復雜巖溶場地基礎選型和地基處理研究

潘文健

（中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴州貴陽 550000）

0 前言

巖溶主要是一些可溶性巖石遭到水的化學溶蝕造成的。在基巖內(nèi)，若存在溶洞，再加上振動作用，會導致地基塌陷，進而嚴重影響建筑物的正常使用?，F(xiàn)階段，我國對巖溶地區(qū)民用建筑的地基處理已經(jīng)有了一定的經(jīng)驗，但對于工業(yè)建筑的基地處理還需要進行深層次的探究。巖溶地基可以通過填充、排導、跨越、壓漿以及灌注等多種方式進行處理，但隨著相應技術的發(fā)展，巖溶地基處理的方法也得到不斷優(yōu)化，從而提升經(jīng)濟性和穩(wěn)定性。

1 復雜巖溶場地基礎選型

在確定基礎型式的過程中，不僅要考慮受力和變形的影響，還需盡量避免影響周圍的環(huán)境。加強對周圍有利因素的利用，便于施工的進行，并實現(xiàn)經(jīng)濟節(jié)約等。

1.1 淺基礎

在復雜巖溶場地，若選擇天然地基的淺基礎，要考慮地表是否存在塌陷的情況，并認真觀察臥土層中是否存在裂隙。一旦發(fā)現(xiàn)地基周圍存在地表塌陷的情況，或者發(fā)現(xiàn)有土洞，要及時改進基礎設計方案，并及時進行相應的技術處理工作。在《貴州建筑地基基礎設計規(guī)范》中明確指出，巖溶場地如存在淺層溶洞成群分布，并且缺乏穩(wěn)定性、存在土洞、巖溶水不能順利排泄等情況，沒有經(jīng)過相關處理，不能直接作為建筑物地基。一般情況下，如果建筑的層數(shù)較少或者荷載較小，第一選擇基本都是天然地基上的淺基礎，若發(fā)現(xiàn)存在部分地質(zhì)問題，要及時結合地基處理措施進行解決。

1.2 樁基礎

樁基礎有很多不同的型式，但受到施工技術的限制，以及相關設備的影響，在巖溶地區(qū)經(jīng)常使用的是人工鉆孔灌注樁基礎和預制樁基礎等。在施工過程中，如果采取靜壓法，那么在完成沉樁之后就能直觀地看到單樁的承載力。同時，在巖溶地區(qū)部分土質(zhì)較差，不能很好約束樁端，也會降低樁的耐久力，尤其是地震區(qū)域更需要注意。除此之外，在采用預制樁時，還需要考慮沉樁對周圍環(huán)境的影響，大量實踐過程中都受到這方面的影響。例如，在某工程中計劃采用靜壓預制樁，但在實際施工過程中由于沉樁的擠土效應對周圍環(huán)境造成不良影響，導致預制樁施工被終止。

1.2.1 人工挖孔灌注樁基礎

人工挖孔灌注樁質(zhì)量具有較強的可靠性，并且承載力較好。但在實際施工過程中，要充分考慮施工安全，若巖面不夠平整，不僅比較難以操作，也嚴重威脅施工人員的人身安全。在巖溶地區(qū)采取人工挖孔樁施工作業(yè)，一般情況下都需要抽水，但是如果周圍存在建筑，一旦抽水導致不均勻沉降，會直接影響周圍建筑的安全，導致其出現(xiàn)傾斜等問題[2]。因此，部分地區(qū)對采用人工挖孔樁的方式進行限制，現(xiàn)在已經(jīng)很少用到這種方式，如圖1 所示。

圖1 人工挖孔樁基本施工方案

1.2.2 鉆孔灌注樁基礎

在巖溶地區(qū)，鉆孔灌注樁基礎應用比較廣泛。但在實際應用過程中需要考慮荷載的影響，因為荷載越大，就需要對應越大的樁徑，對樁底巖層的厚度也有更高的要求。在當前的地質(zhì)勘察過程中，由于技術沒有那么成熟，導致溶洞的大小情況不能得到準確的勘察，使施工過程中需要盲目破巖。另外，在局部進行沖擊成孔的過程中，還會影響周圍已有建筑。

1.2.3 其他型式的樁基礎

上述兩種灌注樁均為大直徑樁，對巖層的完整厚度有較大的要求，所以一般需要進行破巖施工。而采取小直徑樁則不需要這一環(huán)節(jié)，并且其樁間土具有一定的承載力，最有可能形成復合地基。因此，在巖溶地區(qū)比較適合采取小直徑灌注樁。在之前很長一段時間，巖溶地區(qū)采取的都是套管成孔灌注樁，但這種基礎樁不僅承載力較低，對環(huán)境有較大的破壞，而且不能保障成樁質(zhì)量，還有較為嚴重的擠土效應，所以已經(jīng)很少應用在城區(qū)。

1.3 復合地基

當前面幾種方案都不太理想時，則可采用復合地基，復合地基在巖溶地區(qū)基礎工程中應得到普遍的應用，因為其不僅能夠有效克服天然地基承載體不足的問題，施工工藝也比較簡單，施工設備便于操作，避免樁基礎施工中的各種問題。在采用復合地基的過程中，要保障設計的合理性，結合當?shù)氐膶嶋H情況，盡量避免影響環(huán)境，并最大限度減少資源浪費。

2 地基處理

石灰?guī)r地區(qū)某商住樓高28.5m，一共9 層，基巖上面覆蓋有素填土和可塑黏土，巖面最大埋深為18.5m。共設置12 個鉆孔，其中有9 個在鉆孔深度內(nèi)有溶洞，呈豎向串連狀分布，最多甚至有6 個溶洞相連。同時，經(jīng)過現(xiàn)場勘查，發(fā)現(xiàn)該建筑存在不均勻沉降的可能。另外，在100m 處，有一場地施壓預制樁時造成嚴重的地面下陷。通過這些情況，可以明顯看出擬建房屋場地具有較為復雜的地基條件。

2.1 復合地基處理

2.1.1 制定基礎方案

由于該房屋采取的是天然地基上的淺基礎，所以地基承載力較低，而要想獲得較大的地基承載力，需要接近進行大開挖，但是周邊的實際情況不能支持這樣操作。如果采用樁基礎，比較合理的是鉆樁，但這種樁基礎不能有效控制施工工期，所以業(yè)主不同意。因此，根據(jù)樓房占地面積判斷，可以采取旋噴法，其樁端能實現(xiàn)與基巖的合理結合，同時樁身也能夠咬合周邊的土體。通過相關的分析，并結合業(yè)主意見，最終確定選擇該方法來加固地基，使用復合地基支承擴展基礎。

2.1.2 承載力的確定

《山地建筑結構設計標準》要求復合地基承載力需要經(jīng)過現(xiàn)場試驗確定，但設計需要選知道地基承載力。因此本案例首先根據(jù)基礎方案判斷加固后的地基是否達到相應的強度指標，再進行現(xiàn)場試驗，若復合地基的實際強度達不到期望值，則繼續(xù)調(diào)整基礎方案。在確定基礎方案的過程中要注意以下幾點：①樁徑、單樁承載力以及樁長等取值時，不僅要考慮具體的施工工藝，也要結合實際場地條件；②面積置換率的大小要合適，不能太大或者太??；③在取值的過程中，對于變化較大的參數(shù)應認真進行評估，若樁間土承載力折減系數(shù)沒有相應經(jīng)驗，那么取值時應結合變形的相關要求；④為了有效防止發(fā)生不均勻沉降，應盡量減少各基底之間的壓力差[3]；⑤受土體的影響，在進行主體結構施工的過程中會出現(xiàn)輕度的沉降，但只是短時間內(nèi)；⑥在檢驗復合地基承載力的過程中，要確保承壓板可以覆蓋兩條樁。

2.1.3 施工注意事項

首先要提前校準壓力計，為了保障噴射壓力，要盡量縮短高壓膠管的長度。在成樁過程中，避免出現(xiàn)中斷的情況，影響樁身的順直。其次，施工現(xiàn)場安排專門存放置換泥漿的地方。同時要注意觀察冒漿的情況，出現(xiàn)問題，及時處理。最后對于難以保障質(zhì)量的部分，要有針對性地增加噴射次數(shù)。

2.1.4 特殊問題的處理

根據(jù)地質(zhì)資料，大部分樁應在10m 的深度到巖，但實際試噴的過程中，僅第一條樁的長度已經(jīng)超過17m，這體現(xiàn)出地質(zhì)資料與實際情況存在一定偏差。根據(jù)地質(zhì)資料的數(shù)據(jù)，樁側摩擦力可以達到400kN 以上，若采用旋噴法加固地基，那么一些樁一定會落在巖面上。因此，為了節(jié)約資源，并防止發(fā)生不均勻沉降，經(jīng)過仔細計算后采取部分樁到巖，另外一部分樁不到巖，但滿足設計要求的有效樁長的方法。經(jīng)過實踐證明具有良好的效果，根據(jù)現(xiàn)場實際檢測結果，發(fā)現(xiàn)加固后的地基承載力都在350kPa 以上，單樁的承載力也符合要求，并且經(jīng)過開挖，發(fā)現(xiàn)樁身外觀質(zhì)量也比較好[4]。目前改樓竣工已經(jīng)7 年多，還沒有發(fā)生關于沉降的問題。

2.2 剛性樁復合地基

某住宅小區(qū)共有兩棟組成，其中A 棟16 層，B 棟12 層，都屬于配有地下室的高層建筑。該小區(qū)附近有多層民宅，地質(zhì)條件基本和上述案例相同。

2.2.1 制定基礎方案

根據(jù)業(yè)主意見和地質(zhì)資料，采用復合地基。并根據(jù)場地實際情況、施工可行性以及地質(zhì)情況決定采用CFG 樁復合地基。根據(jù)上部荷載，并結合地質(zhì)資料，計算出樁徑為400mm，有效樁長為10~25m，樁間距為1.4m，復合地基承載力為350kPa。目前該小區(qū)將要完工，還未發(fā)生沉降問題。

2.2.2 施工注意事項

雖然整體施工比較順利，但也有一些問題需要注意：①應盡量保障地質(zhì)勘察資料的準確性，要仔細探查是否存在防空洞或者土洞等不良因素；②在巖溶場地，一些范圍內(nèi)土質(zhì)較差，所以應盡量將剛性樁設計成摩擦樁。同時，由于長螺旋接觸到巖石就需要收樁，不能期望理想的端承力[5]；③剛性樁的長度最好在10~20m 之間，若超過這個長度則難以掌握，也浪費資源，短于這個長度則承載力有限；④應提前制定遇到不良地質(zhì)情況的措施，否則在遇到較為堅硬的土層時，難以進行長螺旋施工。

3 結語

綜上所述，各種基礎型式都有其優(yōu)缺點，不同的地基處理方式也有不同的適用范圍，在進行復雜巖溶場地基礎設計的過程中，要充分考慮各方面因素的影響，并進行大量的分析和比較，最終才能制定最佳的解決方案。