巖溶地區(qū)的地基處理和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)分析

楊志勇

【摘要】巖溶地區(qū)的地基處理對(duì)于建筑的安全與質(zhì)量有著十分重要的影響，本文對(duì)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)與分析，對(duì)巖溶地區(qū)地基設(shè)計(jì)、地基處理以及地基評(píng)價(jià)等方面的方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，希望可以起到參考作用。

【關(guān)鍵詞】基礎(chǔ)設(shè)計(jì)；地基處理；巖溶地區(qū)

巖溶地區(qū)普遍存在漏斗、暗河、溶槽、溶洞等地質(zhì)情況，存在形式十分隱蔽。巖溶作用指的是流水對(duì)巖石造成腐蝕與沖擊，部分情況下表現(xiàn)為機(jī)械式的侵蝕，使巖石形態(tài)發(fā)生變化。巖溶不良地質(zhì)所構(gòu)成的巖溶地基普遍存在不均勻沉降、承載力不足等方面的問題，嚴(yán)重情況下還可能會(huì)導(dǎo)致地基塌陷或地基滑動(dòng)。在我國(guó)建筑工程領(lǐng)域不斷發(fā)展的過程中，在巖溶地區(qū)興建高層建筑方面的技術(shù)也取得了一定的進(jìn)展。設(shè)計(jì)單位需要對(duì)巖溶地基建設(shè)房屋時(shí)所存在的關(guān)鍵問題進(jìn)行重點(diǎn)的解決，做好巖溶地基穩(wěn)定性分析工作，對(duì)巖溶地基基礎(chǔ)形式進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)，使所制定的地基處理方案更具合理性與經(jīng)濟(jì)性。

1、巖溶地基相關(guān)方面的評(píng)價(jià)

設(shè)計(jì)單位需要重點(diǎn)設(shè)計(jì)好巖溶地區(qū)的房屋基礎(chǔ)，選擇正確的處理方法對(duì)于工程的造價(jià)與施工安全性有著十分重要的意義。施工區(qū)域或周圍所存在的巖溶均會(huì)在一定程度上影響到施工安全，需要對(duì)巖溶進(jìn)行勘察，綜合性地對(duì)巖溶地基進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果科學(xué)客觀地制定地基處理方案。計(jì)算方法、數(shù)學(xué)模型以及力學(xué)模型是最為重要的評(píng)價(jià)步驟，在我國(guó)建筑行業(yè)不斷發(fā)展的過程中，巖溶地基分析評(píng)價(jià)流程得到了進(jìn)一步的簡(jiǎn)化，尤其是在穩(wěn)定性分析方面已經(jīng)可以由以往十分繁瑣的定量分析轉(zhuǎn)化為直觀、簡(jiǎn)化的定性分析。

定性評(píng)價(jià)法通常應(yīng)用于常規(guī)工程地基穩(wěn)定性分析與初勘階段的場(chǎng)地選擇，具體包含經(jīng)驗(yàn)比擬法與綜合分析法兩種。依照對(duì)洞體穩(wěn)定性造成影響的有關(guān)因素與與洞隙邊界條件做出合理的評(píng)價(jià)與綜合性的分析。

半定量評(píng)價(jià)法是定性評(píng)價(jià)法的延伸與補(bǔ)充，具體包含頂板厚跨比法和頂板安全厚度計(jì)算法。其中頂板厚跨比法不需要考慮頂板性質(zhì)、荷載和大小，選取頂部最薄處厚度和水平投影跨度兩項(xiàng)數(shù)值，能夠計(jì)算出厚跨比，該數(shù)值能夠用來(lái)對(duì)頂板厚度的安全性做出評(píng)價(jià)。

定量評(píng)價(jià)法涉及到邊界條件和巖土體力學(xué)參數(shù)存在許多不確定性，需要事先依照現(xiàn)有的假定條件建立物理力學(xué)模型，再根據(jù)模型進(jìn)行計(jì)算，再按照計(jì)算結(jié)果來(lái)判斷和評(píng)價(jià)巖溶空洞的穩(wěn)定性。

2、常用的地基處理方法

2.1地基的填墊

2.1.1充填法

在選擇巖溶地基處理方法的過程中需要綜合考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基之間的共同作用。對(duì)于影響范圍大、水文、地貌條件復(fù)雜的地段，需要綜合運(yùn)用各種不同的方法進(jìn)行處理。充填法適用于裸露巖溶土洞，其上部附加荷載不大的情況。最底部須用塊石、片石作填料，中部用碎石，上層用土或混凝土填塞，以保持地下水的原始流通狀況，使其形成自然的反濾層?；蛴蒙?、石等材料充填采空區(qū)，形成充填體支撐頂板、圍巖，防止和減少頂板垮落和變形，減輕工作面的壓力。

2.1.2換填法

對(duì)于已經(jīng)得到充填的巖溶土洞宜采用換填法，對(duì)于物理力學(xué)較差的巖溶土洞，需要事先將洞中填充物清除干凈，再用混凝土、砂、片石以及塊石等材料進(jìn)行換填。

2.1.3挖填法

對(duì)于淺埋的巖溶土洞，需要事先爆破揭頂或?qū)⑵渫陂_，若存在松軟塌陷土體，需要將其挖除，再填入砂、片石、塊石等，夯實(shí)粘性土體，此之謂挖填法。

2.1.4褥墊法

石芽、槽、溝、隙、等巖溶突出物，很容易造成不均勻性的地基沉降，在鑿去突出物后再設(shè)置厚度為30～50㎝的砂土褥墊，此之謂褥墊法。

2.2地基的加固

2.2.1灌漿法

灌漿法具有造價(jià)低、應(yīng)用范圍廣等方面的特點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)景十分豐富。溶洞的填充密實(shí)是其最主要的填充原理，所形成的穩(wěn)定體有著比較大的強(qiáng)度。在施工過程中，需要將地下水、土層與溶洞三者之間的聯(lián)系切除，使溶洞停止發(fā)展并保持穩(wěn)定，進(jìn)而提高建筑物本身的穩(wěn)定性。該處理方法通常應(yīng)用于軟弱土層處理與淺層溶洞處理。

2.2.2壓力注漿法

部分巖溶土洞有著比較大的埋深，加固方法主要為壓力注漿法。該加固方法的作用原理在于以壓漿泵為主要工具，于巖土層中注入混凝土，再以擠密、滲透以及填充等方式，將土顆粒間的氣體、水分?jǐn)D出，同時(shí)完成對(duì)于空白位置的填充。在混凝土凝固后，將形成一定具有良好穩(wěn)定性和滲透性的新巖土體。另外注漿體的壓力注入，可在基巖面封堵巖開口洞隙，防止地下水位腐蝕巖溶土洞，從而使巖溶地基得到加固。

2.3跨越法

跨度較大的溶蝕、溶溝、溶洞等巖溶地基，需要采用拱、板、梁等結(jié)構(gòu)跨越；若溶槽、溶溝以及洞隙的規(guī)模比較大，可以采用調(diào)整結(jié)構(gòu)柱距、溝槽底部連續(xù)支撐等方法進(jìn)行處理。在采用拱、板、梁等結(jié)構(gòu)跨越的情況下，梁式結(jié)構(gòu)在支撐體或巖石上的支撐長(zhǎng)度需要維持在梁高的1.5倍以上。

對(duì)于裸露巖溶土洞則可以采用充填處理方法，該處理方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于能夠處理上部附加荷載有限的問題。底部可供選用的填料有片石、塊石等。中間充填材料宜選用碎石，用混凝土充填上層，使原始的地下水流得以保留，自然形成一道反濾層。

2.4樁基法

在溶洞多層發(fā)育、塌陷漏斗較深的情況下，可以采用樁基礎(chǔ)。

2.4.1沖孔灌注樁

該樁基通常應(yīng)用于上部洞穴頂板較薄、溶洞洞穴小并存在多層溶洞的地質(zhì)情況，能夠到達(dá)下層溶洞頂板并且沖穿上層溶洞頂板。施工經(jīng)驗(yàn)比較豐富的施工人員能夠通過沖擊聲音來(lái)判斷出頂板的厚度。然而，需要確保穩(wěn)妥，需要于樁位位置進(jìn)行超前鉆處理，對(duì)洞穴情況有一個(gè)全面的了解，再依照設(shè)置要求將沖擊鉆沖至巖層。

2.4.2鉆孔樁

鉆孔樁通常應(yīng)用于巖溶表面不平、地下有夾層分布或孤石、單樁荷載較大等情況，鉆孔樁能夠?qū)A層、孤石擊穿，準(zhǔn)確于持力層上支承樁端，同時(shí)也能夠獲取比較良好的樁端嵌巖情況。然而鉆孔樁不適用于溶溝較多、巖溶裂隙較多的基巖中，在施工過程中也可能會(huì)出現(xiàn)打偏、鉆桿偏斜、卡鉆等方面的問題。

2.4.3群樁

群樁通?？蓱?yīng)用于十分復(fù)雜的巖溶表面，然而在巖溶表面存在許多覆蓋物的情況下，采用群樁可能會(huì)影響到施工現(xiàn)場(chǎng)的人員安全與最終的施工質(zhì)量。

3、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

3.1基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所需要遵循的有關(guān)原則

在整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有著十分關(guān)鍵的作用，由于巖溶地區(qū)存在著十分復(fù)雜的地質(zhì)情況，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的質(zhì)量往往會(huì)受到多方面因素的影響。因此，設(shè)計(jì)人員需要嚴(yán)格遵循以下幾方面的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

第一，需要嚴(yán)格控制對(duì)地基變形量，避免破壞上部結(jié)構(gòu)；第二，在外來(lái)荷載的影響下，需要確保地基的穩(wěn)定性不受影響；第三，所制定的施工方案一方面需要保證切實(shí)可行，同時(shí)也要考慮到施工方案的環(huán)保性。

3.2對(duì)地質(zhì)勘察的要求

地質(zhì)勘察工作的根本目的在于為接下來(lái)的設(shè)計(jì)、施工提供數(shù)據(jù)支持。然而，巖溶地區(qū)存在大量不規(guī)律且不連續(xù)的巖石露頭，同時(shí)也有著比較大的高低起伏。常規(guī)的地質(zhì)鉆探勘察結(jié)果無(wú)法將巖溶情況全面地反映出來(lái)，需要在設(shè)計(jì)、施工前進(jìn)行施工勘察。

3.3基礎(chǔ)形式的選擇

3.3.1選用獨(dú)立基礎(chǔ)

對(duì)于層數(shù)不多的多層房屋，可采用處理地基獨(dú)立基礎(chǔ)，當(dāng)?shù)鼗鶠檩^硬的巖石地基或者較為完整的硬土持力層，同時(shí)不存在淺層土、溶洞時(shí)可直接采用天然地基獨(dú)立基礎(chǔ)；當(dāng)?shù)鼗鶠檩^差的填土且厚度較大時(shí)可采用水泥土攪拌樁或其它樁處理地基，再采用獨(dú)立基礎(chǔ)，具有淺層土洞時(shí)可采用前述方法處理。

3.3.2選用樁基礎(chǔ)

由于對(duì)于巖溶穩(wěn)定性的判斷仍然需要依賴施工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲、乙級(jí)且建筑物地基不是較完整的堅(jiān)硬巖 ；或者基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為丙級(jí)但需考慮巖溶對(duì)地基穩(wěn)定性影響時(shí)，基礎(chǔ)宜選擇樁基礎(chǔ)，采用鉆孔、沖孔樁（或旋挖樁）。

3.3.3選用處理地基+筏板基礎(chǔ)

對(duì)于層數(shù)較多的高層建筑，柱墻底力通常較大，如地基持力層為較好的粘性土層，且該土層厚度較大，溶洞較深時(shí)，可采用處理地基+筏板基礎(chǔ)。地基處理可采用水泥粉煤灰碎石樁、素砼樁、預(yù)應(yīng)力高強(qiáng)砼管樁等。

結(jié)語(yǔ)：

當(dāng)前我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入到現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵階段，如何做好巖溶地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作已經(jīng)成為設(shè)計(jì)單位十分重要的研究課題。因此，設(shè)計(jì)單位需要對(duì)各種勘察方法有一個(gè)全面的了解，綜合運(yùn)用各種處理方法，采用各種手段提高地基的穩(wěn)定性，使得在巖溶地區(qū)所建造的房屋更加安全、合理、經(jīng)濟(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁毅.巖溶地區(qū)的地基處理和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)探討[J].建筑知識(shí)，2016，36（05）：17+24.

[2]李里.巖溶地區(qū)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的工程實(shí)例及分析[J].鐵道建筑技術(shù)，2011，（S1）：189-193.

[3]廖利群.巖溶地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與地基處理實(shí)例[J].山西建筑，2006，（21）：102-104.