浅谈溶洞地区刚性—亚刚性桩（CM）三维高强复合地基的应用

黄志鹏

摘 要：岩溶地区地质条件复杂，土洞、溶洞发育分布广又没有一定规律，在高层基础工程中面临采用天然基础承载力不足而预制管桩承载安全又不能保证。本文通过介绍三维高强复合地基处理的工作基理及工程应用示例，阐述一种因地制宜、灵活补足原地基承载能力的新型复合地基处理方法，希望对今后类似的工程能起到借鉴启发的作用。

关键词：岩溶地基处理；CM复合地基；褥垫层；工程实例

中图分类号：TU472 文献标识码：A

一、刚性-亚刚性桩复合地基（简称CM复合地基）概述

CM复合地基由刚性桩（C桩）、亚刚性桩（M桩）、桩间土和褥垫层组成。适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土、砂土、粘性土、素填土、杂填土等土层和下伏岩溶地区、非饱和土地区、花岗岩球形风化孤石地区及岩层“软弱”夹层多的地区等。

二、CM复合地基设计特点

CM复合地基的C桩（长桩）宜设计为端承桩或摩擦桩，持力层宜选择可塑粘土层、中密砂层、强风化以上岩层（岩溶地区）等承载力相对较高、压缩较低的土（岩）层；M桩（短桩）桩端可选浅层较好的土层中。通过褥垫层协调变形受力、长短桩的优化布置把空间三层土体的承载能力结合起来，既可以调动浅层土又可以调动深层土参加工作，从而可提高天然地基承载力3～8倍。

三、CM复合地基应用于岩溶地区的特点

岩溶地区的溶洞（土洞）、溶沟、溶槽可分为大而广的厅式洞穴和小而密的海绵式溶洞。

CM复合地基更适合用于海绵式溶洞地区。将作用于溶洞顶板上强大的桩端集中力变为均匀的、较小的附加应力，使岩面应力大大减小或通过岩层的空间应力传递可调动深层高承载力的岩层参加工作。

岩溶地区的溶洞还有一个特点就是单靠野外钻孔的勘探无法全面了解土洞（溶洞）的分布情况。溶洞发育且无规律分布使工程设计施工无法规避或预先处理溶洞，必须预先设定现场应对方案，做到发现一个处理一个。

当C桩采用长螺旋泵送混凝土灌注桩时，还可同时对现场发现的土洞（溶洞）进行填堵而不需要采用专用设备另行处理。如遇到开口溶洞或贯通土洞即可采用间歇式填堵，这样即可避免土方上层崩塌，又填堵土体颗粒外移通道，抑制新土洞的形成。长螺旋泵送混凝土灌注桩还可通过加插钢筋笼满足地下室抗拔要求。集多功能于一体的设计考虑可有效提高施工进度及节省工程成本。

四、CM复合地基工程应用

（1）工程概况

广州花都雅居乐107国道小区高层住宅项目，场地位于广州市花都区三东大道和广清高速公路交界的西侧，建筑多个地块25～32层高的高层建筑物（总高度接近100m），采用钢筋混凝土框剪力墙结构，工程重要性等级为一级。由于场地选址无法避开岩溶地区，但未发现崩塌、滑坡、地面塌陷等不良地质。

（2）地质情况

根据钻孔揭露，场地内地基土按其成因类型自上而下分为：

（a）第四系人工填土層，层厚平均1.80m。

（b）第四系冲积层，分为4个亚层：粉质粘土层层厚平均1.92m；粗砂层层厚平均8.62m；粉质粘土夹层层厚平均1.54m；软塑状粉质粘层层厚平均7.80m。地基承载力特征值的建议值fak为160kPa～180kPa。

（c）第四系残积层，分2个亚层：可塑状粉质粘土层层厚平均2.93m；硬塑状粉质粘土层层厚平均2.62m；地基承载力特征值的建议值fak为170kPa～200kPa。

（d）石炭系沉积岩：场地下伏基岩有泥质粉砂岩，粉砂岩和灰岩三种，按其风化程度从上到下可分为全风化、强风化、中风化、微风化四个亚层。地基承载力特征值相应分别为300kPa，500kPa，1500kPa，4000kPa。

场地内强～中风化岩以及微风化灰岩岩面变化大，风化裂隙夹层多，且场地属灰岩地区，有土洞、溶蚀溶隙、溶沟、溶槽、石芽发育或有溶洞发育且无规律分布。按场地内勘探查明的62个钻孔资料（一个地块）中：仅有1个钻孔存在土洞，有软～流塑状粘性土充填，钻具自重迅速下落；仅有2个钻孔有溶洞，为单层溶洞，充填程度为半充填～全充填，充填物为流塑～软塑状粉质粘土。洞高均为1m～2m。

（3）技术分析

根据场地工程地质条件，结合其荷载要求，拟建建筑物采用筏板基础或联合承台基础，基础类型列表比较：

（4）设计方案

采用CM复合地基处理方案进行设计施工。原土承载力特征值为180kPa；C桩长螺旋泵压砼灌注桩，采用C20素混凝土，成桩直径D=500mm。以强风化岩面为桩端持力层，有效桩长为5m～20m，单桩承载力特征值取值500kN～600kN。M桩采用深层搅拌桩，成桩直径D= 500mm，有效桩长L=7m。水泥用量为每米喷入32.5R复合硅酸盐水泥55kg，采用四喷四搅施工工艺，单桩承载力特征值取值110kN～130kN。经计算复合地基承载力特征值可达到450kPa～550kPa。结合该区域建造要求，经地基处理后能较好地满足上部荷载要求。

（5）工程总结

通过对基础设计方案的对比，结合当地的施工经验和对已竣工项目的考察，应用“CM三维高强复合地基技术”的新技术能获得较好的经济效益并且是安全可靠的。该楼盘五个地块（建筑面积共约80万m2）均应用CM复合地基处理进行基础设计。已全部通过竣工验收。对主体框架砼持续沉降观测，累计沉降值均控制在10mm～20mm。沉降量很小，各测点变形沉降量均匀，点之间沉降差不大，符合一般建筑物的负载沉降规律，满足规范要求。

五、CM复合地基设计应注意问题

（1）C桩、M桩、桩间土是通过褥垫层的协调变形随着竖向荷载的变化而变化。当褥垫层厚度较大时，桩参加工作少；褥垫层厚度较小时，桩参加工作多，相当于桩筏承台。故褥垫层厚度是会改变复合地基中桩的受力情况，并不是越厚越好；复合地基强度也不是简单的单桩承载力加地基土的承载力。

复合地基简单用桩基试验来检测复合地基承载力是不合适的，应进行CM复合地基组合后的地基原位载荷试验来检测。

复合地基应运用“缺多少补多少”的概念进行设计，即补的是需要的标准组合下的荷载值与修正后的桩间土承载力特征值的差值。

参考文献

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