溶洞地区的基础设计探讨

建筑•节能LOW CARBON WORLD 2017/12溶洞地区的基础设计採讨

戴朋森(广东省建筑设计研宄院，广东广州510010)

【摘要】本文通过概念设计入手，根据不同项目特点及地质情况，探讨溶洞地区的建筑基础设计原则，以笔者负责的几个项目为案例，阐明如何采用不同的基础形式适合不同项目需求。

【关键词】溶洞地区;土洞；基础设计;管桩;灌注桩;施工

【中图分类号】TU47 【文献标识码】A【文章编号】2095-2066( 2017 )36-0190-02

1溶洞地区基础设计原则

溶洞地区主要集中在两广地区以及西南地区，特指地下

水和地表水对可溶性岩石的破坏和改造作用及其形成的水文

现象和地貌现象。溶洞地区溶洞及土洞塌陷对于建筑物基础

的承栽力及穗定性有着严重影响，溶洞地区的建筑基础选型

及设计应遵循一定的基本原则。

溶洞地区的基础设计选型，应根据工程地质情况、结构荷

栽、施工缓急程度、施工可行性以及投资控制等因素来综合确

定。溶洞地区的基础设计基本采用两个方案：①避让溶洞。建

筑及基础在平面上避让溶洞往往是不现实，通常在竖向上避

让溶洞，即是尽量不采用有溶洞岩层作为基础持力层，采用溶

洞上覆较好土层作为持力层，或经处理后承栽力较高的土层

作为基础持力层，同时采用施工勘探技术，确保溶洞上方预留

足够厚度的上覆土层，保证基础穗定及安全。②穿越溶洞。采用嵌岩灌注桩时，灌注桩桩底应保证具有足够厚度的完整岩层，而溶洞地区岩层表面通常不规则布置着大小不一的溶洞，此时灌注桩必须穿越溶洞到达较完整及穗定的岩层作为桩底持力层。穿越溶洞通常采用冲（钻）孔灌注桩或是沉孔灌注桩施工，当桩长较小，桩侧土层较好时也可适当采用人工挖孔桩。2溶洞地区基础选型分析

根据溶洞地区基础设计基本原则，溶洞地区的基础形式一般采用天然地基及复合地基、预应力管桩基础、嵌岩灌注桩等建筑基础。以上三种基础形式各具优点，但也有其局限性或缺点。天然地基具有经济性好、适用性强、施工方便快捷等优点。预应力管桩基础具有施工速度快、经济性好等优点。嵌岩灌注桩具有承栽力高、沉降小等优点。下面对以上基础形式作基本介绍及分析。

2.1天然地基及复合地基

基础选型的基本原则是优先采用浅层地基，避免扰动岩层中溶洞，可有效的减少工程投资及建设周期。当建筑层数较低，荷栽较小，可优先采用天然地基，基础形式有独立基础、条形基础及筏板基础，可根据具体荷栽及工程地质进行择优选择。当建筑高层建筑时可采用天然地基筏板基础，筏板基础具有整体性好、适用性强、施工方便等特点，普遍适用于多高层建筑，对存在抗浮问题的纯地下室及裙楼，可以采用筏板基础加设抗拔锚杆来解决抗浮问题。

对于溶洞地区普遍存在浅层土层为素填土、淤泥或淤泥质土的情况，可以采用刚性桩或亚刚性桩进行地基处理，刚性桩及亚刚性桩（图1)的组合应用可有效的调整复合地基刚度，保证塔楼、裙楼及纯地下室地基的均匀变形。如柳州市某城中村改造住宅小区，溶洞地区，抗浮水位较低，塔楼区域建筑楼层高，荷栽重，采用嵌岩灌注桩基础，裙楼及纯地下室区域采用天然地基筏板基础，基础类型不但满足项目要求，塔楼与纯地下室的不同基础形式亦满足地基刚度调平的设计原则。

部分溶洞地区的溶洞上覆土层存在土洞，在设计过程中应加以注意，基础施工前应采取有效措施保证地基的穗定性，勘探方法可根据土洞出现的密度确定施工钎探的措施。当土洞埋置较浅时，可采用开挖换填或强夯压塌土洞进行处理，当土层埋置较深时，可根据对地基的影响程度采用灌砂或灌浆处理。

2.2预应力管粧基础

当建筑荷栽较大或者浅层土层承栽力低，浅层地基无法满足结构荷栽要求时，可优先考虑采用预应力管桩，预应力管桩为标准化生产，质量可靠度高，施工速度快且造价相对低廉，是高层建筑优先采用的基础形式。采用预应力管桩基础，宜采用摩擦性桩或端承摩擦性桩，桩端持力层宜为粘性土层，避免桩端支承于存在溶洞的岩层之上。当岩层之上存在较深的淤泥、淤泥质土，或者粘性土或砂土层较薄甚至可能不存在时，可选择全风化或强风化岩层作为管桩持力层，并注意管桩桩靴的选用，为更好的控制管桩的施工质量，宜设置一定数量施工超前钻。

溶洞地区基础施工应避免扰动溶洞及土洞，管桩施打方式宜为静栽压入，并在施工完毕后重视基桩的质量及承栽力检验。如肇庆市某体育中心项目，溶洞地区，浅层土层为10~30m 厚的淤泥质土，基础形式为预应力管桩基础，预应力管桩持力

层为强风化层，混凝土结构于2016年11月封顶，采用预应力管桩基础不但节省了工程造价，而且快捷的施工速度确保混凝土结构封顶曰期提前一个月，创造了巨大的社会及经济价值。

溶洞地区采用预应力管桩时，应特别注意溶洞基岩上覆土层是否存在透水性良好的砂层。存在透水性良好的砂层时，当无本地区采用预应力管桩的工程经验时，应谨慎采用或者减小管桩的设计承栽力，并应重视孔隙水压力及密实砂层在施工阶段对管桩承栽力的影响，尽量提高管桩终压值，保证孔隙水压力及密实砂层消散后管桩承栽力满足设计要求。

对于存在抗浮要求的纯地下室及裙楼、预应力管桩能更高效的提供抗拔摩擦力，如表1和图2,广州某机场项目，溶洞发育地区，部分区域基岩上方普遍存在较厚的透水性良好的中砂层，主体结构采用嵌岩灌注桩，地下室管沟区域采用预应力管桩进行抗浮，预应力管桩持力层为中粗砂、砾砂层，采

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用预应力管桩进行抗浮不但节省了工程造价，也加快了基础 工程进度，创造了良好的效益。

表1预应力管桩与灌注桩经济性对比

桩型承载力（kN

)

施工速度单价(元/m

)

预应力管桩2000(D

500)

7~8根（台班）200

冲（钻）孔灌注桩

12000(D 1400)

2天~2个月

2000~2500( D

1400)

当建筑荷栽大、无有效土层作为预应力管桩的桩端持力 层，可采用嵌岩灌注桩基础，嵌岩灌注桩承栽力高，沉降小，穗 定性好，但造价较高，施工速度慢。大型公共建筑，结构柱距往 往较大，柱底轴力很大，例如广州某机场项目，溶洞发育地质，

柱距18

m x l 8m ，宽扁梁结构，层数为3~5层，柱顶支撑钢结构 屋盖，柱底最大轴力达到7万kN 。如果采用预应力管桩，桩数

多，承台平面尺寸及厚度非常大，而灌注桩却能非常适用此类 结构。为充分利用灌注桩的混凝土抗压强度，灌注桩通常采用 嵌岩桩，柱下桩数少、桩承栽力大，所以需要特别注意灌注桩 设计参数（螺旋钢筋加密区等）、施工质量（施工勘探、穿越溶 洞技术、水下混凝土浇筑等）、检测检验（静栽，抽芯、超声波、 大小应变）以及沉降观测。

溶洞发育强烈的地区经常存在串珠式溶洞或是溶洞埋深 较深，根据规范要求，灌注桩底必须保证一定深度的完整岩 层，造成灌注桩进入持力层深度较大，大大增加施工难度。为 减少冲桩工程量并加快施工进度，通过理论计算及优化设计， 可以考虑利用串珠式溶洞间岩层的承栽力，减小下部灌注桩 桩径，具体详见图3及图4。3

溶洞施工处理

建筑结构基础设计必须考虑施工可行性。特别是溶洞发育 地区的基础设计，需要仔细研究地质勘查资料，综合考虑溶洞发 育程度、溶洞分布情况、溶洞是否含有填充物以及填充物的形状 等因素，将施工可行性作为基础选型的一个重要考量因素。并在 图纸说明中警示施工单位重视溶洞的风险并做好施工方案。

当建筑基础选择穿越溶洞时。一般采用冲（钻）孔桩机施 工，施工过程容易遇上漏水、漏浆甚至是塌孔埋钻的情况。当 溶洞无填充物或填充物透水性良好，存在漏水、漏浆甚至塌孔 时，可以采用片石及粘土回填（片石黏土造壁法），通过冲击使 其形成泥石护壁。当漏水、漏浆严重或存在较厚透水性良好砂 层时，还可以下钢套管（钢套筒跟进法），保证溶洞穗定及桩基 础施工质量。溶洞土洞埋深较浅时，也可以采用水泥砂浆或是 粘土片石块填充溶洞土洞。4

结

语

溶洞发育地区建筑基础设计及施工较为复杂，基础选型 及基础设计必须本着科学的原则，仔细研究地质情况，分析比 较各种基础类型的适用性、施工可行性以及经济效益。溶洞地

区的地质揭示程度较低，不同溶洞地区的溶洞性质不尽相同， 溶洞地区的基础设计还需要充分参考当地成熟采用的基础形 式及施工工法，并严格控制施工质量和加强检测，确保建筑基 础的安全性。

参考文献

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工业出版社，2013.

[5] 《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012).中国建筑工业出版社，

2012.

收稿日期= 2017-9-19

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