某覆盖型岩溶地质条件下多元复合地基处理

邱维衍

(1.福建省岩土与环境企业工程技术研究中心； 2.福建永强岩土股份有限公司 福建龙岩 364000)

某覆盖型岩溶地质条件下多元复合地基处理

邱维衍1，2

(1.福建省岩土与环境企业工程技术研究中心； 2.福建永强岩土股份有限公司 福建龙岩 364000)

结合工程实例，在分析其地质基础上，对同一建筑采用多元复合地基处理进行数值分析和应用，处理效果好。工程实践表明：在覆盖型岩溶地区，局部分布工程性质较好覆盖层(如卵石、碎石、砂层等)，溶洞有一定埋置深度，可充分利用覆盖层的承载能力进行地基处理而无需采用桩基础穿过深埋溶洞、土洞，保证质量、工期，节约造价。

覆盖型岩溶；多元复合地基；PLAXIS；应用

0 引言

在岩溶地区，基岩内部广泛分布大小、形状、分布各异的各种溶洞，破坏了岩土体的连续性与均一性[1]。溶洞的分布常常导致岩溶地区地基力学性能在空间上不均匀，引起地基承载力不足、不均匀沉降、地基滑动和塌陷等地基变形破坏[2]。覆盖型岩溶是指被松散堆积物覆盖的岩溶，但局部分布工程性质较好覆盖层(如卵石、砾石、碎石、砂层、含碎石和角砾粘性土层等)，溶洞有一定埋深地段，可充分利用覆盖土层的承载能力进行地基处理而无需采用桩基础穿过溶洞，相比采用桩基础更节约造价。但岩溶地区往往同一场地、同一建筑的土层性质差异性大，基岩起伏较大，因此，可考虑采用多种桩型地基处理方式，充分发挥土层承载力优势。

本文结合典型的覆盖型岩溶地区工程建立多元复合地基处理数值分析模型，为工程项目设计提供参考，并进行了施工后验证检测,为类似地质工程项目复合地基的选型和设计提供参考。

1 工程概况

龙岩某工程为混凝土框架剪力墙结构，主楼23层，附楼16层，建筑面积3 8000m2。该工程场地为覆盖型岩溶区，岩溶上覆盖层厚度约15m～20m，分布杂填土、耕植土、粉质粘土、细砂、圆砾、含卵石圆砾粉质粘土、含碎石角砾粉质粘土、中风化石灰岩。其中，局部卵石、圆砾层、含碎石角砾粉质粘土工程性质较好，且有一定厚度，下卧中风化石灰岩溶洞发育，溶洞埋深达40m以上。

该项目如采用桩基础需穿过深埋溶洞，桩较长，造价高，施工难度大。考虑到覆盖层分布工程性质较好的土层，故考虑采用地基处理。初步设计采用桩径400mm静压沉管CFG桩，计算桩间距1.3m×1.3m。

由于主楼局部中风化石灰岩岩面标高较高，为避免CFG桩有效桩长小于6m，导致复合地基承载力不足，故设计在4根CFG桩中心补1根桩径500mm旋喷桩，进入持力层中风化石灰岩1.6m。桩身混凝土强度等级C15，设计单桩承载力特征值均为300kN，形成多元复合地基。要求主楼处理后复合地基承载力特征值达300kPa以上。本文则通过选取主楼进行PLAXIS建模分析多元复合地基的承载力和荷载承担比例情况。

2 分析模型建立与参数选择

2.1几何模型

本次数值分析模型范围限制在边长为12m的矩形内，各个桩的布置为居中布置于模型中央，加载宽度为3.6m×3.6m。桩位布置图如图1所示。

根据所提供的地勘报告选取典型土层：圆砾(0.6m)、含碎石角砾粉质黏土(5.2m)、中风化花岗岩(5.0m)为例建模。土层采用PLAXIS中HS模型， HS模型适合于多种土类(软土和较硬土层)的破坏和变形行为的描述[3]，并且适合于岩土工程中的多种应用，如堤坝填筑、地基承载力、边坡稳定分析及基坑开挖等[4]。

图1 桩位布置图

该工程主要结构构件：CFG桩、旋喷桩和筏板，其中CFG桩和旋喷桩使用PLAXIS特有的Embedded桩单元进行模拟，筏板基础使用板单元进行模拟。根据勘察报告提供的物理力学参数和经验取值，提出土体本构关系所需参数，土层考虑排水条件，不考虑超孔隙水压力的作用，如表1所示。两种桩型和筏板的参数如表2～表3所示。

表1 各土层模型参数

表2 桩模型参数

表3 筏板基础模型参数

2.2网格划分

本次模型整体网格疏密度设定为中等密度，在整体疏密度的基础上，将对桩体、褥垫层及其周围土体进行加密，桩体及其周围土体的加密系数取为0.25，褥垫层加密系数取为0.5，不同加密系数对应的单元将显示不同颜色予以区分，最终的网格划分如图2～图3所示。

图2 网格划分图 图3 网格划分图(桩侧土体隐藏)

3 承载力计算结果分析

(1)复合地基荷载沉降关系

通过对模型按0～800kPa施加分级均布荷载，可以得到复合桩基的-曲线，其中沉降为筏板的平均沉降。

图4 复合地基沉降Q-S曲线图

从图4Q-S曲线中可以看出，根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)B.0.10[5]，取s/b=0.008对应荷载为地基承载力特征值，b取值2.0m，则其承载力特征值为fak=305kPa～320kPa，能满足处理后达到300kPa的设计要求。

(2)桩土荷载分担分析

为了分析两种桩型的对复合地基承载力的贡献，提取CFG桩与旋喷桩的桩顶荷载数据。图5表明，两种桩顶荷载的变化规律一致，随着荷载的增大而增大，但增大幅度减小。但由于CFG桩刚度较大，故CFG桩所承担荷载较大。从图6中可以看出，旋喷桩荷载分担比例稳定在15%～20%左右，CFG桩荷载分担比例稳定在40%～48%左右，土体的荷载分担比例为35%～40%，能够较好地发挥各自承载能力。随着总荷载的增大，旋喷桩的荷载分担比例呈现缓慢上升，土体分担比例也随之增加，这两个因素导致CFG桩的荷载分担比例有所减小，使CFG桩能克服有效桩长较短的缺陷，有利于提高复合地基整体承载能力。

图5 桩顶荷载对比图

图6 桩土荷载分担分析图

4 多元复合地基应用

4.1复合地基设计

该项目先对场地浅层溶洞进行低压注复合浆液充填处理，配合比为水泥∶粉煤灰∶重钙粉=1∶1∶1，水灰比为0.45。地基处理设计桩径400mmCFG桩，桩身混凝土强度等级C15，单桩承载力特征值300kN，平均有效桩长约9m。同时对灰岩面较浅区域，补充桩径500mm的高压旋喷桩，旋喷桩单桩承载力特征值300kN，持力层为中风化石灰岩，施工时采用XY-100工程勘察钻机进行引孔施工，平均有效桩长约16m。主楼要求处理后复合地基承载力特征值为300kPa，设计桩间距1.3m×1.3m。

4.2复合地基承载力检测

完工后分别对CFG桩和旋喷桩的复合地基承载力进行检测，并对溶洞注浆进行钻芯检测。同时，竣工后对建筑物进行了沉降观测，处理后地基承载力特征值达到315kPa，溶洞充填注浆饱满，注浆固结体标贯满足设计要求。其竣工后沉降差仅为5.7mm，沉降差异小，处理效果好。具体数值如表4所示。

表4 复合地基静载试验及竣工后沉降观测数据

5 结论

(1)针对该项目主楼场地基岩埋深较浅，上部覆盖层较薄地段，为避免CFG桩有效桩长过小(小于6m)，影响复合地基承载力，补充高压旋喷桩，确保复合地基承载力能满足要求。该工程项目成功实施表明，在覆盖型岩溶地区，覆盖层分布工程性质较好土层，岩溶埋置较深区域，可考虑采用地基处理方法。如单一地基处理难保障处理效果时,可采用多元复合地基处理，结合实际应用有限元方法建立多元复合地基加载模型，最大限度地发挥各桩型及地基土承载力的优势，从而实现节约工程造价、缩短工期的目的。

(2)本文仅是针对特定工程项目的地质情况进行数值分析，可作为多元复合地基处理方案的一种分析方法的选择，对类似工程基础选型、设计可作为一个参考选项。同时，由于岩溶地区地质复杂多变，地基稳定性往往受到众多因素影响，如覆盖层厚度变化、岩溶分布情况、溶洞大小及埋深、地下水分布、基岩面产状等。因此，在工程实践中，应加强地质勘察和调查工作，充分考虑工程项目实际情况进行分析、设计和实施，以确保工程质量和安全。

[1] 罗爱忠.贵州岩溶地区基础类型选择的探讨[J].山西建筑，2010(36)：75-76.

[2] 黄俊光，方引晴，袁尚红，等.岩溶地区地基基础处理的几个问题分析[J].广州大学学报(自然科学版)，2006(05):74-77.

[3] BRINKGREVE R B J.Selection of soil models and parameters for geotechnical engineering application.In: Soil Constitutive Models[C]/Proceedings of the Sessions of the Geo-Frontiers 2005 Congress,ASCE,Austin,Texas:[s.n.],2005:69-98.

[4] 徐中华，王卫东.敏感环境下基坑数值分析中土体本构模型的选择[J].岩土力学,2010(31)：258-264，326.

[5] JGJ79-2012 建筑地基处理技术规范[S].北京：中国计划出版社，2013.

Themulti-elementcompositefoundationtreatmentinacoveredkarstarea

QIUWeiyan1,2

(1.Geotechnical and Environmental Enterprise Engineering Technology Research Center of Fujian province;2.Fujian Yongqiang Geotechnical Co.,Ltd,Longyan 3264000)

In this paper, the numerical analysis and application of the multi-element composite foundation for the same building are carried out based on the analysis of its geological basis,,and the treatment effect is good. The engineering practice shows that : in covered karst area, it can make full use of the bearing capacity of the foundation layer without the use of pile foundation through deep buried cave, soil cave, where the good engineering properties covering layers(such as pebbles, gravel, sand, etc.) are distributed ,and the cave has certain depth, to ensure quality, duration, cost savings.

Covered karst; Multi-element composite foundation; PLAXIS; Application

TU47

A

1004-6135(2017)10-0057-04

邱维衍(1972.10- )，男。

E-mail:yqytqwy@163.com

2017-06-30