巖溶地質(zhì)對(duì)公共建筑工程建設(shè)的影響及對(duì)策

廖春明

（韶關(guān)市市政建設(shè)工程管理中心，廣東 韶關(guān) 512000）

0 引言

韶關(guān)市區(qū)地下地質(zhì)大部分為喀斯特地貌，發(fā)育著地下河、暗湖、溶洞等，根據(jù)韶關(guān)市區(qū)區(qū)域地質(zhì)圖顯示，巖溶區(qū)域約達(dá)到了市區(qū)總面積的80%以上，且大部分區(qū)域的巖溶達(dá)到了中等發(fā)育乃至強(qiáng)烈發(fā)育程度。巖溶區(qū)廣泛分布的溶洞、土洞對(duì)建筑物地基的穩(wěn)定性、承載力和變形有著重要的影響作用[1]。市區(qū)的地下巖溶發(fā)育普遍發(fā)生在覆蓋層以下約30m范圍，正好是處于常規(guī)建筑樁基礎(chǔ)的實(shí)施區(qū)間內(nèi)，項(xiàng)目樁基礎(chǔ)施工經(jīng)常在成孔過(guò)程中遇到溶洞而發(fā)生漏漿、塌孔、卡錘、樁孔傾斜等情況，導(dǎo)致項(xiàng)目工程造價(jià)容易超預(yù)算、工期不可控等問(wèn)題。自2020年以來(lái)的韶關(guān)市區(qū)建筑項(xiàng)目中，受溶洞地質(zhì)現(xiàn)象影響較大的工程有韶關(guān)市中醫(yī)院項(xiàng)目、韶州中學(xué)項(xiàng)目、韶關(guān)健康職業(yè)學(xué)院項(xiàng)目等。本文以韶關(guān)市中醫(yī)院項(xiàng)目為例，分析巖溶地質(zhì)對(duì)公共建筑工程建設(shè)的影響，并提出對(duì)策，為以后巖溶地區(qū)的工程建設(shè)提供參考。

1 工程概況

根據(jù)《韶關(guān)市中醫(yī)院項(xiàng)目巖土工程勘察報(bào)告》及超前鉆報(bào)告顯示，詳勘完成的248個(gè)鉆孔資料統(tǒng)計(jì)，鉆孔遇土洞達(dá)15個(gè)，鉆孔遇溶洞（隙）達(dá)159個(gè)，鉆孔遇洞（隙）率達(dá)67.74%，平均線巖溶率為22.03%。勘察報(bào)告表明本項(xiàng)目場(chǎng)地巖溶發(fā)育程度為強(qiáng)發(fā)育，并且溶洞的各向異性明顯，特別是側(cè)向和豎向的溶蝕有交替出現(xiàn)。根據(jù)場(chǎng)區(qū)完成的890個(gè)超前鉆孔資料統(tǒng)計(jì)，溶洞頂板高程在16.39~59.52m，溶洞底板高程在14.65~57.96m，溶洞頂?shù)装甯叱套兓却?，多個(gè)鉆孔存在多層溶洞。

為在已有的詳細(xì)勘察報(bào)告上進(jìn)一步查明項(xiàng)目用地的洞穴、溶蝕溶槽的分布、大小及規(guī)模，項(xiàng)目建設(shè)單位于2020年2月又委托勘察單位對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了專項(xiàng)巖溶工程物探，項(xiàng)目中微風(fēng)化基巖等高線及土洞巖溶分布圖顯示，所在斷面上共發(fā)育73處巖溶發(fā)育區(qū)，其頂板標(biāo)高為23~59m，底板標(biāo)高為15~521m；溶洞高一般為3~37.5m[2]。

該項(xiàng)目基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用筏板基礎(chǔ)與樁基礎(chǔ)結(jié)合的形式，項(xiàng)目旋挖灌注樁總數(shù)為232根，平均成孔深度約18.4m，樁徑從0.8~2.3m不等?；A(chǔ)工程涉及旋挖灌注樁、減沉疏樁以及抗浮錨桿，均不同程度受到了溶洞和土洞影響。

2 巖溶地質(zhì)對(duì)建筑工程建設(shè)的影響及原因分析

2.1 影響方面

2.1.1 對(duì)施工難易程度的影響

巖溶地質(zhì)使施工難度增大，尤其是旋挖灌注樁施工難度大大增加，具體體現(xiàn)為：

（1）巖溶發(fā)育不規(guī)則導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)遇到較多斜光面或半邊巖，旋挖鉆進(jìn)時(shí)數(shù)次出現(xiàn)斜孔的現(xiàn)象；

（2）鉆斗在穿越溶洞頂板時(shí)易發(fā)生卡鉆，導(dǎo)致鉆具的筋板位置發(fā)生較嚴(yán)重的磕碰并產(chǎn)生變形，需經(jīng)常進(jìn)行維修更換；

（3）溶洞上方地層容易發(fā)生塌孔或不穩(wěn)定的溶洞填充層發(fā)生塌孔、縮徑等情況，導(dǎo)致需反復(fù)成孔；

（4）鉆斗的鉆齒摩擦損耗較嚴(yán)重，導(dǎo)致經(jīng)常要對(duì)機(jī)械進(jìn)行維修；

（5）串珠溶洞需采用桶鉆與嵌巖鉆斗配合鉆進(jìn)，再通過(guò)鉆斗鉆進(jìn)后進(jìn)行打撈巖渣，若巖石掉落溶洞內(nèi)鉆進(jìn)難度更大，需反復(fù)更換鉆頭把巖石打碎，然后鉆斗鉆進(jìn)撈渣。

2.1.2 對(duì)工程進(jìn)度的影響

根據(jù)施工計(jì)劃安排，正常情況下項(xiàng)目投入2臺(tái)285旋挖機(jī)約50d即可完成所有樁基礎(chǔ)施工，但因受溶洞影響，旋挖灌注樁實(shí)際施工過(guò)程中成樁困難，項(xiàng)目實(shí)際陸續(xù)投入2臺(tái)285旋挖機(jī)、2臺(tái)360旋挖機(jī)，總共130d左右才完成項(xiàng)目的樁基礎(chǔ)施工。在施工機(jī)械、人員都加倍投入的情況下，樁基礎(chǔ)的實(shí)際施工工期仍然達(dá)到原計(jì)劃工期的2.6倍，較大地影響了項(xiàng)目總工期進(jìn)度[3]。

2.1.3 對(duì)成本控制的影響

樁基施工時(shí)，須穿過(guò)溶洞進(jìn)入穩(wěn)定的中風(fēng)化持力層，在施工過(guò)程中存在中間巖層厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求而需多次進(jìn)入中風(fēng)化灰?guī)r的情況，且遇巖溶洞的整體比例較高，旋挖樁實(shí)際施工樁長(zhǎng)大幅增加，約為原設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)的1.8倍，大大增加了樁基的入巖工程量，約為設(shè)計(jì)入巖量的12倍。大面積溶洞和土洞各向異性明顯，豎向、側(cè)向溶蝕交替出現(xiàn)且無(wú)規(guī)律可循，成樁過(guò)程中大大增加了混凝土及砂漿的灌注量。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并經(jīng)組織專家論證會(huì)對(duì)采用鋼護(hù)筒護(hù)壁成樁和直接灌注成樁兩種方式進(jìn)行綜合對(duì)比分析，考慮直接灌注成樁整體造價(jià)較低且施工難度較低，更有利于保障整體工期，且經(jīng)分析實(shí)際灌注情況，灌注量與樁位處溶洞高差并不構(gòu)成比例關(guān)系而無(wú)法預(yù)測(cè)，最終旋挖樁施工主要采用直接灌注成樁方法，僅局部溶洞明顯發(fā)育強(qiáng)烈位置使用鋼護(hù)筒護(hù)壁成樁。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，其中減沉疏樁超灌系數(shù)約為1.4，旋挖灌注樁超灌系數(shù)約為1.6，抗浮錨桿砂漿超灌系數(shù)甚至達(dá)到了4.0。經(jīng)初步估算，韶關(guān)市中醫(yī)院項(xiàng)目基礎(chǔ)工程因溶洞、土洞的不可預(yù)見(jiàn)性因素增加費(fèi)用約為1800萬(wàn)元。

2.2 原因分析

2.2.1 項(xiàng)目選址未做可行性研究勘察

根據(jù)要求，在出具項(xiàng)目可行性研究報(bào)告前，在工程選址時(shí)應(yīng)進(jìn)行可行性研究勘察。可行性勘察是對(duì)擬建位置區(qū)域有一個(gè)大的區(qū)域性的概念及認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和必要的布點(diǎn)鉆探，對(duì)預(yù)估的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件進(jìn)行驗(yàn)證，并進(jìn)一步地了解及補(bǔ)充。中醫(yī)院項(xiàng)目屬公共建筑，而大部分公共建筑場(chǎng)地選址都在立項(xiàng)前就已經(jīng)確定，很難改變。且項(xiàng)目的可行性研究報(bào)告費(fèi)用普遍較低，導(dǎo)致大部分公共建筑項(xiàng)目無(wú)法做可行性研究勘察，無(wú)法在前期項(xiàng)目選址階段判定擬建場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件能否適宜工程建設(shè)項(xiàng)目給出合理意見(jiàn)。

2.2.2 初步勘察結(jié)果不夠準(zhǔn)確

目前，韶關(guān)建筑工程項(xiàng)目勘察多采用常規(guī)的鉆探方式，勘察手段比較單一。應(yīng)根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》確定間距要求，見(jiàn)表1。

表1 初步勘察勘探線、勘探點(diǎn)間距要求

初步勘探布置鉆點(diǎn)間距較大，空間地層以推測(cè)為主，簡(jiǎn)單的勘探手段難以完全反映地下復(fù)雜的巖溶情況，以致工程建設(shè)存在許多不確定因素。此外，大部分工程項(xiàng)目對(duì)初步勘察工作投入較少，初步勘察的時(shí)間也較緊，往往勘測(cè)范圍不夠大、勘測(cè)精度不夠高、勘測(cè)點(diǎn)不夠多，難以達(dá)到理想的勘察效果[4]。

2.2.3 勘察、設(shè)計(jì)單位對(duì)韶關(guān)巖溶區(qū)域工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)不足

對(duì)巖溶地區(qū)工程來(lái)說(shuō)，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案和施工工藝的選擇至關(guān)重要。目前，韶關(guān)市大多數(shù)工程項(xiàng)目公開(kāi)招標(biāo)中標(biāo)的勘察、設(shè)計(jì)單位都是長(zhǎng)期在非巖溶發(fā)育地區(qū)開(kāi)展地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)工作，巖溶發(fā)育地區(qū)地基基礎(chǔ)勘察、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)相對(duì)缺乏，容易造成勘察資料不精確、地基基礎(chǔ)選型不當(dāng)?shù)葐?wèn)題。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察時(shí)，容易忽視勘察出來(lái)的溶洞問(wèn)題，對(duì)是否要進(jìn)行加密勘察往往會(huì)把握不準(zhǔn)。在制定基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案時(shí)，往往會(huì)選取較為經(jīng)濟(jì)且工期較短的預(yù)制管樁，施工中容易出現(xiàn)滑樁、斷樁甚至基礎(chǔ)下沉。屆時(shí)變更地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，資金成本與時(shí)間代價(jià)將大大增加。如：醫(yī)院、學(xué)校等人員密度較大的項(xiàng)目單柱荷載較大，基礎(chǔ)需放置在巖層才能滿足設(shè)計(jì)要求，專業(yè)設(shè)計(jì)單位多會(huì)選擇樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案（即沖/鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)方案）。又如：因巖溶情況不同，超灌系數(shù)也不同，需要選用相關(guān)經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)單位，以避免施工準(zhǔn)備不足[5]。

2.2.4 施工階段補(bǔ)充勘察工作不夠扎實(shí)

工程項(xiàng)目是否需要進(jìn)行施工勘察，與場(chǎng)地地質(zhì)條件、具體基礎(chǔ)形式及設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)有關(guān)。為查明可能存在的隱伏土洞、溶洞及軟弱破碎層，確保地基基礎(chǔ)立于良好的持力層上，應(yīng)根據(jù)不同的巖溶發(fā)育場(chǎng)地、不同面積的獨(dú)立地基基礎(chǔ)以及不同樁徑的樁基，確定相應(yīng)的鉆孔數(shù)量和鉆孔深度。參建單位對(duì)施工階段勘察工作不夠重視，未及時(shí)開(kāi)展施工勘察，對(duì)樁基礎(chǔ)未采用“超前鉆”等必要勘探手段，造成樁后持力層不滿足設(shè)計(jì)要求，以致需要介入處理，不但增加工程造價(jià)、延長(zhǎng)項(xiàng)目工期，還影響工程質(zhì)量和安全生產(chǎn)。

2.2.5 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)變更決策程序較為復(fù)雜和漫長(zhǎng)

在當(dāng)前，韶關(guān)市區(qū)公共建筑項(xiàng)目決策程序越來(lái)越嚴(yán)謹(jǐn)和嚴(yán)格。根據(jù)韶關(guān)市區(qū)財(cái)政評(píng)審要求，大于50萬(wàn)元的變更屬于重大變更事項(xiàng)，應(yīng)由市政府進(jìn)行變更決策。公共建筑如醫(yī)學(xué)、學(xué)校的建安費(fèi)用普遍超過(guò)5000萬(wàn)元，因韶關(guān)市區(qū)為巖溶地區(qū)，基礎(chǔ)變更則非常容易超過(guò)50萬(wàn)元，就須通過(guò)流程上報(bào)市政府決策同意變更。這就導(dǎo)致項(xiàng)目基礎(chǔ)變更決策程序較復(fù)雜，時(shí)間也較長(zhǎng)，進(jìn)一步增加了項(xiàng)目的施工工期，影響了項(xiàng)目進(jìn)度。

3 降低巖溶地質(zhì)對(duì)建筑工程建設(shè)影響的對(duì)策

3.1 注重工程項(xiàng)目前期勘察

要高度重視前期勘察工作，從源頭上盡可能降低影響。優(yōu)化前期勘察工作，對(duì)場(chǎng)地巖溶的發(fā)育程度和分布規(guī)律、地基巖土特性和地下水埋藏條件等基礎(chǔ)信息進(jìn)行詳細(xì)記錄，鼓勵(lì)采用工程地質(zhì)測(cè)繪調(diào)查、物探、鉆探、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等綜合勘察方法進(jìn)行巖溶勘察，充分探明地下巖溶發(fā)育情況，及時(shí)對(duì)場(chǎng)地地基作出準(zhǔn)確的綜合評(píng)價(jià)，盡量將大型公建單體選址在溶洞較少或無(wú)溶洞的區(qū)塊?？茖W(xué)選用和管理勘察單位，要求勘察準(zhǔn)確、報(bào)告真實(shí)，合理確定地基基礎(chǔ)選型，避免重復(fù)勘察、錯(cuò)誤勘察[6]。

3.2 有條件情況下進(jìn)行專項(xiàng)巖溶勘察

在巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)域，普通勘察無(wú)法全面揭露場(chǎng)地的巖溶情況，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)選型依據(jù)不充分，且對(duì)相關(guān)工程量預(yù)估不足，導(dǎo)致施工期間變更多。在普通勘察成果揭露較多溶洞情況下，建設(shè)重要的公共建筑，有條件的建設(shè)單位要進(jìn)行專項(xiàng)巖溶勘察，對(duì)場(chǎng)地情況進(jìn)一步摸清排查，了解掌握?qǐng)龅卦敿?xì)的溶洞、土洞分布情況，為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)，減少施工過(guò)程中的基礎(chǔ)變更，基礎(chǔ)選型合理的方案能較好控制項(xiàng)目概預(yù)算。因溶洞施工具有較大的不確定性，對(duì)于溶洞區(qū)域需提前對(duì)樁基礎(chǔ)進(jìn)行一樁一鉆勘探，必要時(shí)先期進(jìn)行覆蓋所有樁基的超前鉆探，更好地掌握地質(zhì)情況，以便設(shè)計(jì)單位出具切實(shí)的施工圖紙及處置方案。

3.3 優(yōu)化工程項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)

科學(xué)合理的施工設(shè)計(jì)有助于降成本、減工期、保安全。在設(shè)計(jì)階段，對(duì)于地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、巖溶發(fā)育較為強(qiáng)烈地段的地基基礎(chǔ)選型，建議優(yōu)先采用筏板基礎(chǔ)或復(fù)合基礎(chǔ)，如確需采用樁基礎(chǔ)則建議優(yōu)先考慮采用摩擦樁。業(yè)主單位要召集本地經(jīng)驗(yàn)豐富的專家對(duì)擬采用基礎(chǔ)方案的合理性、適用性進(jìn)行論證，確保工程項(xiàng)目施工順利。此外，遇到溶洞情況時(shí)，如實(shí)收集相關(guān)情況并及時(shí)召集業(yè)主、勘察、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工等參建單位專題研究處理方案，必要時(shí)召開(kāi)專家論證，保證科學(xué)決策、精準(zhǔn)施策。

3.4 加強(qiáng)對(duì)工程項(xiàng)目勘察作業(yè)的監(jiān)督

加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘察作業(yè)的監(jiān)管力度，核對(duì)勘察資料真實(shí)性和準(zhǔn)確性，原則上要求勘察單位采用拍照、視頻等方式對(duì)鉆探、取樣過(guò)程進(jìn)記錄和存儲(chǔ)，并作為勘察資料的一部分，留存?zhèn)洳?。建議實(shí)行工程勘察外業(yè)見(jiàn)證制度，可以委托監(jiān)理單位作為勘察外業(yè)見(jiàn)證單位，采用旁站方式，對(duì)工程勘察外業(yè)作業(yè)單位的資質(zhì)、作業(yè)人員的身份和資格，以及現(xiàn)場(chǎng)的勘探點(diǎn)、鉆探、取樣、原位測(cè)試、原始記錄等外業(yè)工作進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查監(jiān)督、核實(shí)勘察作業(yè)的真實(shí)性。通過(guò)第三方對(duì)勘察作業(yè)的監(jiān)督，確保外業(yè)作業(yè)按勘察方案進(jìn)行勘察，保障勘察資料的數(shù)據(jù)來(lái)源真實(shí)。

4 結(jié)束語(yǔ)

韶關(guān)市區(qū)的工程建設(shè)受溶洞等地質(zhì)現(xiàn)象影響較為普遍，導(dǎo)致項(xiàng)目造價(jià)、工期、施工難度都受到了較大的影響，出現(xiàn)這些問(wèn)題的主要原因是工程勘察設(shè)計(jì)等階段存在問(wèn)題。工程地質(zhì)勘察的有無(wú)、工程勘察設(shè)計(jì)的好壞，直接關(guān)系到工程建設(shè)項(xiàng)目造價(jià)的高低和工程質(zhì)量的好壞。中醫(yī)院項(xiàng)目的實(shí)踐就是很好的案例，值得我們總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，吸取教訓(xùn)。