岩溶地基稳定性评价及基础处理方案

罗信豪

（贵州省地质矿产勘查开发局一〇四地质大队，贵州 都匀 558000）

我国有超30%的地区以岩溶地貌为主[6]，其中湘、贵、黔、滇、川为主要分布地。随着近年来我国经济的飞速发展，基础建设水平大幅度提高，城镇人口密度及建筑密度变得越来越大。工程勘察中，岩溶对地基稳定性的评价就显得尤为重要，而最有效的方法就是查清岩溶的空间分布情况，科学地分析岩溶对地基的影响，结合工程情况，在保证安全的前提下采取针对性处理方案来降低施工难度，节约工程造价。

1 工程地质条件

拟建建筑为地下2 层、地上26 层的高层建筑，建筑结构为框架结构，基础荷载最大为9 000 kN/柱，建筑底板标高为792.50 m，属于沉降敏感建筑。拟建场地位于都匀市西山大道东侧，勘察前进行平整，属山地斜坡岩溶地貌。场地附近地表水体为其东面的剑江河，流向为自北向南，二者相距约700 m，勘察期间河水位标高为773.5 m，丰枯季节变化为3～5 m，场地勘察深度内未见地下水发育，故工程建设不受地下水影响。

1.1 地层岩性

根据工程地质勘察结果，场地土层已全部被挖除，场地范围内基岩出露，岩性为二叠系茅口组（P2m）石灰岩，呈中厚层状，其岩体较完整，节理、裂隙较为发育。通过室内试验，场地岩石饱和抗压强度标准值为38.9 MPa，根据钻孔声波测试成果，结合相关规范及地区工程经验，地基承载力特征值按0.15 进行折减，经折减，其为5 835 kPa，建议按5 800 kPa 设计使用。

1.2 地质构造

场地位于华南板块扬子陆块江南复合造山带黔南坳陷区的都匀南北向隔槽式褶皱变形区。结合实地调查及都匀幅地质图（比例尺1 ∶50 000），该场地范围内无活动断层通过，场地内基岩层呈单斜产出，倾向为97°左右，倾角为60°左右，地质构造条件简单。

2 岩溶发育特征及地基稳定性评价

2.1 勘探点的布置

根据《贵州省建筑岩土工程技术规范》（DBJ 52/45—2018）的相关规定，预估基础底面积小于2 m2，按岩溶地基“一桩一孔”的原则布置勘探点[2]。

2.2 岩溶发育特征

实地调查及钻孔资料显示，场地及周围地表无岩溶塌陷、漏斗、泉眼等，相邻钻孔基岩面高差均小于2 m，共施工32 个钻孔，其中6 个钻孔遇见溶洞，钻孔遇溶洞率为18.75%，串珠状溶洞发育深度最大为19.9 m。综合考虑，判定本场地岩溶发育程度为中等发育[3]。岩溶发育特征如表1 所示。

表1 岩溶发育特征

2.3 地基稳定性分析

通过钻探资料分析，建筑场地共有5 个柱位与溶洞位置重合。针对溶洞对基础稳定性的影响，采用定性分析+定量分析的方式进行综合判定，若溶洞对基础稳定性无影响，则无须进行处理，如有影响，则应对溶洞进行处理或采用安全合理的基础处理方案。

2.3.1 定性分析

场地岩层为石灰岩，属硬质岩组，呈中厚层状，场地无断裂、褶曲发育，不受地下水影响，地震基本烈度为6度，拟建建筑荷载大，为重要建筑物，而部分溶洞顶板厚度较小。经综合判定，岩溶发育区溶洞对地基稳定性的影响较大。

2.3.2 定量分析

场地顶板岩层为石灰岩，其强度较高，本次分析通过抗剪、抗弯结果对溶洞顶板进行稳定性评价[4]。根据顶板厚度及裂隙切割情况、岩体物理力学指标、建筑荷载等情况进行计算[1]，如弯矩小于抗弯强度、所受剪力小于其抗剪强度，判定其溶洞洞室顶板为稳定，反之则为不稳定。下面分析满足条件的岩层最小厚度计算方法。

裂隙在支座处，顶板岩层较完整时，按简支梁计算弯矩，如式（1）所示。当顶板岩层和支座均较完整时，按两端固定梁计算弯矩，如式（2）所示。顶板有裂缝且顶板两端的支座岩石坚硬完整时，按悬臂梁计算弯矩，如式（3）所示。

式中：M为弯矩，kN·m；p为溶洞顶板承载的总荷载，为顶板岩体自重、顶板上部土体自重、建筑荷载及其他附加荷载之和，kN/m；l为岩溶溶洞的跨度，m。

根据顶板岩层抗剪能力计算方法，溶洞顶板岩层的安全厚度计算公式为

式中：H为溶洞顶板岩层的安全厚度，m；fs为支座处的剪力，kN；S为岩体计算抗剪强度，按岩石允许抗压强度的1/2 取值，KPa。

根据顶板岩层抗弯能力计算方法，溶洞顶板岩层的安全厚度计算公式为

式中：b为计算弯矩位置处梁板的宽度，m；σ为岩体计算抗弯强度，按岩石允许抗压强度的1/8 取值，KPa。

3 基础方案及施工方案的确定

3.1 基础方案分析

根据分析，ZK3、ZK25、ZK29 及ZK32 溶洞顶板岩层厚度小于安全厚度，溶洞对地基稳定性影响大；ZK6 及ZK25 溶洞顶板岩层厚度大于安全厚度，对地基稳定性无影响。结合场地地质条件，建议拟建建筑采用稳定中风化石灰岩层作为地基基础持力层，相应基础形式为独立基础（ZK29 除外），由于基槽开挖难度小，为节约成本，建议选用人工开挖方式。

针对ZK29 溶洞，提出两种基础方案。方案一采用桩基础，桩底需要穿越溶洞底板；方案二通过补充钻孔查明柱位周边岩溶发展规模与趋势，采用梁板结构跨越溶洞。由于其他基础均为独立基础，施工方式均为人工开挖，如果，ZK29 基础选用桩基础，其深度较大，属于危险性较大工程，因此建议采用方案二。

3.2 补充勘察

为查清岩溶发育规模与趋势，结合建筑柱位分布情况及前期勘探资料，在ZK29 钻孔周围沿轴线方向共补充6 个勘探孔（编号ZK29+1～ZK29+6），补充勘察平面布置如图1 所示，补充钻孔地质剖面分析如图2、图3 所示。

图1 ZK29 补充勘察钻孔平面布置

图2 ZK29 接近岩层倾向方向补充勘察剖面图

图3 ZK29 接近岩层走向方向补充勘察剖面图

结合前期勘察及补充勘察成果分析，ZK29 柱位竖向上有5 个溶洞分布，呈串珠状，仅接近地表有1个溶洞高度较大，且溶洞向外扩展范围较大；其他溶洞规模较小，扩展范围均较小。

3.3 基础方案的确定

根据勘察成果，结合岩溶溶洞的定性与定量分析，最终确定除ZK29外，其余柱位基础均在原位进行施工，基础形式为独立基础，基础嵌岩深度不小于500 mm[5]。同时，针对ZK3、ZK25 以及ZK32，其基础底部应穿越溶洞底板以下不小于500 mm。针对ZK29，该柱位溶洞对外影响范围有限，建议沿岩层走向在柱位外2 m 处（ZK29+1 和ZK29+2 处）分别做一个承台，用梁板跨越溶洞处理，梁式结构在岩石上的支撑结构高度不小于梁高的1.5 倍。

4 结论

岩溶地区地基稳定性分析主要是评价岩溶溶洞对地基稳定性的影响，需要查明岩溶分布、溶洞顶板厚度、洞体高度、洞内是否有填充物等岩溶特征，结合水文条件、岩石强度、岩石完整程度及裂隙发育情况等地质条件，采用定性分析+定量分析的方法进行综合评价，根据影响程度的不同，采用安全、科学、经济的基础施工方案，做到勘察技术先进、经济合理，确保工程质量，提高投资效益[3]。