huì)降低樁的耐久力，尤其是地震區(qū)域更需要注意。除此之外，在采用預(yù)制樁時(shí)，還需要考慮沉樁對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，大量實(shí)踐過(guò)程中都受到這方面的影響。例如，在某工程中計(jì)劃采用靜壓預(yù)制樁，但在實(shí)際施工過(guò)程中由于沉樁的擠土效應(yīng)對(duì)周?chē)h(huán)境造成不良影響，導(dǎo)致預(yù)制樁施工被終止。

1.2.1 人工挖孔灌注樁基礎(chǔ)

人工挖孔灌注樁質(zhì)量具有較強(qiáng)的可靠性，并且承載力較好。但在實(shí)際施工過(guò)程中，要充分考慮施工安全，若巖面不夠平整，不僅比較難以操作，也嚴(yán)重威脅施工人員的人身安全。在巖溶地區(qū)采取人工挖孔樁施工作業(yè)，一般情況下都需要抽水，但是如果周?chē)嬖诮ㄖ坏┏樗畬?dǎo)致不均勻沉降，會(huì)直接影響周?chē)ㄖ陌踩瑢?dǎo)致其出現(xiàn)傾斜等問(wèn)題[2]。因此，部分地區(qū)對(duì)采用人工挖孔樁的方式進(jìn)行限制，現(xiàn)在已經(jīng)很少用到這種方式，如圖1 所示。

圖1 人工挖孔樁基本施工方案

1.2.2 鉆孔灌注樁基礎(chǔ)

在巖溶地區(qū)，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)應(yīng)用比較廣泛。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中需要考慮荷載的影響，因?yàn)楹奢d越大，就需要對(duì)應(yīng)越大的樁徑，對(duì)樁底巖層的厚度也有更高的要求。在當(dāng)前的地質(zhì)勘察過(guò)程中，由于技術(shù)沒(méi)有那么成熟，導(dǎo)致溶洞的大小情況不能得到準(zhǔn)確的勘察，使施工過(guò)程中需要盲目破巖。另外，在局部進(jìn)行沖擊成孔的過(guò)程中，還會(huì)影響周?chē)延薪ㄖ?/p>

1.2.3 其他型式的樁基礎(chǔ)

上述兩種灌注樁均為大直徑樁，對(duì)巖層的完整厚度有較大的要求，所以一般需要進(jìn)行破巖施工。而采取小直徑樁則不需要這一環(huán)節(jié)，并且其樁間土具有一定的承載力，最有可能形成復(fù)合地基。因此，在巖溶地區(qū)比較適合采取小直徑灌注樁。在之前很長(zhǎng)一段時(shí)間，巖溶地區(qū)采取的都是套管成孔灌注樁，但這種基礎(chǔ)樁不僅承載力較低，對(duì)環(huán)境有較大的破壞，而且不能保障成樁質(zhì)量，還有較為嚴(yán)重的擠土效應(yīng)，所以已經(jīng)很少應(yīng)用在城區(qū)。

1.3 復(fù)合地基

當(dāng)前面幾種方案都不太理想時(shí)，則可采用復(fù)合地基，復(fù)合地基在巖溶地區(qū)基礎(chǔ)工程中應(yīng)得到普遍的應(yīng)用，因?yàn)槠洳粌H能夠有效克服天然地基承載體不足的問(wèn)題，施工工藝也比較簡(jiǎn)單，施工設(shè)備便于操作，避免樁基礎(chǔ)施工中的各種問(wèn)題。在采用復(fù)合地基的過(guò)程中，要保障設(shè)計(jì)的合理性，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，盡量避免影響環(huán)境，并最大限度減少資源浪費(fèi)。

2 地基處理

石灰?guī)r地區(qū)某商住樓高28.5m，一共9 層，基巖上面覆蓋有素填土和可塑黏土，巖面最大埋深為18.5m。共設(shè)置12 個(gè)鉆孔，其中有9 個(gè)在鉆孔深度內(nèi)有溶洞，呈豎向串連狀分布，最多甚至有6 個(gè)溶洞相連。同時(shí)，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查，發(fā)現(xiàn)該建筑存在不均勻沉降的可能。另外，在100m 處，有一場(chǎng)地施壓預(yù)制樁時(shí)造成嚴(yán)重的地面下陷。通過(guò)這些情況，可以明顯看出擬建房屋場(chǎng)地具有較為復(fù)雜的地基條件。

2.1 復(fù)合地基處理

2.1.1 制定基礎(chǔ)方案

由于該房屋采取的是天然地基上的淺基礎(chǔ)，所以地基承載力較低，而要想獲得較大的地基承載力，需要接近進(jìn)行大開(kāi)挖，但是周邊的實(shí)際情況不能支持這樣操作。如果采用樁基礎(chǔ)，比較合理的是鉆樁，但這種樁基礎(chǔ)不能有效控制施工工期，所以業(yè)主不同意。因此，根據(jù)樓房占地面積判斷，可以采取旋噴法，其樁端能實(shí)現(xiàn)與基巖的合理結(jié)合，同時(shí)樁身也能夠咬合周邊的土體。通過(guò)相關(guān)的分析，并結(jié)合業(yè)主意見(jiàn)，最終確定選擇該方法來(lái)加固地基，使用復(fù)合地基支承擴(kuò)展基礎(chǔ)。

2.1.2 承載力的確定

《山地建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》要求復(fù)合地基承載力需要經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，但設(shè)計(jì)需要選知道地基承載力。因此本案例首先根據(jù)基礎(chǔ)方案判斷加固后的地基是否達(dá)到相應(yīng)的強(qiáng)度指標(biāo)，再進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，若復(fù)合地基的實(shí)際強(qiáng)度達(dá)不到期望值，則繼續(xù)調(diào)整基礎(chǔ)方案。在確定基礎(chǔ)方案的過(guò)程中要注意以下幾點(diǎn)：①樁徑、單樁承載力以及樁長(zhǎng)等取值時(shí)，不僅要考慮具體的施工工藝，也要結(jié)合實(shí)際場(chǎng)地條件；②面積置換率的大小要合適，不能太大或者太小；③在取值的過(guò)程中，對(duì)于變化較大的參數(shù)應(yīng)認(rèn)真進(jìn)行評(píng)估，若樁間土承載力折減系數(shù)沒(méi)有相應(yīng)經(jīng)驗(yàn)，那么取值時(shí)應(yīng)結(jié)合變形的相關(guān)要求；④為了有效防止發(fā)生不均勻沉降，應(yīng)盡量減少各基底之間的壓力差[3]；⑤受土體的影響，在進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)輕度的沉降，但只是短時(shí)間內(nèi)；⑥在檢驗(yàn)復(fù)合地基承載力的過(guò)程中，要確保承壓板可以覆蓋兩條樁。

2.1.3 施工注意事項(xiàng)

首先要提前校準(zhǔn)壓力計(jì)，為了保障噴射壓力，要盡量縮短高壓膠管的長(zhǎng)度。在成樁過(guò)程中，避免出現(xiàn)中斷的情況，影響樁身的順直。其次，施工現(xiàn)場(chǎng)安排專(zhuān)門(mén)存放置換泥漿的地方。同時(shí)要注意觀察冒漿的情況，出現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)處理。最后對(duì)于難以保障質(zhì)量的部分，要有針對(duì)性地增加噴射次數(shù)。

2.1.4 特殊問(wèn)題的處理

根據(jù)地質(zhì)資料，大部分樁應(yīng)在10m 的深度到巖，但實(shí)際試噴的過(guò)程中，僅第一條樁的長(zhǎng)度已經(jīng)超過(guò)17m，這體現(xiàn)出地質(zhì)資料與實(shí)際情況存在一定偏差。根據(jù)地質(zhì)資料的數(shù)據(jù)，樁側(cè)摩擦力可以達(dá)到400kN 以上，若采用旋噴法加固地基，那么一些樁一定會(huì)落在巖面上。因此，為了節(jié)約資源，并防止發(fā)生不均勻沉降，經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算后采取部分樁到巖，另外一部分樁不到巖，但滿足設(shè)計(jì)要求的有效樁長(zhǎng)的方法。經(jīng)過(guò)實(shí)踐證明具有良好的效果，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)加固后的地基承載力都在350kPa 以上，單樁的承載力也符合要求，并且經(jīng)過(guò)開(kāi)挖，發(fā)現(xiàn)樁身外觀質(zhì)量也比較好[4]。目前改樓竣工已經(jīng)7 年多，還沒(méi)有發(fā)生關(guān)于沉降的問(wèn)題。

2.2 剛性樁復(fù)合地基

某住宅小區(qū)共有兩棟組成，其中A 棟16 層，B 棟12 層，都屬于配有地下室的高層建筑。該小區(qū)附近有多層民宅，地質(zhì)條件基本和上述案例相同。

2.2.1 制定基礎(chǔ)方案

根據(jù)業(yè)主意見(jiàn)和地質(zhì)資料，采用復(fù)合地基。并根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況、施工可行性以及地質(zhì)情況決定采用CFG 樁復(fù)合地基。根據(jù)上部荷載，并結(jié)合地質(zhì)資料，計(jì)算出樁徑為400mm，有效樁長(zhǎng)為10~25m，樁間距為1.4m，復(fù)合地基承載力為350kPa。目前該小區(qū)將要完工，還未發(fā)生沉降問(wèn)題。

2.2.2 施工注意事項(xiàng)

雖然整體施工比較順利，但也有一些問(wèn)題需要注意：①應(yīng)盡量保障地質(zhì)勘察資料的準(zhǔn)確性，要仔細(xì)探查是否存在防空洞或者土洞等不良因素；②在巖溶場(chǎng)地，一些范圍內(nèi)土質(zhì)較差，所以應(yīng)盡量將剛性樁設(shè)計(jì)成摩擦樁。同時(shí)，由于長(zhǎng)螺旋接觸到巖石就需要收樁，不能期望理想的端承力[5]；③剛性樁的長(zhǎng)度最好在10~20m 之間，若超過(guò)這個(gè)長(zhǎng)度則難以掌握，也浪費(fèi)資源，短于這個(gè)長(zhǎng)度則承載力有限；④應(yīng)提前制定遇到不良地質(zhì)情況的措施，否則在遇到較為堅(jiān)硬的土層時(shí)，難以進(jìn)行長(zhǎng)螺旋施工。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，各種基礎(chǔ)型式都有其優(yōu)缺點(diǎn)，不同的地基處理方式也有不同的適用范圍，在進(jìn)行復(fù)雜巖溶場(chǎng)地基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要充分考慮各方面因素的影響，并進(jìn)行大量的分析和比較，最終才能制定最佳的解決方案。