岩溶地区的地基处理

崔小平，艾德春，杨军伟，秦趣

（六盘水师范学院资源与矿业工程系，四川六盘水 553004）

岩溶地区的地基处理

崔小平，艾德春，杨军伟，秦趣

（六盘水师范学院资源与矿业工程系，四川六盘水 553004）

由于岩溶地区对工程建设地基要求的特殊性，以工程实例论述了岩溶地质条件下的基础设计，阐述了地基处理方案的选用原则、溶洞地区桩基的施工方案的选择及各桩基方案在施工中存在的问题，从而为岩溶地区的工程建设项目的地基处理提供参考。

岩溶地区；地基处理；桩基础

岩溶（又称喀斯特）是可溶性岩石在水的溶蚀作用下，产生的各种地质作用、形态和现象的总称［1］。在石灰岩地区进行工程建设时，其建筑物的基础会遇到溶洞、土洞等不良地质问题。天然的土洞、溶洞是由能溶于水的岩石（主要是石灰岩）受水的长期溶蚀冲刷和岩石在洞内的自然崩塌，日积月累由小而大逐渐形成的［2］。溶洞的大小和分布情况对工程建筑的设计和施工都有很大影响。溶洞越大，其设计和施工的难度也就越大。岩溶地基处理是工程施工的重点和难点之一，也是影响工程施工工期的关键，故在岩溶地区进行工程建设时应根据溶洞深度、层次和填充物的类型采取不同的溶洞处理方法。

1 工程地质条件

1.1 拟建场地地质背景

拟建场地位于水城坡立谷岩溶盆地的东段，为河流的冲积地段，地势较低。场区自上而下分布主要有：杂填土（Qml）、粘土（Qal+pl）、淤泥质粘土（Qh）、砾砂（Qal+pl）、粘土（Qel）、白云质灰岩（C1b）。由于场地位于区域断层F1、F34相切割的块体上，故场地内岩石破碎、张性节理裂隙极为发育，场地内岩溶地质作用强烈，主楼地段钻孔遇洞隙率83.6%，裙楼地段钻孔遇洞隙率48%，整个场区遇洞隙的钻孔共计134个，占勘探点总数的75%。大部分钻孔在基岩面以下均一层厚度不等、岩体破碎和溶蚀作用强烈的岩层，最深达47.8m，如ZK34-1号及ZK34-3号钻孔。

根据钻探显示的洞隙情况，该场地属于岩溶强烈发育场地。其主要基本特征：①基岩表面差异溶蚀强烈，石芽、溶沟、溶槽、溶蚀裂隙等岩溶现象极为发育，基岩面参差起伏，谷峰交错；②竖向溶蚀与侧向溶蚀作用交织共存，破碎岩体与岩溶洞隙伴生，在纵向上呈串珠状发育；③场地内洞隙深浅皆有，大小兼具，组合复杂，最深达47.8m；④场地内洞隙均有软粘土充填，且洞隙发育越深土质越软，局部地段洞隙半充填。

1．2 岩、土体物理力学性质

场区土层主要有杂填土、可塑粘土、砾砂、淤泥质粘土和软塑粘土。对可塑、软塑粘土、淤泥质粘土及砾砂层共取土样71件进行土工试验。各岩土单元主要物理力学指标按GB50007—2002《建筑地基基础设计规范》［4］进行计算，并结合地方经验进行综合分析得出下列各表。

表1 岩土力学指标统计

分别对钻孔中岩溶裂隙破碎层（⑥1）及中等风化较完整层（⑥2）孔段所取岩样分别进行统计，取47组岩样进行常规试验，其结果见表2。

表2 岩石力学指标统计表

注：由于该场地受断层构造影响，岩溶裂隙较发育，岩层产状与节理产状呈不利组合关系，故折减系数ψr⑥1层值取0.10、⑥2层取0.14

2 场地的地基处理

2．1 场地的稳定性与岩体单元划分

该场地无滑坡、泥石流等不良地质现象，稳定性好，但由于场地内岩溶裂隙发育，基岩面起伏较大，有的部位须进行地基处理后，方可进行工程建设。根据钻探时岩芯的采取率、质量指标、纵波速度作为划分标准，将岩体划分为“岩溶裂隙破碎层（⑥1）和中风化较完整岩石（⑥2）”两个单元，其结果见表3。

表3 岩体单元划分

2．2 岩、土体工程特性及设计参数的选取

根据场区勘察揭露的地层中，分布范围广，厚度较大的地层主要有素填土、可塑粘土、淤泥质粘土、砾砂及软塑粘土，各土层的岩土工程特性差异较大。根据土工试验、动力触探、标准贯入试验及野外鉴别综合对比，结合场区岩土工程地质条件及当地的地区经验，各地层参数按表4取值。

表4 场地岩土层地基设计参数建议取值一览表

2．3 地基处理与桩基方案的选取

2．3．1 地基处理方案的比选

由于溶洞的存在将严重影响地基稳定性，降低地基的承载力，加大地基的变形沉降，故必须对地基进行处理。岩溶地区地基处理方案的选择，应根据岩溶地基类型、当地施工经验与习惯及建筑物上部结构荷载条件确定［5］。本工程针对前述工程地质情况，考虑了溶洞灌浆、高压旋喷注浆及灌注桩3种方案。

2.3.1.1 溶洞灌浆法

灌浆是岩溶地区常用的加固方法之一，主要是把溶洞填充密实，形成具有一定强度的稳定体，尽量切断溶洞与土层及地下水之间的联系，防止溶洞进一步发展，危害建筑物的安全。这种方法主要针对众多的小型设备基础和溶洞埋深浅的地基土层，处理范围广，造价低。由于本场地溶洞多为软塑状粘性土或夹有砂砾充填，存在严重漏水现象，有的则与上部土洞相通且基岩埋藏深，建筑物为高层建筑，结构复杂，荷载大，因而综合考虑溶洞灌浆并不适合。

2.3.1.2 高压旋喷注浆法

高压旋喷地基处理技术可以克服场地存在大量的土洞、软土层、溶洞、节理、裂隙等不良地质现象，增加基础施工的安全性。但由于本场地内地下水丰富，水流速度较大，旋喷桩直径、尤其是深部直径难以确定，再加上施工工艺、机具和瞬时速凝材料及施工经验的影响，最终决定慎重使用。

2.3.1.3 灌注桩法

灌浆桩具有强度高，施工进度快，施工工艺简单，施工质量易保证，将桩端支承在完整灰岩中可获得较大的桩端承载力等优点。

由于场地内洞隙深浅皆有，大小兼具，组合复杂，从本场地地层情况、水文地质条件、上部结构对地基要求及工程造价的角度考虑，结合本地的施工经验，综合考虑各方法的优劣，最后确定采用灌注桩处理。由于拟建场地完整稳定岩层起伏剧烈且岩层中存在溶槽溶洞等缺陷，需要考虑用长短桩相结合来处理。

2．3．2 灌注桩桩基设计参数

2.3.2.1 桩长

灌注桩是一种端承桩，要求桩端落在较好的持力层上。桩长是桩基设计时首先要确定的参数。取决于建筑物对承载力和变形的要求、土质条件和设备能力等因素。根据拟建场地各土层的具体工程特性，桩端持力层应选择⑥2白云质灰岩，最小桩长8m，最大桩长20m。

2.3.2.2 桩径

桩径取决于设计时所选用的施工设备等因素，取800mm。

2.3.2.3 桩距

根据设计要求的地基承载力、地基土的性质及设计桩长，桩距取1.8m。

根据JGJ94—2008《建筑桩基技术规范》［6］，采用公式Quk=Qsk+Qpk=u∑φsiqsikli+φpqpkAp进行计算，并结合地方经验进行综合分析得出表5。

2.3.3 桩基方案的选取

由于拟建楼为高层建筑物，结构复杂，荷载大，而场区土层分布不均匀，且土层厚度变化大，承载力低，不宜作基础持力层。其下伏白云质灰岩分布连续，承载力较高，可作基础持力层。对比分析，用⑥2岩层作基础持力层，采用端承桩基础。根据场地的施工具体情况比较如下桩基方案。

表5 单桩极限承载力标准值计算

2.3.3.1 人工挖孔桩基础

由于场区地下水位高，水量大，且周围有建筑物，若采用人工挖孔桩基础，大幅度降低地下水位，增大水力坡度，对周围的建筑物、公共设施及管线的稳定性影响较大。此外，地层破碎岩石厚度大，在挖掘破碎岩石时涌水量大，施工困难且危险。因此，该场地不宜采用人工挖孔桩基础方案。

2.3.3.2 冲击成孔灌注桩

由于场区岩石较破碎，洞隙普遍发育，若采用冲击成孔，岩土在冲击头的高速加载作用下，不易产生塑变形，主要表现为脆性增加，瞬时产生很大的接触应力，有利于岩土裂隙的扩展，形成大体积破碎,能有效穿过岩溶洞隙发育带，将桩端坐落在⑥2层较完整岩石上。因此，拟建楼适宜采用冲击成孔桩基础。

2.3.3.3 钻孔灌注桩基础

由于场区岩溶裂隙较发育，地下水丰富。钻孔灌注桩可以克服不利地质因素，能有效穿过岩溶裂隙发育带，将桩端坐落在中风化较完整岩石上，因此，拟建楼可以采用钻孔灌注桩基础，但该方案相对冲击成孔灌注桩而言造价高。从本地区的施工经验来看，采用大直径钻孔灌注桩钻进时易产生塌孔、漏浆等现象，但工期较长，施工难度较大。综合分析，最终确定采用冲击成孔灌注桩基础方案。

3 结语

岩溶地区地基处理方案的选择，应根据拟建场地的工程地质条件、岩溶发育情况、当地施工经验和拟建物荷载分布特征、地基岩体承载力强度及持力层埋深而决定，基础施工时，宜先开挖基坑，坑底可预留厚0.5～0.8m的待开挖层，等基桩施工完成后，采取人工清除预留层，基坑开挖时，使用机械不得碰撞基坑支护体。基础施工应按先难后易的原则进行。在岩溶发育极不均匀的场区，基础施工过程中，如遇特殊情况需要进行施工勘察，建议按规范进行施工阶段勘察。在碰到拟建物周边已有建建筑物较多，基础施工过程中（包括抽、排水）必须对周边的场地及建（构）筑物进行监测工作。

［1］工程地质手册编写委员会.工程地质手册（第四版）［K］.北京：中国建筑工业出版社，2007.

［2］常士骠.天然洞围岩稳定性评价［J］.岩土工程技术，2004，18（2）：72-73；77.

［3］熊道锟，傅荣华.岩溶发育强度垂直分带方法［J］.岩土工程技术，2005，19（3）：113-117；122.

［4］GB50007—2002，建筑地基基础设计规范［S］.

［5］张先华.岩溶地区岩土工程评价及地基基础方案的比选［J］.资源环境与工程，2010，24（3）：265-267.

［6］JGJ94—2008，建筑桩基技术规范［S］.

Foundation Treatment of the Karst Area Processing

CUI Xiao-ping，AI De-chun，YANG Jun-wei，QIN Qu
（The resources and mining engineering major of Liupanshui normal college，Liupanshui 553004，China）

Due to the particularity of project construction in karst area，this paper is aimed at dealing with the foundational design coming from the karst geological condition by some specific engineering examples.The optional principles of pile foundation，the project choices of pile foundation in karst areas as well as the problems in construction procedares so it offers some acceptable referred suggestions about dealing with pile foundation of appearing the construction in karst geological areas.

karst area；foundation treatment；pile foundation

TV87

A

1672-9900（2011）02-0055-03

2012-03-12

六盘水师范学院特色专业（lpssytszy201101）；贵州省社会发展攻关（黔科合SY字［2011］3103号）。

崔小平（1982-），男（汉族），湖南衡阳人，助理教师，主要从事基础工程与工程勘察研究，（Tel）15086440385。