建筑場地分布不良年度考核地質作用地基處理和基礎方案選擇

蔡吉明

福建省第八地質大隊

1 工程概況

項目位于龍巖市長汀縣寶珠路南側、汀州人家西側、國賓府北側，共21 幢，總建筑面積104284.79m2，框架結構，層數7～8F，興建地下室一層，地下室高度約5.00m，地下室建筑面積24950m2，本次勘察共布置鉆孔198 個，勘察工作于2019 年8 月完成。

2 巖土層分布和特點

各巖土層分布和特點從上之下依次論述。

（1）雜填土①：顏色大多是灰黑或者灰黃色，有一定的含水率，比較松散，黏性土是主要組成成分，含20%～40%的卵石、磚、碎塊等硬雜質，硬雜質粒徑10mm～100mm。據調查，堆填時間約10 年，填土來源主要是場地和周邊拆除廢棄或者老舊的房屋導致，沒有進行分層碾壓。層厚0.50m～3.30m。

（2）粉質黏土②：黃色，可塑狀態，濕。濕土干強度為中等水平、韌性也處于中等水平、不存在搖震反應，并且含有較低比例的砂粒。部分區域底層有中砂存在。層厚0.50m～2.50m。

（3）圓礫③：灰黃色，松散—稍密狀態，飽和，圓礫、卵石含量50%～60%，粒徑一般10mm～100mm，成分主要為細砂巖、石英砂巖、石英砂礫巖等，多呈中等風化狀態，顆粒間隙中充填中粗、細砂粒及少量泥質，部分地段相變為卵石或礫砂層。層厚0.70m～8.40m。

（4）含圓礫粉質黏土④：顏色是黃色，有一定濕度，可塑。圓礫占到25到30個百分點，粒徑通常在10mm～20mm之間，主要包括細砂巖、石英砂巖等成分，多呈強風化狀態，含少量卵石，粒徑一般為30mm～80mm。層厚0.60m～9.70m。

（5）含角礫粉質黏土⑤：顏色大多是灰黑色，有一定濕度，軟塑。角礫占比在25到35個百分點間，粒徑通常在5mm～15mm左右，主要包括石灰巖、硅質巖等物質，還包括一些碎石，有明顯棱角，嚴重風化，土質硬度較小。層厚0.40m～14.70m。

（6）土洞充填物⑥1：灰黑色，流塑狀態，角礫含量約25%左右，粒徑通常在5mm～10mm 之間，角礫呈現為不勻稱分布狀態，一些區域包括有較小比例的碎石，土質特別軟，巖芯獲取率有限，物理力學性質很差。鉆進時進尺較快或在鉆具自重下自動下沉或稍加壓可下沉，該層分布場地局部地段。

（7）碎塊狀強風化炭質泥巖⑦：灰黑色，薄層-中厚層狀，泥質膠結，結構大部分破壞，礦物成分顯著變化，部分礦物已風化成土狀，風化裂隙發育。巖石破碎，巖塊錘擊可碎，巖芯多呈碎塊狀。揭露厚度2.20m～26.82m。

（8）破碎灰巖⑧：巖石多呈中風化狀態，灰黑、深灰色，中厚層狀，裂隙極發育，巖芯以塊狀、碎塊狀為主，少數呈柱狀。巖溶發育，斷續見有蜂窩狀溶蝕、溶蝕凹槽、溶蝕裂隙等，部分鉆孔揭露有溶洞，溶洞發育段局部可能發育臨空面。層厚為5.00m～19.00m。

充填溶洞：溶洞充填物呈灰黑色，多呈軟塑狀態，部分呈可塑狀態，以黏性土為主，角礫含量25%～35%不等，并含少量碎石，角礫粒徑5mm～15mm居多，成分均為硅質巖、石灰巖等，鉆進時進尺較快，有漏水現象，溶洞分布和特征見附表10。

（9）中風化石灰巖⑨：為深灰色或者灰色，裂隙發育，巖石通常比較完整，巖芯大多呈現為柱狀，一些呈現為碎塊形狀，部分區域存在蜂窩形狀的溶蝕或者溶蝕裂隙。揭露厚度5.10m～11.02m。

3 場地水文地質條件

（1）地表水。勘察期間場地內未發現泉水等地下水露頭。場地東側距汀江河最近距離約85m，勘察期間河水位高程約302.10m，流向由北往南。場地地下水與河水有互補關系，受降水的影響，隨河水的漲落或水庫蓄水而變化，地表水對工程建設有較大的影響。

（2）地下水。①地下水類型及埋藏條件。本場上部地下水為第四系潛水—孔隙水，主要含水層為圓礫③，屬強透水層，富水性強，部分具有承壓性。地下水主要受大氣降水滲入補給和地表水補給。勘查過程中在鉆孔中測量的地下水的初始水位深度在1.3m～2.5m 左右，穩定性水位深度處于1.3m～2.7m 之間，穩定水位的標準高位在300.5m～302m 之間。根據地形、地貌和鄰近河流洪水位的調查資料，預估該場地地下水年變化幅度2.50m左右。下部為承壓水—巖溶水，賦存于石灰巖充填溶洞、裂隙、溶蝕裂隙，溶蝕溝槽中，具有承壓性，富水性較強，屬強透水層，主要受地下側向徑流補給，其次為上部含水層的越流補給和地表水補給，第四系孔隙水和巖溶裂隙水具有一定水力聯系。本次勘察選擇具有代表性的鉆孔雙層套管隔水分層觀測巖溶裂隙水位，經觀測的巖溶地下水水位埋深為5.30m～7.60m，水位標高為297.50,～299.00m。據場地缺乏地下水長期監測的觀測資料，預估年變化幅度在1.50m左右。據調查東側汀江河50年一遇洪水位標高約305m，近3～5年歷史最高水位標高為約303.00m。②地下水補給、徑流、排泄條件。地下水的補給、徑流、排泄條件主要受地形因素影響。地下水補給來源主要為大氣降水、地表水和區域地下水的側向或垂向補給；地下水徑流方向主要受地形因素控制，根據鉆孔水位觀測，總體由北往南方向徑流。地下水與河水有直接的水力聯系，水量、水位主要受大氣降水及地表水、河水位的高低的影響呈較大的幅度升降。場地水文地質條件復雜程度類別為復雜。

4 場地不良地質作用

本場地內及其附近無新近形成的活動斷裂構造通過，為地質構造穩定地塊。場地及周圍未發現滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、地面塌陷、地裂縫等不良地質現象和地質災害，但場地屬覆蓋型巖溶區，據調查，屬巖溶地面塌陷易發區，本次勘察鉆孔中揭露有土洞、溶洞的分布。場地屬覆蓋型巖溶區，鉆孔揭露的第四系覆蓋層厚度3.50m～25.00m，下端基巖是中風化石灰巖，基巖面具有很大程度的起伏，這次勘查過程中在一些鉆孔內發現了石灰巖溶洞，溶洞皆被粉質黏土填充，充填物多呈軟塑狀態，部分呈可塑狀態。本次勘察在鉆孔中揭露有土洞等不良地質體，土洞大多出現在覆土層和基巖相連的位置，平面上呈現為不規則形狀，洞中大多充滿黏性土，土質極松軟，工程性能差，且土洞有進一步發展的趨勢。通過鉆孔發現的溶洞在孔總數中占到25個百分點，溶洞皆有填充，填充率高達百分之百，溶洞埋深一般較小（小于30m），巖溶按埋藏條件分類屬淺覆蓋型。

5 場地不良地質作用處理建議

（1）溶洞的成因及其發展趨勢及處理措施建議。石灰巖、石膏、白云巖屬可溶巖，是場地巖溶發育的內因，氣候、地貌、水文、地質構造等是巖溶發育的外因。這種類型的巖石若受包括有碳酸鈣成分的流水沖刷便會逐步被溶蝕，受沉積或者其他化學要素的影響，便會產生多元化的巖溶現象，出現概率較高的比如鐘乳石、石溝、裂隙、溶洞等。城區周邊水系比較發達，排泄環境、地下水供給、徑流、地表水，是構成巖溶現象不可缺少的要素。通常狀況下，若大規模可溶性巖石周邊具有較多的流水水體，其便會溶蝕巖石，讓可溶型巖石區域的孔隙持續增大，讓其持續擴張、增多，時間長了，便產生了暗河、溶洞等多種類型的巖溶區域。溶洞的產生是水對碳酸鹽巖侵蝕、重力坍塌、水的搬運等多種因素一同影響的結果。溶蝕作用是水中微弱的碳酸與碳酸鈣在一定的溫度和壓力條件下產生化學反應，形成溶解于水中的鈣離子和重碳酸根。此反應是可逆的，其條件就是溫度和壓力。侵蝕作用是水流動產生的機械能對巖石的破壞作用。石灰巖溶洞充填物大部分呈軟塑狀態，充填物工程性能差，土的組成及其性質、巖溶的存在對地基的穩定性有一定的影響，溶洞的存在是產生地面塌陷的主要原因，而地面塌陷影響場地和地基的穩定性和建筑物的安全使用，溶洞加固處理可考慮采用注漿等方法進行加固處理，施工過程中若出現漿液消耗量大或出現漏漿，可結合當地類似工程施工經驗配合填充粉煤灰、重鈣粉、碎石、砂，采用間歇性灌漿等方法進行處理，必要時漿液中可摻入適量水玻璃，起到堵塞與處理溶洞相通的裂隙、溶蝕裂隙等巖溶通道，因為巖溶地下水具有十分顯著的富水性，漿液較易出現流失問題，處置該問題需耗費諸多資金。

（2）土洞的成因及其發展趨勢及處理措施建議。本場地巖溶地下水位變化依舊對土層有侵蝕影響，土洞呈現出不斷增大的態勢。另外，項目活動會讓地下水的動力環境產生變化，還會致使土洞繼續擴展。為此，對土洞進行妥善處置能夠清除地基不穩固的風險，保證建筑場所的牢固。依據土洞填充填物的屬性與狀況，通常運用高壓注漿的方式處置地基。可以依據地質狀況確定恰當的旋噴間隔距離，旋噴處理主要發揮兩個方面的功能：①對土洞加以充填并增固，與土洞中的松軟物質進行替換；②打造復合地基，提升土洞填充物與基礎持力層的負載水平。使用這種方法對土洞進行增固時，因為巖溶地下水具有十分顯著的富水性，漿液容易出現流失狀況，解決該問題需花費諸多資金，為此本人認為可運用間歇性作業等舉措，有必要的狀況下可在漿液中添加水玻璃等提高凝結效果的物質，將滲漏部位堵住。依本地區的建筑工程經驗，擬建建筑物區域內分布有土洞、溶洞、軟弱土層等，部分地段淺層溶洞成群分布，洞徑大、洞高不穩定，溶洞充填物為軟弱土體，存在形成土洞條件，多屬巖溶強發育地段，采用天然地基淺基礎時應采取相應的地基加固處理措施，或采用樁基礎，選用具有一定厚度、無溶洞發育的石灰巖作樁端持力層，運用樁基礎成樁的過程中可以對土洞進行充填，避免土洞坍塌的繼續惡化，避免地面巖溶塌陷問題的發生，這樣能夠在很大程度上降低軟弱土層、巖溶現象對地基穩固性產生的不良影響，清除地基不穩定的隱患，確保建筑場地和地基的穩定。

6 建筑物地基基礎方案建議

（1）地基處理筏板基礎方案。基坑開挖至設計基底標高后，基底地層為圓礫，由于持力層之下分布有土洞、溶洞、軟弱土層等不良地質體，多屬巖溶強發育地段，采用天然地基淺基礎時預測相鄰柱基沉降差或沉降量較大，應采取相應的地基增固舉措，以提升土層的負載水平，利用處置之后的復合地基筏板基礎擔負上端架構的負載。依據場地巖土項目地質狀況，基于本區域比較成功的地基處置方式，可運用高壓注漿的方式提升地基的穩固性水平，作業過程中或許給周圍環境造成一些影響，比如作業過程中出現的噪聲等，會給周圍環境造成影響。地基處理作業過程中，應當及時監控邊坡土體、周邊構筑物等，便于第一時間發現問題，可做到及時發現，及時解決。地基處置應當依據有關設計進行，且檢驗復合地基的穩固程度，達到設計標準后才能夠繼續作業。

（2）樁基礎方案。各擬建建筑物區域內分布有土洞、溶洞、軟弱土層等，部分地段淺層溶洞成群分布，洞徑大、洞高不穩定，溶洞充填物為軟弱土體，存在形成土洞條件，多屬巖溶強發育地段，采用天然地基淺基礎時應采取相應的地基加固處理措施，采用沖（鉆、旋挖）孔灌注樁基礎，可極大地減小或消除溶洞及巖溶現象、土洞、軟弱土層對地基穩定性的影響。因此，建議采用鉆（沖、旋挖）孔灌注樁基礎，選用具有一定厚度、無溶洞發育的中風化石灰巖⑧作樁端持力層，因巖面起伏大，建議樁端全斷面進入無巖溶發育的完整中風化石灰巖⑧不少于一倍樁徑；樁徑宜大于800mm，樁長預計20m～25m，具體樁長及樁徑宜按場地地層分布情況通過設計計算確定。

7 結語

本文主要對巖溶地區巖土工程勘察需要注意的溶洞、土洞問題進行了分析，分析首先介紹了巖溶地區的形成原理，闡述巖溶地區形成特征上，同時提出了相關的應對處理方法。通過本文分析，建設單位、設計單位根據場地工程地質條件，進行技術經濟比較后，確定擬建建筑物的地基基礎方案。