岩溶区桩筏基础在高层建筑中的应用

2018-03-24卢德灿

山西建筑 2018年20期

卢德灿

(福建省121地质大队，福建龙岩 364021)

1 拟建场地工程概况及工程地质条件

1.1 拟建场地工程概况

该项目工程位于新罗区曹溪街道东山村，东环路东侧，为商业住宅小区。场地原为某公司生产厂区，该项目共有8幢高层建筑，均为框剪结构，32层～33层，高度96 m～100 m,含1层地下室及1层架空层。开挖深度约3 m，拟选用短桩+筏板的基础方案。

1.2 场地地形地貌及周边环境条件

拟建场地位于新罗区曹溪街道东山村，原为某公司生产厂区。地貌单元为风化剥蚀的低山—丘陵地貌单元。因厂区建设挖填整平成现状。现场地地面高程为371.14 m～374.80 m，相对高差3.66 m，起伏不大，场地总体较平坦、开阔。

场地周边环境:场地东侧约12 m外为山体，西侧红线外为现状东环路，南侧为正在施工的某小区A1地块，北侧为临时混凝土搅拌站。

1.3 岩土层特征及其分布规律

根据钻探结果，场地在勘探深度范围内所揭露场地内岩土层由上往下可分成10层，现分述如下：

①杂填土，以粘性土为主，含少量碎石碎砖铁砂等杂物，硬杂质约10%，湿、松散状态，密实度不均匀，揭露厚度0.5 m～6.8 m。②素填土，以粘性土为主，含少量风化碎石角砾等，分布不均匀，湿、稍密状态，密实度较均匀，最大揭露深度19.0 m。③含卵石粉质粘土，呈稍湿、可塑状态，最大揭露深度30.0 m。④强风化砂岩，砂状结构，中厚层状，水平层理，岩体呈碎块状结构，裂隙较发育，风化程度为强风化，最大揭露深度55.20 m。⑤强风化泥岩，泥质结构，薄层状，水平层理，风化强烈，原岩结构大部分破坏，裂隙极发育，最大揭露深度81.79 m。⑥强风化砂岩，砂状结构，中厚层状，水平层理，岩体呈碎块状结构，裂隙较发育，风化程度为强风化，最大揭露深度81.66 m。⑦强风化碳质泥岩，泥质结构，薄层状，水平层理，风化强烈，原岩结构大部分破坏，裂隙极发育，岩芯呈土状，极软岩，最大揭露深度80.19 m。⑧中风化灰岩，风化程度中等，裂隙、节理较发育，裂隙主要由方解石充填，岩体呈碎块～块状结构，层状构造,芯较完整,多呈5 cm～19 cm的短柱～柱状，最大揭露深度92.52 m。⑧-1中风化破碎灰岩，风化程度中等，层状构造,岩芯破碎,多呈片状，岩体基本质量等级类别Ⅳ类，主要分布在空溶洞的上部。⑧-2含角砾粉质粘土 (溶洞充填物)，干强度中等，韧性中等、稍有光滑，无摇振反应，含角砾约20%～30%，粒径2 mm～20 mm，成分为强风化硅质岩、砂岩、泥岩，分布不均匀，呈湿，可塑状态。局部相变为泥质角砾、角砾。该层具孔内全漏水现象。揭露厚度1.8 m～45.3m。

1.4 场地地表水和地下水特征

拟建场地周边无河流、水塘等地表水体。场地内地下水类型上部主要为第四系孔隙型潜水及灰岩溶洞中的岩溶水。孔隙型潜水水位埋深19.45 m～22.01 m，第四系孔隙型潜水主要赋存于③含卵石粉质粘土层中,③含卵石粉质粘土属弱透水层，水量不大，为上部主要含水段。①杂填土层也属于弱透水层，仅局部地段含上层滞水，总的水量不大。其余各粘土层总体属于弱～微透水层，水量不大。第四系孔隙型潜水主要靠大气降水、地表水及其他地下水侧向径流补给，潜水稳定水位为351.88 m～352.55 m；，根据区域水文地质资料结合场地地形、地貌特征判定场地地下水的年变化幅度约2.0 m～3.0 m。

灰岩层中由于溶洞发育，连通性较好，属强透水层，富水性好，岩溶水主要地下水侧向径流补给，根据该场地对GK14和GK22号钻孔岩溶水位观测为45.30 m和47.66 m，水位标高为328.58 m～326.92 m，水位变化幅度约2.0 m。岩溶裂隙水属于承压水，与上部潜水水力联系不明显。

根据《1/2.5万龙岩盆地供水水文地质勘探报告》和本次钻探资料表明，受区域构造影响，场地岩体破碎、裂隙发育，为地下水的良好通道，特别是可溶性的岩石破碎带是地下水活动较强烈地段，导致岩溶发育，基岩中有良好的排水通道。

1.5 场地主要岩土层工程特性及空间分布的主要特点

1)素填土呈松散状、工程性能差，厚度大，最厚达19 m；分布范围广，约占场地面积的1/2；

2)含卵石粉质粘土，呈可～硬塑状态，压缩性较低，力学强度较高，工程性能较好，埋深和厚度变化大，场地内均有分布；

3)强风化砂岩，呈碎块状，压缩性较低，力学强度较高，工程性能较好，厚度大场地内均有分布；

4)强风化泥岩，呈土状，压缩性较低，力学强度较高，工程性能较好，厚度大，场地内均有分布；

5)中风化灰岩，呈短柱状，力学强度高，工程性能好，埋藏深，多在80 m～90 m；

6)场地属埋藏型岩溶，溶洞上覆岩层为土状泥岩及碎块状砂岩(不可溶岩层)；场地溶洞强烈发育，约占钻孔总数的38.3%，溶洞充填率为83%。溶洞高度在1.80 m～45.10 m间，溶洞埋深在20.80 m～79.10 m之间，充填溶洞具有埋藏深浅不一，溶洞高度变化大，分布范围广，局部见有空溶洞。

2 基础选型方案设计思路

2.1 基础选型

拟建建筑物最大单柱荷载约18 000 kN,基底平均荷载约600 kN/m2。根据场地岩土层分布特征及上部建筑荷载及地下室埋置情况，天然基础及复合地基显然无法满足上部荷载要求，需采用桩基础。当采用嵌岩桩时，由于场地属埋藏型岩溶，溶洞上覆岩层为土状泥岩及碎块状砂岩，而可作为桩基持力层的中风化灰岩埋藏较深，桩长大部分达80 m～90 m，必需穿越充填溶洞(含角砾粉质粘土)及空溶洞，并在岩溶水位以下(45.30 m～47.66 m)，在充填溶洞、空溶洞、岩溶水的影响下桩基施工过程极易产生漏浆、塌孔、缩径、偏锤、斜孔等情况，无论是采用旋挖成孔还是冲击成孔的工艺，都会产生基础施工造价高、成桩难度大，施工工期长。经济效益较差等问题。若能采用短桩+筏板的基础型式可有效避开充填溶洞及岩溶水对施工的影响。则可大幅缩短桩基施工工期，降低工程造价，提高经济效益。

2.2 采用短桩+筏板的基础型需注意和解决的问题

因场地岩溶强烈发育，属建筑抗震不利地段。该场地属于埋藏型灰岩的岩溶强烈发育的不良地质作用分布区域，溶洞顶板岩体基本质量等级多为Ⅴ级，由于拟建物的荷载较大，应考虑岩溶的不稳定影响。

采用桩筏基础，需选用厚度大、工程力学性能稳定的土层为桩端持力层，并对有影响的溶洞进行加固处理，以消除溶洞等对地基稳定性的影响。

2.3 短桩+筏板基础的设计、估算及对可能影响地基稳定性的岩溶处理方案

1)地基变形计算。

根据公式：

计算确定影响深度约50 m。

2)单桩竖向承载力特征值估算：根据公式Quk=(qpkAp+u∑qsikli)计算，当桩长30 m～35 m时，以⑤强风化泥岩或⑥强风化砂岩为桩基持力层时单桩竖向承载力特征值介于4 100 kN～4 600 kN之间。

3)桩间距及有效桩长估算：为充分利用各岩土层的桩侧阻力及桩端阻力，尽量减少桩的长度及密度，以期达到经济合理并能满足上部荷载及变形要求，最终采用正方形均匀布设，桩间距为3 m，有效桩长则根据岩土层分布情况调整，大多在20 m～30 m。

4)对有影响的下卧层充填溶洞(含角砾粉质粘土)进行注浆处理，注浆孔间距2.5 m,注浆有效压力为2 MPa，水比灰0.4～0.5，处理深度为筏板基础以下50 m。地基处理完毕后按相关规范进行并检测注浆效果。

5)由于下部存在空溶洞，对基础的稳定不利，对空溶洞进行低压注浆地基处理。

6)为防止部分桩基础承载力达不到设计要求，在桩基施工时下入注浆管，以孔底后注浆来增强桩基础承载力。

3 注浆效果检测、试桩及桩基检测

经检测，注浆后的下卧层充填溶洞(含角砾粉质粘土)重型动力触探值均不小于3击，注浆效果达到设计要求。

采用旋挖成孔工艺施工10根直径1 000 mm的灌注桩，有效桩长20 m～28 m。施工完成后对10根钻孔灌注桩进行了单桩承载力及桩身完整性检测，单桩竖向抗静载试验值取值为6 000 kN，在最大荷载作用下桩顶累计沉降为12.08 mm～18.24 mm，单桩承载力满足要求，桩身完整性检测采用低应变反射波法，受检的所有钻孔灌注桩桩身连续、完整，均为Ⅰ类桩。