岩溶发育复杂地层下基础持力层及基础形式的选择

岩溶发育复杂地层下基础持力层及基础形式的选择

发表时间：2018-08-06T10:14:13.990Z 来源：《科技中国》2018年3期作者：王飞

[导读] 摘要：广西地处岩溶发育地区，特别是位于江边I级阶地地层复杂，岩溶又发育场地的基础形式的选择就尤为重要。本文通过对某一项目的工程勘察分析讨论了基础持力层及其基础形式的选择，为类似岩溶强发育、地层复杂情况的基础选型提供了一定的参考经验。

摘要：广西地处岩溶发育地区，特别是位于江边I级阶地地层复杂，岩溶又发育场地的基础形式的选择就尤为重要。本文通过对某一项目的工程勘察分析讨论了基础持力层及其基础形式的选择，为类似岩溶强发育、地层复杂情况的基础选型提供了一定的参考经验。

关键词：岩溶；桩基础；持力层；基础形式

一、前言

桂林市地处南岭山系的西南部，平均海拔约150.0米，典型岩溶地貌（喀斯特地貌）桂林市区及周边县城均以喀斯特地貌为主，喀斯特地貌形成为石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果。石灰岩的主要成分是碳酸钙（CaCO3），在有水和二氧化碳时发生化学反应生成碳酸氢钙[Ca(HCO3)2]，者可溶于水，于是空洞形成并逐步扩大。

荔浦碧桂园山河郡一期项目，地处江边荔江I级阶地，勘察资料揭露地层为填土、第四系全新统冲积之粉质黏土、细砂、卵石、圆砾、黏土，下部基岩为上泥盆统融县组灰岩组成，遇洞隙率为63.3%，线岩溶率为33.82%，岩溶属于强发育。拟建住宅建筑物高11-18层，基础的选型及持力层的选择对整个工程的工期、造价等都有着较大的影响。建筑物特征见下表：

拟建工程概况特征表表1

从上地层情况及岩土参数情况来看，微风化灰岩承载力较高，是良好的桩基础持力层，中密和稍密卵石层具备一定的持力层，埋藏较浅，可考虑作为天然基础持力层。

三、基础形式及持力层的选择

1、小高层建筑天然地基浅基础评价

主楼楼高11～18层，设一层地下室，基础假设为筏板基础，荷载均布，11层楼每层按20KPa计，基础自重20KPa；18层楼每层按20KPa计，基础自重20KPa，设基底荷载为均布，则估算基底压力值为：基底压力值Pk10=20×（11＋1）＋20=260KPa，Pk18=20×（18＋1）＋20=400KPa 设室外地面标高为156.00m，基础底面标高为151.20m，取d=4.8m，则验算如下：

①按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）5.2.4式：

a =ak＋ηbγ(b－3)＋ηdγm(d－0.5)验算

ηb=0.3,γ=18.5KN/m3，ηd=1.6,γm=19KN/m3

a =190.0＋0.3×18.5×(6－3)＋1.6×19×(4.8－0.5)

=190＋16.65＋130.7=337.37KPa

②按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）5.2.5式

a =Mbγb+Mdγmd+McCk验算

承载力系数：Mb=0.18，Md=1.73，Mc=4.17（按φk=10°查表） a =0.18×18.5×6+1.73×19×4.8+4.17×35

=19.98+157.78+145.95=323.71KPa

③按《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72－2004）A.0.1式 u =(1/2)Nrζrbγ＋Nqζqγ0d＋NcζcCk验算

极限承载力系数：Nr=1.22，Nq=2.47，Nc=8.35，ζr=0.893，ζq=1.047，ζc=1.086（按φk=10°查表），安全系数Ka=2 u =(1/2)×1.22×0.893×6×18.5＋2.47×1.047×19×4.8＋8.35×1.086×35=60.46＋235.85＋317.38=613.69KPa a =u/Ka=306.85 KPa

由以上公式估算地基承载力特征值与地基平均压力值对比如下：拟建主楼高11～18层，设一层地下室，地基平均压力Pk=260～400KPa，地基承载力特征值a(337.37KPa、323.71KPa、306.85KPa)，11层建筑地基持力层强度能满足要求，而18层建筑物不能满足要求，因此18层建筑物不可以采用天然基础，11层建筑物可考虑采用筏板基础。

2、复合地基评价：拟建建筑物多为小高层-高程，要求承载力较高，且卵石底部普遍存在一层软塑状黏土，处理深度需达到岩面，不易穿越卵石层，施工较困难，且该场地内岩溶强发育，采用复合地基底部岩溶稳定性不易保证，故建议不采用复合地基。

3、小高层、高层建筑：荷载较大，建议采用桩基础，可穿越溶洞，以微风化灰岩⑤-3作为桩端持力层，成孔方法建议采用冲孔成孔。桩基施工完成后，需按国家现行相关规范进行桩基检测。

4、桩基础类型及技术经济分析比选

（1）人工挖孔桩：优点是清底干净，经济，可充分利用岩层承载力，可群桩同时施工，施工时间周期短，施工过程直观，工程质量易检查、监控。缺点是受地下水影响较大，人工爆破对周边建筑环境影响较大，且入岩难度较大，有塌孔、侧壁失稳等安全隐患。由于本场地土层存在有杂填土、细砂、卵石，且场地岩溶强烈发育，地下水埋藏较浅，采用该桩型施工难度较大，不适宜该场地。且按广西住建厅文件严格限制人工挖孔桩使用范围,该场地不符合适用条件，应严禁使用人工挖孔桩。

（2）静压沉桩：优点是制作方便、成桩速度快、桩身质量易于控制、承载力高，且不受地下水下影响，不存在泥浆排放问题；缺点是：存在挤土效应，难以穿越沙土、卵石等，静压机对场地要求较高、桩抗剪能力较差、不能嵌岩、垂直度不好控制等。场地岩溶强烈发育，存在大量溶沟槽、鹰嘴、虎面等，易造成桩位偏移，掉桩、滑桩，影响成桩效果，施工质量难以保证，不适宜该场地。

（3）钻（冲）孔灌注桩：不受场地地质条件限制，可以根据上部荷载、结构要求而选择不同的桩径和桩端持力层，较易达到设计深度。缺点是排污问题突出，施工现场文明程度差，如施工过程中漏浆，将改变地下水动力条件，诱发地面塌陷，机械振动也可诱发地面塌陷，同时钻孔底的沉渣厚度问题直接影响桩的承载力。由于场地地形开阔，周边没有建筑，但是细砂、卵石层不稳定，在地下水作用下，引发钻孔坍塌，但可以采用泥浆护壁、或者利用粉质粘土自造浆稳定孔壁，采用该桩型是适宜的，可选择较完整灰岩⑤-3层作为桩端持力层，大面积施工前应进行试（冲）钻。

四、总结与分析

通过16#楼（11层）的剖面可以看出，底部溶洞强发育，通过计算可知其可采用筏板基础，其底部有一定厚度的卵石层作为持力层，应力扩散后，底部溶洞顶板受力很小，从施工周期及经济造价来讲，此时选择筏板基础而不选择桩基础就更为合理。15#楼（18层），通过计算得知，其不可采用天然浅基础，通过分析只能采用桩基础。综上，不是岩溶强发育就一定要选择桩基础，而应结合建筑物的荷载、持力层情况具体而定。

在岩溶强发育复杂地层所进行的勘察，往往不能过于单一，这时如果能结合有限元法、物探法等综合手段查明地层情况，溶洞发育范围及大小，并结合计算机模拟地基基础形式进行计算，对设计人员来讲就更容易选择出正确的持力层及基础形式，为整个工程节省造价及工期。

参考文献：

[1] 《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008.北京.中国建筑工业出版社，2008

[2] 《荔浦碧桂园山河郡一期岩土工程勘察报告》.核工业桂林工程勘察院，2016

[3] 《广西壮族自治区岩土工程勘察规范》（DBJ/T45-002—2011）

[4] 陈洪江.工程地质与地基基础[M].武汉.武汉理工大学出版社，2011

[5] 黄伯瑜.岩溶地基稳定性评价与工程处理[J].勘察科学技术，2008（3）

[6] 张雁，刘金波等.桩基手册[M].北京.中国建筑工业出版社，2009

[7] 工程地质手册编委会.《工程地质手册》.北京.中国建筑工业出版社，2009

[8] 闫明礼主编.地基处理技术.中国环境科学出版社，1996