岩溶地区某多层框架结构地基基础设计与施工探讨

徐永波 (安徽省建筑设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230001）

1 工程概况

本工程为广西贵港市的某商业综合体，南北向长200m、东西向宽146m，地上3～4层，地下部分区域为单层地库，部分无地下室，总建筑面积约106140m2，其中，地上建筑面积85184m2、地下建筑面积 20956m2，建筑高度19.60m。本工程抗震设防分类为重点设防类，设防烈度为6度，Ⅱ类场地，基本地震峰值加速度值为0.05g，反应谱特征周期为0.35s，设计地震分组为第一组。

2 地质资料及地勘岩溶发育程度

场地上覆土层依次为人工填土（Q4ml）杂填土、第四系更新统冲洪积（Q3al+pl）次生红黏土、下伏基岩为石炭系（C1）石灰岩。本工程天然地基的持力层为破碎石灰岩和完整石灰岩，其岩性特征如下[1]。

杂填土①：成份以粘性土、淤泥为主，夹杂建筑垃圾、碎石、角砾等，局部可见植物根系，堆填时间大于5年。杂填土成杂色、松散状，稍湿、土质不均匀，结构松散，未经夯实及碾压不能作为持力层使用。

硬塑红黏土②：呈现褐红色、褐黄色、黄色，呈稍湿、硬塑状，局部夹杂少量砾石，韧性中等，干强度高。

可塑红黏土③：呈现黄色，场地内局部分布。

破碎石灰岩④：深灰色、灰色，风化强烈，节理裂隙发育，岩芯破碎，岩芯被溶蚀，一般呈碎块状，块径20mm～80mm不等。岩石坚硬程度属较软岩，岩体完整程度属破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级。本层承载力特征值为2400kPa。

较完整石灰岩⑤：深灰色、灰白色、灰色，中等风化状态。岩石单轴饱和抗压强度标准值为41.51MPa，岩石坚硬程度属较硬岩，岩体完整程度属较完整。该层在场内全部区域均有分布，为场地稳定分布地层，勘察时未钻穿该层，最大揭露厚度14.7m，平均层厚5.39m。本层承载力特征值为4000kPa。

④、⑤层岩内分布有大量溶洞，溶洞属空洞或半～全填充溶洞，填充物主要为黄色、灰色黏性土，呈可塑状～硬塑状[1]，溶洞形式多样且高度大小不一。

详勘揭露的岩溶发育情况及典型溶洞分布如表1和图1所示。

图1 地质及典型溶洞分布图

岩溶发育情况汇总表 表1

3 基础设计探讨

3.1 施工勘察

根据广西地标《岩溶地区建筑地基基础技术规范》（DBJ45/024-2016）及地勘报告的要求，地基基础施工前需进行施工勘察，施工勘察采取超前钻。

与一般性土地区基础设计不同，岩溶地区详勘每根柱子下均有勘探点。设计按详勘点进行基础初步设计，确定每根柱下基础形式，然后由设计与勘探共同确定施工勘探点。施工勘探点的勘探根据《岩溶地区建筑地基基础技术规范》（DBJ45/024-2016）的相关规定执行。本工程地基溶洞发育程度为中等，即便是临近约1m，岩石面也有较大差异，为确保施工过程中补充勘探点过大及结构安全，大部分柱下均布置5个探孔，仅对荷载较小的柱下布置三个孔。为避免同一柱下基础探孔的差异性，要求勘探深度截止标准为较完整岩厚度≥7m。

3.2 基础选型及设计

本工程基础持力层为④层破碎石灰岩或⑤层较完整石灰岩，场地溶洞发育程度为中等，无地库区域基础方案为独基或桩（墩）基，有地库区域基础方案为独基或桩基+防水板。本项目大部分柱子的轴力4000kN～6500kN之间，少量柱6500kN～9000kN；持力层为④层破碎岩和⑤层较完整石灰岩。本工程柱子尺寸为 600×600～800×800。

对于无地库区采用独立基础时，因地基承载力很高，基底面积较小，一般在柱边45°冲切锥体范围内，类似于《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）中无筋扩展基础，但《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）中表 8.1.1注 4提出当基础底面处的平均压力值＞300kPa时，尚应进行抗剪截面验算。《广西建筑地基基础设计规范》（DBJ45/003-2015）对于 H/B1≥2时规定了计算方法，而未对2≥H/B1≥1作出规定，本工程在设计时参考了同样岩石性质的《贵州建筑地基基础设计规范》（DB22/45-2004）、《重庆建筑地基基础设计规范》（DBJ50-047-2016）中的做法，本工程已于2018年竣工并投入使用，至今完好。H、B1详见图2。以上地标基础抗剪截面验算时，均引入与台阶高宽比（相当于剪跨比）相关的系数，公式形式不同，但结果基本相同，当高宽比=1时，系数为0.7，与一般性土的受剪验算公式一致。

图2 无地库区域柱下独立基础剖面示意图

笔者认为，对于岩石地基上的筏板基础，进行基础的抗剪计算是有必要的。

对于有地库部分采用独立基础+防水板基础形式时，独基设计与无地库区域不同。基础设计时，须验算水浮力作用的基础冲切，详见图3。因此在防水板厚度一定的情况下，独立基础平面尺寸由水浮力冲切控制，故独基几面尺寸不能太小，独基厚度由冲切及配筋等因素决定，独基抗剪验算易满足。

图3 地库区域柱下独立基础剖面示意图

本工程桩（墩）基按当地习惯做法，采用机械旋挖成孔灌注桩，为嵌岩桩。本场地溶洞（沟）主要为属空洞、半～全填充溶洞。溶洞（沟）顶板多为岩体破碎、节理裂隙发育的石灰岩，表明拟建场地岩溶发育程度较强，溶洞顶板的稳定性较差，属于浅覆盖型岩溶。因此在设计时只考虑嵌岩段承载力，不考虑持力层以上桩侧阻力。桩基设计时，须保证桩身全截面进入⑤层完整岩深度及桩下完整岩厚度≥5m。针对施工勘察中揭示的桩基四周分布不同情况[1]，如桩位于石芽形芽尖、位于山坡中间、位于山谷中间等情况适当加深全截面嵌岩深度。必要时须补充施工勘察，若出现桩基钻孔后发现无法满足上述条件，则须在柱周补充勘探，采用两桩或多桩承台。本工程桩下岩层的差异性大，施工、设计、勘探需全程进行配合，设计根据施工勘察及施工修改是本工程的一大特点。

另外溶洞顶盖稳定性计算也是岩溶地区基础设计的重要特点。本工程基础下出现溶沟，溶沟上方覆盖层厚度约为5m，独立基础位于溶沟上方，经施工勘察，溶沟深度大于40m，覆盖层的稳定性直接影响结构安全。溶洞的稳定性计算目前分为定量计算和半定量计算，目前《广西岩溶地区地基基础规范》（DBJ45/024-2016）及《重庆建筑地基基础设计规范》（DBJ50-047-2016）等规范均推荐了半定量计算方法，但计算前提是尽可能探明溶洞（沟）跨度及覆盖层情况。

图4 溶沟分布图

4 岩溶地区桩基施工及典型问题的处理方法

岩溶地区桩基础施工主要存在的问题：不同位置随着桩下溶洞形式不同，成孔时间不同，成桩工艺各不相同；成孔困难，成孔后孔内塌方，甚至造成场地内塌方；因本场地内④层破碎石灰岩及⑤层完成石灰岩强度高，钻头损耗大，且容易发生滑移，因此桩基施工工艺是设计不可回避的问题，现就相关问题总结如下。

①本工程桩基施工采用泥浆护壁的工艺，此种方式带来地下水的变化，特别是后期出现了塌方情况，现场图片及平面范围见图5。

图5 塌方情况

塌方位置处于建筑场地内，采用片石+黏土回填，然后在柱周边增加勘探点，探明柱周边情况后设计两桩或多桩承台。

②对于溶洞高度小于6m的情况，采取泥浆护壁一般能顺利成孔。若遇小量塌孔时采用填充C15，采用抛入粘土、片石后挤压，后进行二次成孔。

③溶洞高度大于6m时采取增设钢管护壁，但本工程场地下岩溶面倾斜角较大，会出现钢护筒滑入溶洞中，甚至套筒不知所踪；采取的成桩工艺是抛片石+粘土、粘土+水泥拌合物、回填C15混凝土然后在成孔，有时需要须填充、成孔多次反复方能成孔。

④岩面坡度较大时，施工中若钻孔位置发生偏移，待上层斜岩穿透后填充片石或C15混凝土后二次成孔。

⑤浇筑混凝土时，混凝土顺着联通的溶洞（沟）流走，超灌量达到数倍的情况下仍无法成桩，此种情况下不易继续浇灌混凝土，须补充施工勘探，采取两桩甚至多桩承台。

5 总结

岩溶地区岩层分布差异巨大，而从调研情况看，当地物探技术应用并不成熟，故发展适应于当地岩层情况的物探技术将会给土建工程的设计、施工带来很大便利；而施工勘察是详勘的必要补充和修正，是设计院对每种特殊情况，采取既方便施工，又经济可靠的设计方案的必备条件。

另外，在岩溶地区的基础设计前进行充分调研必不可少。对岩溶地区地基处理各地规范都提供了一些方法，而各地的方法有差异，具体设计时，须具体情况具体分析。本工程大部分区域为3层框架，荷载并不大，但占地面积大；规范中提供的充填法、跨越法、注浆法却并不适用，这正是建立在对当地项目充分调研的基础上分析得到。而具体设计时，也会碰到当地规范未尽之处，也需要建立在对当地设计调研外加试验的基础之上方能完成。

岩石地基上的独立基础设计与一般性土上的基础设计略有不同；桩基设计须考虑场地条件与施工过程造成的原有岩（土）体平衡状态的改变带来的工艺改变，且需要关注桩基施工全过程。

基础施工也是设计需要重点关注的环节。本工程已按详勘选择了不同的溶洞样式选择了试成桩，但后期随着土方开挖、地下水的变化等造成施工难度增大，设计须密切关注成桩情况，并做出相应调整。桩基施工质量很大程度上取决于工人操作，须加强监理。为保证工程桩施工的质量，工程桩完整性检测采用低应变、超声波、钻芯3种方法进行检验，并加大静载试验的抽检比例，从抽检结果看，施工效果良好。

总之，岩溶地区基础设计需充分调研，勘察、设计、施工的全过程配合与调整，方能对每种特殊情况采取既方便施工又经济可靠的设计方案。