砂砾岩超高层建筑地基的溶洞处理

张志浩，杨剑晖

（广东省建筑设计研究院，广东广州510010）

砂砾岩超高层建筑地基的溶洞处理

张志浩，杨剑晖

（广东省建筑设计研究院，广东广州510010）

建筑高度266m的超高层建筑拟采用变厚度筏板基础，但由于场地揭露溶洞体量大、数量多且位于砂砾岩地区，比较罕见，因此溶洞处理成为地基基础设计的重点和难点。该文详细描述非常规溶洞揭露历程及溶洞处理的失败教训和成功经验，供同类地基处理参考。地基处理后，按照相关规范进行检测，结果表明：对不同区域、深度、大小的溶洞采取有针对性的方法是合理有效的。

溶洞处理；砂砾岩；超高层；非常规

0 引言

溶洞的处理方法很多，根据其位置、大小、埋深、围岩稳定性、场地水文地质特征等综合分析，因地制宜的采取处理方法，常用的有填垫法、加固法、跨越法等[1]。

1 工程概况

万博中央商务区数码产业总部商业楼项目，位于广州市番禺区。项目规划建设用地约3.52万m2，总建筑面积约37.7万m2；地上三栋超高层办公建筑和多层商业建筑，其中A#塔楼位于地块北边，建筑高度为266m，采用钢筋混凝土框架-核心筒结构形式。±0.00标高相当于广州城建高程标高27.80m，地下四层，底板面标高为-22.50m。场地建筑总平面图见图1所示。

图1 建筑总平面图

2 发现及探测溶洞的历程

2.1 详勘阶段

场地地貌类型属风化剥蚀残丘，场地基岩出露，大部分为白垩系沉积岩层，沉积岩层理发育，基岩中夹有硬塑状残积土和土状强风化砂砾岩。根据71个钻孔的详勘报告，底板底地基土主要为中、微风化岩，局部夹硬塑状残积土和强风化岩，地质条件总体上较好。

地质资料显示场地有3个钻孔揭露溶洞，见洞率4.2%。揭露的岩溶发育程度为微发育，洞内全充填，充填物主要为流塑状粉质粘土夹中风化岩块，钻进速度快，钻具稍加压即自重下落，孔内有全漏水现象，溶洞可能为砂砾岩层内钙质物被侵蚀流失后所致。

根据勘察报告及建筑条件，由于场地开挖后揭露的溶洞均被挖除，此阶段基础设计未考虑溶洞的不利影响。基础采用变厚度筏板基础，核心筒处筏板厚3.0m，框架柱承台厚2.4m，其余筏板厚1.4m，基础布置如图2所示。

2.2 第一次超前钻阶段

施工阶段，在A#塔楼范围内布置25个钻点（如图2第一次超前钻点所示），对墙柱位置进行了有针对性的超前钻探，以探明筏板下方的地质情况。结果显示：塔楼筏板下方钻孔A8、A14、A15、A20、A23（钻孔点填实心者）共5个钻孔揭露溶洞，见洞率达20%。

2.3 物探阶段

结合第一次超前钻结果，由于揭露溶洞较多，考虑到建筑的重要性，采用钻探与跨孔弹性波CT法相结合的方式对塔楼及周边范围内的场地补充地质物探，以查明溶洞、溶蚀裂隙、软弱夹层、断裂构造的发育、分布的空间形态及连通性。A#塔楼范围内物探布点及溶洞揭露平面图如图2、图3所示。

图2 钻探布点及钻点溶洞揭露平面图

图3 物探布点及溶洞揭露平面图

结果显示：筏板下方区域存在38个岩溶发育区（图3中溶洞编号为R1-R38）；场地内线岩溶率为24.6%、见洞率为28.9%，场地岩溶强烈等级属中等-强烈。

2.4 潜孔锤处理阶段

根据前期报告，采用潜孔锤成孔+压力注浆方式对塔楼较大溶洞进行处理，注浆后抽芯检验，如图4所示：芯样部分区段不连续、呈块状或短柱状，可知溶洞处理效果不理想，溶洞处理未能达到设计要求。分析原因主要有：（1）钻孔+压力注浆法与高压旋喷桩复合地基相似，GB/T 50783-2012《复合地基技术规范》[2]条文说明：高压旋喷桩复合地基对于硬黏性土含有较多块石或大量植物根茎的地基，因喷射流可能受到阻挡或削弱，冲击破碎力急剧下降，切削范围缩小，影响处理效果；（2）由于溶洞或裂隙不规则，在同一位置的不同标高存在多个溶洞时，添加的速凝剂由于快速凝固，阻止砂浆往下扩散。

图4 岩溶R7第一次处理后抽芯图

2.5 第二次超前钻阶段

由于初次溶洞处理不理想，而且揭露的溶洞较多，为深入、准确地掌握地质情况，塔楼范围补充超前钻探，进一步探明溶洞情况。根据前期钻孔及建筑条件布置钻点，其终孔条件为当设计基底以下揭露连续完整的桩端持力层岩层（或强度更高之岩层）厚度达11m时，超前钻方可终孔。结果显示：99个钻点中有21个揭露溶洞，见洞率21%，见图2第二次超前钻点。

3 最终地质情况

该项目基础底板以下区域基本为中、微风化基岩，基岩岩性为砂岩、砾岩、花岗岩。砂岩为粉砂结构，泥质、铁质、钙质胶结，层状构造，局部岩芯多夹砾岩，岩性分界面附近风化极不均匀。砾岩一般为砾状结构，主要为钙质胶结，砾石成分主要为硅质岩，部分岩芯有溶蚀现象。花岗岩主要为花岗结构，块状构造，岩质较硬。根据地质资料，结合超前钻、物探、潜孔锤等阶段中所掌握的地质情况可知，基岩存在溶洞、裂隙发育区段、浅表强风化薄弱层等不利地质问题。钻探揭露溶洞见于砂岩、砾岩的分界面附近。

如图3所示，揭露的38个岩溶中，洞高最高8.31m，最低1.14m；洞跨最长10.34m，最窄1.25m；洞顶距底板面最高16.43m，最低1.12m；洞底距底板面最高18.71m，最低3.51m；体积估算最大114.87m3，最小0.65m3；预估溶洞总体积443.53m3。岩溶大多数无充填物或少量充填，极少数为半充填；充填物均为松散岩块、砾石、砂等。

4 溶洞处理

对不同区域、深度、大小的溶洞分成三种情况，情况一：筏板底揭露溶洞、浅层裂隙或夹层的区域；情况二：核心筒及框架柱位置下、较浅或较大的溶洞以及岩体裂隙发育区段；情况三：较深且较小的溶洞。根据岩溶发育特征及场地地层条件，结合拟建建筑上部荷载分布、核心筒与框架柱的布置和筏板计算结果提出具体方法有：情况一采用开挖换填：挖除强风化岩体至揭露微风化岩，并采取有效措施对岩面清理干净，然后填筑C30素混凝土，施工后统计超挖部分回填混凝土约3000m3；情况二采用旋挖钻孔灌注混凝土（孔径1200mm、1600mm）充填并穿越溶洞或裂隙发育区段，钻孔充填区域如图5所示，施工后统计超填混凝土量（扣除填孔所需混凝土量后实际灌入溶洞内混凝土量）约为500m3；情况三采用小钻孔密实充填处理，潜孔锤成孔（孔径200mm）后对溶洞进行压力注浆或灌注C30水下自密实细石混凝土。

图5 溶洞位置及处理方法平面图

在对天然基岩采取以上地质处理措施之后，A#塔楼的原地基基础方案可基本保持不变。但考虑到溶洞问题的复杂性及塔楼的重要性，设计上采取加厚筏板（筏板厚度统一采用3.7m）等多项措施进一步提高基础的整体性，形成完整性好、协调差异沉降能力强的筏板。在电算方面，参照文献[3]并适当降低基床系数取值、揭露溶洞较大的位置基床系数再减半，以此近似考虑处理后的溶洞仍可能引起一定的差异沉降的不利影响。

5 地基检测

根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011[4]采用直径为300mm的圆形刚性承压板对处理后地基进行载荷试验，结合上部结构及溶洞处理情况，选取三个布置于原溶洞上的试验点。岩基载荷试验点p-s曲线如图6所示。试验结果表明溶洞处理方法可行、有效，地基承载力满足设计要求。

图6 岩基载荷试验点p-s曲线

6 结语

该项目溶洞处理经历一些波折，最终在业主、设计顾问、施工单位及设计院共同努力下，溶洞处理达到预定效果，为后续工作打下坚实基础。

根据地质资料，项目位于砂砾岩地区，底板底基本排除溶洞存在可能，但后续超前钻探却揭露发育良好溶洞，且见洞率达20%，较为罕见。这充分说明超前钻的重要性，表明设计人员应详细了解场地工程地质和水文地质条件，与施工单位充分沟通、密切关注、及时响应现场反馈条件并进行相应的补充设计，避免由于对复杂地基了解不全而造成设计事故。

溶洞等地质的处理具有很强的经验性，需要各方高度重视，共同研究，在充分了解功能要求和掌握必要资料的基础上，从技术方法的适宜性和有效性、施工的可操作性、质量的可控制性以及经济性等多方面进行论证，通过比较分析，根据建筑实际情况采取切实可行的方案。

[1]金瑞玲，李献民，周建普.岩溶地基处理方法[J].湖南交通科技，2002，28（01）：10-12.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T 50783-2012复合地基技术规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

[3]中国船舶工业总公司第九设计研究院.弹性地基梁及矩形板计算[M].北京：国防工业出版社，1983：288.

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50007-2011建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.

责任编辑：孙苏，李红

KarstCave Treatmentof Glutenite Foundation of High Rise Building

The glutenite site of 266-meter-high building plans to use raft foundation.Since it is exposed to unconventionality karst cave,which is bulky and massive.Karstcave treatmentis the key and difficultpointfor foundation design.This paper describes in detailthe failure lessons and successfulexperience ofthe exposure process and the treatmentofthe unconventionalkarstcave for reference.In accordance with the relevanttesting specifications,it shows thatto apply appropriate methods for karstcaves in differentareas,depths and sizes is reasonable and effective.

karstcave treatment;glutenite;high rise building;unconventionality

TU472.99

A

1671-9107（2017）02-0052-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.02.052

2016-12-13

张志浩（1984-），男，广东河源人，研究生，工程师，主要从事地基基础及多高层结构设计工作。