岩溶地区基础选型研究

岩溶地区基础选型研究

摘要：我国地员辽阔，地质条件复杂，建筑地基类型多样，例如山区地基、软土地基、膨胀土地基、多年冻土地基等复杂地基形式。笔者结合多年实践工作经验，介绍岩溶地区典型的地质情况，针对岩溶地区高层建筑对基础承载力的要求，通过详细的经济技术分析比较得出合理经济的岩溶地区基础形式，仅供结构工程师设计时参考借鉴。

关键词：岩溶地区；基础选型；地基处理

一、岩溶地区典型的地质情况

在岩溶地区，由于石灰岩特殊的成分组成及构造作用和地下水的长期侵蚀，形成独特的地质景观，统称“喀斯特”地貌。其中主要表现为基岩面起伏变化大，呈犬牙交错的锯齿状，广泛发育溶洞、土洞、溶槽和溶沟，且出现的位置、深度及大小变化无常。这种地质条件给设计带来很大困难，在施工中常常会遇到许多预想不到的问题。

岩溶地区典型地质由上到下分布如下：①人工填土层；②粉质粘土：软～可塑，标准贯入试验击数3击～15击，平均8击左右。天然地基承载力160kpa～180 kpa；③中细砂：饱和，稍密，含少量粘粒，标准贯入试验击数5击～19击，平均11击左右；④含结核粉质粘土：湿，可塑，含少量砂质或铁锰质结核，标准贯入试验击数5击～18击，平均8击左右；⑤含砾粘土：软塑，含少量灰岩碎屑、圆砾，标准贯入试验击数2击～5击，平均3.5击左右；⑥灰

岩，以变质灰岩为主，局部为大理岩。岩石结构清晰，裂隙较发育，一般岩面多有溶蚀现象，岩芯多呈碎块～短柱。钻孔揭露深度内有溶洞，洞高可从0.2m～15m以上，大部分溶洞为半充填，充填物为流～软塑状的含砾粉质粘土，少量无充填物。

二、岩溶地区基础设计前注意

岩溶地区建筑物的基础设计作为结构设计的重难点普遍引起工

程界的重视。因此在对场地进行总体规划时，结构和勘探专业应提前介入，同时给规划和建筑专业提供一些专业性的建议，尤其是对一些特别不适合建造建筑物的地段，如该地段地下溶洞很大很深等，应该建议规划时尽量避开。在掌握建筑物平面布置、结构形式及荷载等资料的同时，对场地的各种土层性质、岩层和溶洞的分布等详细的地质情况的了解成为基础设计中的重中之重。

目前，岩溶地区的工程勘探分为两种：一种是常规法，即通过钻探和原位试验对岩土地层结构及其性质进行勘探分析；另一种为石灰岩地区的特殊勘探法——工程物探法，该法已成为一种重要的有效手段广泛应用于岩溶地区的工程勘探。钻探布点尽管很密，但孔间的溶洞情况仍无法弄清，而工程物探可以弥补钻探勘察这一不足之处。

三、岩溶地区基础类型的比较

钻、冲孔灌注桩是岩溶地区最常用的基础形式，采用钻机钻土成孔，然后清除孔底残渣，，安放钢筋笼，灌注混凝土。钻冲结合施工具有承载力高，穿透性强，不受地下水影响的优点，虽然经济但

也有不足之处：软弱层泥浆护壁困难，易塌孔、偏孔、漏浆、漏水；溶沟、溶槽内施工时易卡冲斗，沿岩面易发生倾斜而影响施工进度；孔底沉渣清理比较困难，易降低桩端承载力；对水下浇筑混凝土技术控制要求较高且工期较长。在遇到溶洞时处理成本较高、时间会长，对场地环境污染较大，无法很好的控制工期。在岩溶地区采用冲孔灌注桩，在施工中要控制好泥浆护壁质量、水下浇筑混凝土质量，为提高施工进度必须对地质情况作出详细的补充勘查。在有溶洞的位置进行专门处理，并加强工程成本控制。

人工挖孔灌注桩采用人工挖掘成孔，逐段边开挖边支护，达到所需深度后再进行扩底、安装钢筋笼及灌注混凝土而成。因其具有易于鉴别持力层、可直接观察地层情况、孔底沉渣易清除、控制桩体混凝土质量、设备简单噪音小、各桩可同时施工等优点被广泛应用。但在岩溶地区存在仍诸多不利：粉质粘土和粉细砂层在富含孔隙水的情况下易形成流砂、涌泥、涌水，严重影响开挖和护壁安全；岩溶水和裂隙水易形成涌水；岩溶内呈流塑～软塑状态的泥质、砂质充填物严重影响护壁的稳定性和开挖施工的安全；需做超前钻来确定桩底岩层的稳定性及验证桩下是否有溶洞；桩底有溶洞时，穿过溶洞顶板时微风化岩难以穿透，需要孔底爆破。由于挖空时存在塌方、缺氧、涌水、流沙等危险，人工挖空灌注桩适用于岩层埋深较浅和地下水不丰富的场地，因此，在岩溶地区采用该法需根据岩层埋藏深度和地下岩溶水情况准确判断开挖成孔的安全性和降水成本，做到事前有目的地进行方案比较和成本控制。

根据以往工程设计经验，换填垫层法多用于层数低、荷载小的高层建筑，20层以上的高层建筑采用换填垫层法无法达到承载力要求，而20层以下的高层建筑根据平面布置和地下室情况可采用板式或梁板式筏板基础天然地基。由于高层建筑的基础埋深较深，原土层一般承载力可达到180kpa左右，经过深度修正后基本可满足承载力要求。如果层数在12层以下，由于上部荷载传到基础的附加应力较小还可考虑采用条形基础。基础下换填垫层采用级配砂石1.5～2.0m厚，其整体刚度大、压缩模量高且该垫层承载力可以达到350kn/m2。由于垫层厚度与基础宽度的比值要<0.25，故采用筏板基础时砂石垫层的应力扩散角为0°。该垫层主要用来调整不均匀沉降，而条形基础则可以进行应力扩散，这种处理方式的难点主要是控制沉降差，可采用沉降后浇带等方式进行处理。而在岩溶地区采用垫层法处理地基，克服了下覆溶洞的不确定性，利用溶洞顶的上覆土层作为建筑持力层，用浅基础来回避溶洞的不利影响，可达到良好的综合效益。

cfg桩复合地基是桩和桩间土共同承担上部荷载的基础处理方式，一般用于持力层较深、层数较多、荷载较大的建筑。根据高层建筑的特点，其对变形的控制要求较为严格，应采用单桩承载力大的刚性桩复合地基，可选择混凝土强度为c20的灌注桩，上设200～300的碎石褥垫层来形成复合地基。因岩溶地区的微风化基岩内存在溶洞，cfg桩克服了单柱单桩的大直径端承桩桩下的基岩持力层厚度必须满足3倍桩直径或5m的稳定持力层的要求。cfg桩是多个

桩和地基土共同来承担上部荷载，极大地弱化了溶洞的不利影响，只对地下有较薄的溶洞夹层时须采用引孔方式将夹层打穿后在溶

洞内灌注混凝土成桩。经初步计算，采用桩距1.5m×1.5m的布桩形式，复合地基承载力可达300kpa～350kpa；采用桩距1.2m×1.2m 的布桩形式，复合地基承载力可达550kpa～600kpa；若主体采用筏板基础完全满足承载力要求，沉降也可通过调整桩距得到有效控制。cfg桩施工方法有两种：一种是沉管灌注桩，桩体混凝土的充盈系数小，在软弱土层内拔管时桩体可能出现缩颈现象导致单桩承载力不满足要求，但该桩型相对成本较低；另一种是长螺旋钻压力泵送混凝土，其充盈系数为1.15～1.2，桩体质量有保证不会出现缩颈现象，但其相对成本较高。

四、结语

岩溶地区基础形式的选择最大的影响因素就是溶洞的分布及其

发育状态，而对溶洞分布、大小的准确探测是保证质量、控制工期的重要前提。在地质详勘的基础上以施工过程中的超前钻为补充，进行溶洞探测是必不可少的投资；在大直径桩基方案中遇到溶洞时为有利于成孔，采用钢护筒成孔是另一项可能增加的投资。综合上述分析的基础形式、施工进度及可控制性，最优方案是换填垫层法，其次是cfg桩复合地基，而大直径的端承桩由于难以控制其持力层的溶洞分布，应根据具体的溶洞分布和埋深进行分析比较，从工期和成本上进行综合比较慎重选择最合适的桩型。

参考文献：