岩溶地区桩基工程的岩土工程勘察分析与探讨

2019-10-20徐青

砖瓦世界·下半月 2019年6期

徐青

摘要：溶岩发育地区对工程建设影响较大，可通过适当的基础形式及地基处理方式消除其不良影响，一般采用嵌岩桩基方案。可根据拟建场地的岩土特征及分层，进行桩基持力层比选，并进行岩溶地基评价，验算溶洞顶板的抗冲切承载力，同时需考虑成桩可行性。

关键词：岩溶地区，桩基工程，岩土工程勘察

岩溶地区由于长时间的岩溶作用导致岩石表面有很多的溶沟溶槽，岩石上面有很多的由于湿热条件下形成的红黏土。其中包含有可溶性岩层，如碳酸类岩层、硫酸类岩层和卤素类岩层等，这些岩层受水的化学溶蚀和物理侵蚀作用而形成洞穴沟槽、空隙以及被切割成各种形态的岩体。溶沟溶槽的很多表面都是凹凸不平的，一般都是红黏土填充其中，导致一般条件下不能够形成良好的建筑物地基基础，溶岩发育地区对工程建设影响较大。

岩溶地区的工程建设一般可采用桩基工程，嵌岩桩方案，当桩身范围内岩溶发育，往往存在成孔质量不稳定、浇注时混凝土大量流失等风险，当桩端范围内遇溶洞时，使得桩基对竖向变形极为敏感，一旦出现过量变形，将直接影响桩端岩溶顶板厚度的稳定性，情况严重时可能导致溶洞塌陷，对整个工程建设产生致命危害。

一、拟建场地简介

拟建场地位于贵阳构造溶蚀盆地东缘，根据地层岩性、地质构造及塑形营力性质等因素，区内地貌类型可分为溶蚀地貌、溶蚀—侵蚀地貌两大成因类型，其中，溶蚀地貌类型占主导地位。拟建场地地貌类型属溶蚀峰丛谷地地貌，现状为斜坡沟谷地段，地面标高1100m左右，地势总体两端高、中间低，有一定起伏。

根据区域地质资料及实地工程地质测绘，拟建场地位于扬子准地台黔中腹地贵阳复杂构造变形区，具体位置为贵阳向斜轴部北端东侧，地质构造较复杂。贵阳地区以碳酸盐岩为主，次为碎屑岩，第四系覆盖层一般较薄，下伏侏罗系、三叠系、二叠系、石炭系、泥盆系、志留系等地层，岩性以灰岩、白云岩为主，次为泥质灰岩、泥质白云岩、砂岩、泥岩、页岩等。

二、勘察目的及工作方法

岩溶地区工程一般需查明场地的区域地质、水文地质及工程地质条件并进行分析与评价;需详细查明场区范围内岩溶发育情况，评价岩溶对工程的影响;评价可能的桩基持力层，提供桩基设计参数，为确定桩型、桩长、估算单桩承载力等提供依据;并进行成桩可行性分析，评价桩基施工对周围环境的影响。

对于可溶岩地区的桥梁桩基工程，勘探孔一般按一桩一孔布置。揭露溶洞时，钻探深度应根据工程需要适当加深。勘察工作方法一般按照有关规范并结合地区工程实践进行，主要采用：工程地质调绘、钻探、波速测试、电阻率测试、标准贯入试验等多种勘察手段，并同时采取一定数量的土样、岩样进行室内岩、土试验。

三、岩土特征及分层

拟建场区处于岩溶槽谷中，碳酸盐岩分布较广，因城市建设其原始地貌形态大部分已改变，未见明显岩溶洼地、落水洞、漏斗等。根据勘察揭示，场地下伏基岩以灰岩为主，岩面附近多发育溶沟、溶槽、石芽，岩体内发育溶洞、溶蚀破碎带、溶蚀裂隙。场区岩溶基本位于厚1～10m的覆土之下，属覆盖型岩溶。场区岩溶形态为沿裂隙、层面溶蚀扩大为岩溶化裂隙或小型洞穴，裂隙连通性差，少见集中径流，常有裂隙水流，岩溶发育强度分级总体为弱发育。

根据勘察揭示，拟建场地的岩性特征由新至老主要包括第四系覆盖层（人工填土层（Qml）及残坡积層（Qedl））及基岩（三叠系下统罗楼组（T1l））。人工填土层以杂填土为主，含大量碎石，夹少量红黏土，结构中密～密实;残坡积层为灰黄、褐黄色红黏土，可塑状;三叠系下统罗楼组为灰色薄～中厚层泥晶灰岩，偶夹砾屑及瘤状灰岩，见遗迹化石及扰动构造，岩层呈单斜状，地质构造简单，岩层产状105°∠10°，与下伏岩层整合接触。

四、桩基工程分析与评价

（一）基础持力层选择

杂填土层具高压缩性，承载能力及均匀性较差，稳定性差;红黏性层具中等压缩性，承载力及均匀性较一般，稳定性较差，遇水后各项指标急剧下降，工程性质急剧变差，具膨胀性;洞穴堆积层主要以软塑或流塑状黏土为主，稳定性及均匀性差;强风化灰岩（溶蚀破碎带），溶蚀现象强烈发育，稳定性及均匀性差，均不能作为拟建工程的基础持力层。

中风化岩层呈薄～中厚层状，地层分布连续稳定，岩层层面较平缓，地层均匀性相对较好;场地内基岩不存在临空条件，不具备滑移条件，基岩地基整体稳定性较好。场地下伏基岩为可溶岩，局部有溶洞分布，经适当的工程处理后，可作为建筑物桩基的持力层。

（二）基础型式建议

根据勘察成果，对中风化基岩埋深浅的桥梁墩台，可比选采用明挖扩大基础或桩基础，对中风化基岩埋深较深的，可采用桩基础。设计可根据桩板结构实际的基础型式、荷载条件及场地地层分布特征，结合工程地质剖面图，确定适宜的桩端入土深度，考虑基岩面起伏情况，建议适当增加嵌入深度。

（三）地基稳定性评价

拟建工程采用中风化基岩作为桩基持力层，中风化岩体连续稳定，厚度较大，对岩溶发育地段可采用穿越处理，使桩端位于地基稳定、均匀、无岩溶发育地层。

（四）岩溶地基评价

依据《贵州建筑岩土工程技术规范》（DB22/46-2004）第7.3.2条当基底面积小于溶洞平面尺寸时，可按冲切锥体模式验算溶洞顶板的抗冲切承载力。岩石极限抗拉强度标准值初步确定时可取0.05倍岩石饱和单轴抗压强度，基础底面以下的溶洞顶板厚度h大于1.7d（d为溶洞直径）时，可不考虑溶洞的影响。参照重庆地方规范《建筑地基基础设计规范》（DBJ50-047-2006）进行抗冲切承载力计算：

顶板岩体抗冲切承载力计算公式：Fl=0.24flumh/（λ+0.5）

对于矩形基础：um=2（b+l+2λh）;对于圆形基础：um=（d+λh）π

验算时应符合下式要求：Fl≥F+G+Vmγ

式中：Fl—顶板抗冲切承载力特征值;F—相应于荷载效应基本组合（分项系数取0.1）时，上部结构传递至基础顶面的竖向力值，本工程按设计取8000kN;G—基础自重和基础上的土重;λ—冲跨比，λ=tanθ，取λ=0.3～0.5;um—冲切破坏锥体在h/2高度处的周长;Vm—冲切破坏锥体的体积;l，b—矩形基础的长边与短边边长;d—圆形基础的地面直径;h—基础地面以下洞穴顶板的厚度;γ—洞穴顶板岩石的重度;fl—岩体抗拉极限强度标准值。

顶板岩体抗冲切承载力计算见下表：

根据上表计算结果，对中风化灰岩，岩体抗冲切厚度不小于3.0m，但考虑其溶洞侧壁可能存在顺层临空面，地基附加应力作用范围较深、时间效应等因素，建议岩溶顶板厚度在基底以下不小于4.0m。基础下浅埋岩溶洞隙呈开口状或顶板不满足稳定性要求时，可炸开洞隙顶端，清除填充物，回填素混凝土（洞体较小）或回填毛石混凝土（洞体较大），对基底下宽度不大的深溶槽，可清除槽内一定深度的填充物，洗净岩壁，横截刻槽，嵌入钢筋，回填混凝土或水泥砂浆，必要时，对于基底的破碎岩体可采用灌浆加固。若溶洞顶板有效岩体厚度不足，可采用桩基穿过溶洞置于洞底稳定岩体内。

（五）桩型选择及成桩可行性评价

根据本次勘察成果资料，拟建场地主要分布土层为杂填土和红黏土，部分区域土层厚度较大，开挖过程中容易出现孔桩侧壁垮塌，采用人工挖孔具有一定的安全隐患。场地下伏基岩为中风化基岩，为含水层，勘察期间场地稳定地下水位埋置于设计路面标高以下，但是部分基础底面标高低于地下水水位标高，孔桩开挖后揭露的水体以潜水为主。拟建场地岩溶弱发育，对桩基的施工有一定的影响。在常见桩型中，钻孔灌注桩具有较好的可钻性，能够在各种地层条件中施工。钻孔灌注桩以其低噪音、对周围环境影响较小、无挤土效应、工效快、相对安全等特點，在基础工程中得到广泛应用。考虑到以上条件，建议采用机械钻孔灌注桩。考虑到填土层容易垮塌，成孔难度大，建议采用套管跟管钻进，保证孔桩侧壁的稳定性。

（六）桩基施工注意事项

1、浅部土层以人工填土及可塑状红黏土为主，施工过程中容易出现孔桩侧壁垮塌或缩径，施工过程中应加强监控，及时采取钢护筒跟进或回填片、块石（混凝土）处理垮塌;

2、桩基浇筑过程中出现混凝土超方问题时，为避免断桩，应做好相应的应急处理方案;

3、在桩基施工过程中，严格控制施工质量，避免坍孔、扩孔和沉渣过厚等问题;

4、对质量控制应注重预防为主，即在施工前做好充分准备工作，制定相应的防范措施;

5、施工过程发现与勘察报告有异时或岩性变化较大时，应与勘察单位及时联系，必要时进行施工勘察;

6、加强对施工质量的监管及施工单位的自监。

（七）地质环境风险分析

1、拟建场地不良地质及特殊岩土发育，主要地质风险因素有：岩溶、地面塌陷以及杂填土和红黏土。

2、拟建场地岩溶弱发育，岩溶水径流、排泄条件复杂，施工时易发生岩溶突水（突泥）等现场，甚者引发地面沉降、岩溶塌陷。

3、红黏土层分布区，遇水后物理力学性质会急剧变差;局部杂填土，钻孔灌注桩成孔时容易塌孔，在开挖出现临空面以后，施工支护处理不当易引起边坡溜坍，甚者对既有建（构）筑物产生影响。

五、结语