強(qiáng)巖溶地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)計與施工

張志華

（廣州城建開發(fā)設(shè)計院有限公司 廣州 510620）

1 工程概況

廣州市白云區(qū)某項目位于白云山西麓，東面為小學(xué)、村居，西側(cè)緊鄰廣云路，沿路下有廣州地鐵2號線，南側(cè)及北側(cè)均為空地。本項目地下兩層，地上部分南北部擬建2棟18層辦公樓，自編號為A-01#、A-02#，建筑高度84.00 m，結(jié)構(gòu)形式為剪力墻結(jié)構(gòu)，層高4.5 m。項目地塊建筑效果如圖1所示。

圖1 建筑效果Fig.1 The Construction Effect Chart

根據(jù)超前鉆報告，共210 個鉆孔，其中177 個鉆孔揭露有溶土洞，見洞率為84%，屬于巖溶強(qiáng)發(fā)育等級，其中溶土洞上巖石頂板厚度小于0.5 m 的共43 個，即占溶洞鉆孔的24%；溶洞上覆土層厚度小于10 m的共100 個，即占溶洞鉆孔的56.4%。超前鉆報告顯示本場地溶洞多為半充填或全充填流塑～軟塑狀粉質(zhì)粘土，夾破碎狀灰?guī)r巖塊，局部夾灰?guī)r薄層；溶洞大小不一、無規(guī)律，溶洞平均高度為3.78 m，最大溶洞洞高為22 m（鉆孔CK189）。溶洞大部分處于不穩(wěn)定狀態(tài)，呈串珠狀、蜂窩狀溶洞。本項目巖土類型至上而下依次為：人工填土、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)土、中砂、殘積成因粉質(zhì)黏土、中等風(fēng)化灰?guī)r巖、微風(fēng)化灰?guī)r?？辈靾蟾娴湫推拭嫒鐖D2所示。

圖2 勘察報告典型剖面Fig.2 Typical Profile of Survey Report （m）

2 基礎(chǔ)選型

針對本地塊的實際情況，并參考《巖溶地區(qū)高層建筑復(fù)合地基與基礎(chǔ)設(shè)計》［1］及黃夏萍等人［2-3］的理論成果，初步基礎(chǔ)形式可以選用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)、管樁基礎(chǔ)、樁筏基礎(chǔ)、復(fù)合地基等。

《建筑樁基技術(shù)規(guī)范：JGJ 94—2008》第3.4.4 條要求：“巖溶地區(qū)的樁基，宜采用鉆、沖孔樁”?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計規(guī)范：廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ 15-31—2016》第10.1.5-8條載明：“巖溶地區(qū)的樁基不宜采用直接支承于基巖面上的預(yù)制樁，宜采用嵌巖鉆（沖）孔樁”。結(jié)合本地塊的強(qiáng)巖溶地質(zhì)和地理位置，采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)是可行的。

《靜壓預(yù)制混凝土樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程：廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T 15-94—2013》第1.0.7-5條“基巖面起伏較大且其上沒有合適持力層的巖溶地層不宜采用靜壓樁基礎(chǔ)”?！稁r溶地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范：廣東省標(biāo)準(zhǔn)DBJ/T 15-136—2018》［4］第3.2.8 條：對于巖溶中等及強(qiáng)烈發(fā)育場地，不宜采用錘擊式預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)。另外本項目在地鐵保護(hù)區(qū)50 m范圍內(nèi)，經(jīng)咨詢廣州市地鐵保護(hù)辦公室，為保證地鐵運行安全，不得采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。因此，本項目不宜采用預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)［4］第3.2.6條：上覆土層不穩(wěn)定時，未經(jīng)有效處理不應(yīng)作為建筑物基礎(chǔ)的持力層，文獻(xiàn)［4］第3.2.5條條文說明：我國大量的工程實際表明，當(dāng)上覆土層厚度較小時，地面塌陷比厚度較大時嚴(yán)重。一般情況下，當(dāng)上覆土層厚度小于10 m 時，塌陷嚴(yán)重。本項目勘察鉆孔點柱狀圖統(tǒng)計顯示：本項目溶洞上覆土層厚度小于10 m 的溶洞個數(shù)共100 個，即占溶洞鉆孔的56.4%，本項目溶洞上覆土層較薄，屬于高風(fēng)險區(qū)，不宜作為持力層，因此本項目不宜采用樁筏基礎(chǔ)。

文獻(xiàn)［4］第3.2.9 條：主要由飽和軟土組成的上覆土層未經(jīng)處理時，不宜采用復(fù)合地基。第3.2.9條條文說明：上覆土層主要由淤泥、淤泥質(zhì)土等飽和軟土組成的情況下，作為復(fù)合地基中增強(qiáng)體之間的軟土很難協(xié)調(diào)增強(qiáng)體之間的變形，增強(qiáng)體和周圍的軟土很難共同發(fā)揮承載作用，一般情況下，起不到復(fù)合地基的作用。結(jié)合本項目實際情況，不宜采用復(fù)合地基。

根據(jù)本項目實際場地情況，建設(shè)單位、設(shè)計單位經(jīng)咨詢審圖中心，基礎(chǔ)形式最終確定采用旋挖灌注樁基礎(chǔ)。

3 樁基礎(chǔ)設(shè)計

3.1 樁長確定

根據(jù)超前鉆反饋，場地見洞率高，屬于巖溶強(qiáng)發(fā)育地段，溶洞上方巖層薄，上覆土層不穩(wěn)定，有塌陷風(fēng)險，為極不穩(wěn)定地段。因本工程的巖溶地質(zhì)條件非常復(fù)雜，為給樁長確定及施工提供資料及依據(jù)，要求進(jìn)行施工勘察，探明溶洞邊界［5］。文獻(xiàn)［4］第4.3.9條：對于荷載較大的工程樁或大直徑嵌巖樁宜采用一樁多孔方法確定持力層性狀。文獻(xiàn)［4］第4.4.1 條：在巖溶發(fā)育地區(qū)，結(jié)合鉆探方法，在勘察階段開展物探工作。

本項目施工勘察需保證端承樁樁端下完整基巖層厚度不小于3d且不小于5 m。樁基礎(chǔ)以微風(fēng)化灰?guī)r作為持力層，樁端進(jìn)入持力層不少于1 m。因場地巖面起伏較大，施工時樁端應(yīng)以全截面入巖，當(dāng)巖面傾斜時，入巖深度應(yīng)從最低點算起［6］。經(jīng)估算，樁長大概20～50 m。

3.2 樁基布置

根據(jù)超前鉆反饋，場地持力層巖面起伏較大，部分鉆孔下的樁長較長。施工單位反饋樁長較長對施工要求高，并且澆筑混凝土用量多。為便于機(jī)械施工及節(jié)省施工造價，對于樁長較長的樁基礎(chǔ)采取以下調(diào)整措施。依據(jù)施工勘察、管波探測，在充分了解溶洞大小和分布的基礎(chǔ)上調(diào)整樁位布置，達(dá)到便于施工和節(jié)省造價的目標(biāo)［7］。

⑴單樁調(diào)整為兩樁方案，例如針對鉆孔CK09、CK10 下單樁基礎(chǔ)樁長較長，將單樁基礎(chǔ)調(diào)整為兩樁基礎(chǔ)并減小樁徑，如圖3所示。

圖3 調(diào)整前后單樁基礎(chǔ)Fig.3 Single Pile Foundation before and after Adjustment

⑵地下室側(cè)壁下樁位平移方案，例如地下室側(cè)壁下鉆孔CK177位置下溶洞深度達(dá)到16 m，大概處在斜巖的底部，將鉆孔往下移動3 m，通過補(bǔ)鉆鉆孔BK29 顯示溶洞深度僅4 m，如圖4 所示。可以看到這是個比較陡的斜巖，局部平移樁位置后可以達(dá)到好的經(jīng)濟(jì)效益。

好在宋太宗喜歡這位大才子，能夠容忍他的這點小毛病，但蘇易簡屢次在朝廷中因喝酒而出洋相，弄得大臣們紛紛彈劾他有失朝禮。為此宋太宗憂心忡忡，總擔(dān)心他因飲酒過度而喪命，于是親自寫了《勸酒》《戒酒》兩首詩賜給蘇易簡，還特命蘇母對他宣讀，蘇易簡聽后，深有感觸，每次上朝入值時倒是不敢飲酒了，可是私下里仍然舉杯痛飲。

圖4 調(diào)整前后側(cè)壁下單樁基礎(chǔ)Fig.4 Adjust the Single Pile Foundation under the Front and Rear Side Walls

⑶聯(lián)合承臺方案，通過施工勘察發(fā)現(xiàn)，1#樓電梯核心筒區(qū)域溶洞較大，可能正處在溶洞斜巖底部，樁長多達(dá)40 m，對施工非常不利。結(jié)構(gòu)設(shè)計在充分補(bǔ)鉆基礎(chǔ)上盡可能查明地質(zhì)情況，通過擴(kuò)大基礎(chǔ)范圍、加大樁徑減少樁數(shù)，設(shè)計聯(lián)合承臺，聯(lián)合承臺應(yīng)使樁群承載力合力點與豎向永久荷載合力作用點重合。為保證結(jié)構(gòu)安全，聯(lián)合承臺范圍內(nèi)的大直徑樁入微風(fēng)化巖深度加大至1.5 m，樁底下3 倍樁身直徑且5 m 深度范圍內(nèi)無土洞、溶洞或軟弱夾層等不良地質(zhì)條件。聯(lián)合承臺在減少樁長的基礎(chǔ)上，加厚承臺厚度，增加核心筒剛度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性，如圖5所示。

圖5 1#樓調(diào)整前后樁基礎(chǔ)布置Fig.5 Pile Foundation Layout before and after Adjustment of 1# Building

通過以上方法調(diào)整，樁長基本都能控制在合理范圍，便于施工控制，也能節(jié)省造價。當(dāng)然，經(jīng)調(diào)整的樁基礎(chǔ)必須滿足樁端進(jìn)入微風(fēng)化巖深度不少于1 m。因場地巖面起伏較大，施工時樁端應(yīng)以全截面入巖，當(dāng)巖面傾斜時，嵌巖深度應(yīng)從最低點算起，如圖6所示。

圖6 樁入巖深度示意圖Fig.6 Schematic Diagram of Pile Penetration Depth

樁基礎(chǔ)施工完成后進(jìn)行單樁抗壓靜載試驗，各樁豎向抗壓單樁承載力均滿足設(shè)計要求。靜載試驗報告結(jié)論如圖7所示。

圖7 單樁豎向抗壓靜載試驗結(jié)論Fig.7 Conclusion of Vertical Compression Static Load Test of Single Pile

4 溶洞處理

強(qiáng)巖溶地基最重要的工作是要處理土洞和溶洞，從而確保樁基礎(chǔ)施工安全、高效、節(jié)省造價，避免出現(xiàn)施工事故、無法成樁、樁檢測不合格的風(fēng)險［8］。

4.1 土洞的處理

為了地面樁基礎(chǔ)施工安全，為防止塌孔而造成地面上施工機(jī)器塌陷，要求基巖上的土洞無論大小都進(jìn)行注漿處理，防止?jié)撛诘娘L(fēng)險。

4.2 溶洞的處理

灌注樁施工時，可采用注漿處理溶洞或鋼套管施工的方法［9］。該兩種方法可不同時進(jìn)行，即處理溶洞后能成樁施工的就不用鋼套管，采用鋼套管即可不進(jìn)行注漿處理溶洞。綜合考慮施工單位施工經(jīng)驗、場地鋼套筒下沉困難、施工成本、施工工期等因素，最終選用注漿處理溶洞。

根據(jù)詳勘、施工勘察鉆孔揭露巖溶發(fā)育情況，結(jié)合工程結(jié)構(gòu)特點，綜合分析選取較適宜的溶洞處理方法，按如下原則進(jìn)行選?。?0］：

⑵對于洞徑較大的半充填或無充填洞穴采用注漿法與充填法相結(jié)合，即鉆孔作為投料孔先投入砂礫碎石、水泥砂漿、混凝土等盡量填實洞穴，然后再鉆孔下袖閥管進(jìn)行注漿加固。巖溶加固處理前在劃分的溶洞區(qū)域內(nèi)選取有代表性的詳勘（超前鉆）鉆孔附近布置巖溶處理試驗孔，選擇多種漿液進(jìn)行注漿試驗，最后選取注漿效果最優(yōu)的方案進(jìn)行巖溶加固處理。

⑶對全充填的高度大于3.0 m 的土（溶）洞，當(dāng)填充物為軟塑狀或流塑狀粘土或松散粉砂時，采用袖閥管注漿的工藝進(jìn)行預(yù)處理。

⑷對半充填和無充填的高度大于5.0 m 且不大于10.0 m 的土（溶）洞采用混凝土變壓泵送混合砂漿和袖閥管注漿相結(jié)合的工藝進(jìn)行處理。砂漿灌注完畢，拔注漿鋼管，等砂漿有一定強(qiáng)度后，再鉆袖閥注漿孔進(jìn)行袖閥管注漿。

⑸對于單層洞高或多層串珠狀超過10.0 m 特大溶洞，當(dāng)填充物為半充填或無充填時，采用混凝土變壓泵送混凝土和袖閥管注漿相結(jié)合的工藝進(jìn)行處理。混凝土灌注完畢，拔注漿鋼管，等混凝土有一定強(qiáng)度后，再鉆袖閥注漿孔進(jìn)行袖閥管注漿。

⑹在施工期間遇到未探明的溶洞或未預(yù)處理的溶洞影響施工時，采用拋填水泥（42.5 普通硅酸鹽水泥）、片石（花崗巖硬度不小于30 kPa）、粘土、C15商品混凝土填充沖擊擠壓處理，拋填配比根據(jù)施工需要自行考慮。

5 結(jié)論

⑴強(qiáng)巖溶地質(zhì)非常復(fù)雜，要采用超前鉆探結(jié)合管波探測法的方式進(jìn)行施工勘察，前期加大施工勘察力度，查明地質(zhì)狀況，溶洞頂、底板標(biāo)高，充填物類型，充填物物理特性，查明溶洞大小及邊界，為進(jìn)一步基礎(chǔ)選型、基礎(chǔ)設(shè)計及施工提供準(zhǔn)確依據(jù)。為設(shè)計樁端持力層提供可靠依據(jù)，為施工單位制定施工方案，成孔方法及施工措施提供依據(jù)。施工過程中發(fā)現(xiàn)異常情況時，應(yīng)補(bǔ)充施工勘察。

⑵ 強(qiáng)巖溶地質(zhì)對高層建筑的基礎(chǔ)設(shè)計影響很大，基礎(chǔ)形式的選取必須滿足規(guī)范要求。基礎(chǔ)選型須根據(jù)場地溶洞大小、溶土洞上巖石頂板厚度、溶洞上覆土層厚度、場地位置等綜合確定。

⑶強(qiáng)巖溶地質(zhì)持力層巖面起伏很大，為了便于施工及節(jié)省造價，可依據(jù)施工勘察、物探的結(jié)果，在充分了解場地溶洞基礎(chǔ)上采取調(diào)整樁數(shù)、樁位、聯(lián)合承臺的方案，達(dá)到減小樁長、減少溶洞處理、便于施工、節(jié)省造價的目標(biāo)。

⑷強(qiáng)巖溶地質(zhì)溶洞處理要結(jié)合場地實際情況，施工單位針對每根樁做施工方案，一樁一案。針對不同的溶洞類型，綜合分析選取較適宜的巖溶地基處理方法。