岩溶发育地区建筑基础岩土勘察分析与探讨

刘云林　刘海敬

摘要：本文通过实例，对岩溶发育地区建筑基础岩土勘察分析及基础支护提出了建议，以供同业参考。

关键词：岩溶发育地区；岩土勘察分析；基础形式与基坑支护建议

1.前言

近年来，随着城市建筑工程建设的飞速发展，岩溶地区的岩土工程问题越发突出。岩溶在很大程度上影响着建筑的稳定性，如果岩溶区地基处理不得当的话，就会使建筑物失去应有的稳定性。因此，研究岩溶地区勘察的方法及岩溶地区地基加固的处理技术非常关键。笔者曾参与某岩溶发育地区建筑基础岩土勘察工作，该项目场地附近东边位于阶梯状的比较矮的小山坡脚，地势明显中间相对较低，比较平整，东边和西边相对偏高，落差大概有5m，所在地貌属于丘间谷地和残丘垅岗单元。该项目建筑物地上28层，地下二层，下面就对该项目基础岩土勘察分析及基础支护提出了建议，以供类似工程参考。

2.岩溶地区水文地质构造

（1）岩土分层。根据我们这次勘察的资料显示，该项目场地岩土层按从上而下的方法划分，可分为第四系（Q^ml）填土层，冲、湖积成因（Q₄^al+pl～Q₃^al+pl）淤泥、粉质黏土、粉细砂、粗砂和坡残积成因（Q^dl+el）粉质黏土和黏土，石炭系下统石蹬子组（C₁ds）石灰岩。该场地地下岩溶较发育，经用钻孔的方法勘察发现，该项目地下溶洞埋深在13.50m～20.60m，洞高0.50m～2.80m，而且该项目地下的溶洞大多是空的，没有什么填充物，局部为流一软塑黏性土和少量岩屑等充填。上覆土层内有土洞分布。岩体差异风化作用强烈，岩土互层状结构特征明显。

（2）该项目水文地质情况：经勘察分析，地下含水介质主要在基岩和第四系土层中，根据各自的特征，分为基岩裂隙水、孔隙性潜水和上层滞水，主要是降水渗入补给给下水。在勘测中，实测到钻孔静止水位于0.10m～4.50m。采取抽水试验进行检测后发现，各单孔涌水量Q=8.42m³/d和Q=13.22m³/d。因为地下岩溶不是均匀分布，在一些岩溶通道和裂隙欠发育的地段基本无水，水主要集中在岩溶和裂隙通道发育的地方。

3.建筑基础岩土工程分析

（1）岩土的工程性质。第①层一杂填土，局部为素填土，属新近堆填，成分复杂，多属欠固结，承载力低，工程性質差，如果用管桩基础，就不利于施工；第②层一淤泥，流塑，承载力低，不适合做该建筑基础持力层；第③层粉质黏土、黏土，软塑一坚硬，以可塑为主，层厚变化大，（3-1）层呈软塑状，土质软弱，工程性质差，承载力低；（3-2）-（3-4）层可塑一硬塑土，层厚变化大，虽说有一定的承载力。也不宜当作该建筑基础持力层；第④层砂层，呈透镜体状局部分布，为主要含水层，没有足够的承载力，更不适合做该建筑基础的持力层；第⑤层粉质黏土（黏土、粉土），软塑一硬塑，以可塑为主，层厚变化大，具有一定承载力，不宜作拟建高层建筑物的基础持力层；第⑥层粉质黏土（黏土、粉土），软塑一坚硬，以可塑、硬塑为主，具有一定的承载力，但该建筑物是28层建筑，地下2层，这种土层还是不宜做该建筑的基础持力层；第⑦层一微风化石灰岩，岩体较完整，岩石天然单轴抗压强度高，分布范围广，埋深变化较大，在5m-20m的跨度，局部还伴有溶洞出现。该层可作为该建筑物基础的持力层，但在运用过程中还要相当注意，对于浅桩还应加大其桩径或桩与持力层的接触面，以达到稳定坚固的效果。

（2）地基均匀性分析。根据勘察，该项目地质基岩面不规则，起伏比较大，以石灰岩为主，微风化岩则深埋在10.20m-21.10m，彼此相差比较大，岩溶发育局部呈多层分布（见场地溶（土）洞分布一览表）；另外，整个项目场地还伴有石芽、鹰嘴岩、溶洞等分布，岩溶现象较发育，用桩基施工的话，可能会出现半悬桩、悬桩、滑桩等系列的质量问题，当荷载达到一定程度后，有可能发生桩基失稳的情况。

在上面的地层中，也发现有土洞的情况，假如施工过程中，大量抽排地下水时，有可能引起地表沉降现象发生，将对工程施工产生不利影响，影响工程进度。

该项目地质结构比较复杂，基岩相对不平整，凹凸比较多，坡度相对较大，埋深相对说悬殊，岩溶洞多且分布没有规律。根据勘察分析，岩石抗压的相对强度值不稳定，变化比较大。该项目基础下地基不是很均匀，如采用桩基础施工，难度比较的大。场地溶（土）洞分布一览表

（3）项目基础稳定性分析。根据勘察和分析，该项目基础岩溶地质构造未发现有断裂存在，基岩整体比较完整，整体力学性能也比较好，根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）有关规定和我们对岩土性能的综合分析，该项目基础土为Ⅱ类，属中软土。

4.建筑基础形式与基坑支护方案的选择

（1）该项目基础支护型式的选择。根据勘察数据及与该地区基础支护方案的比对分析，对该项目基础支护提出了两个方案：一个是人工挖孔灌注桩施工方法，这种工法的优势在于对施工设备没有太高的要求，对场地周边建筑和人民生活没有太大的影响，在进行挖孔施工过程中，我们可以很直观地看到岩土层的变化，方便施工人员可以随时观察情况；另外挖孔后对于孔底沉渣清除比较方便且彻底，全部桩可以同时开挖，彼此不影响施工，这样施工速度就可以大大提升，整体施工成本也容易控制，成本相对低，成桩质量好，成桩后检测结果显示，单桩承载力大，性能比较稳定。该项目所在场地基岩变化较大，埋深也相对较浅，桩打不了很深，成桩的难度比较大，为了保证基础的承载力达到要求，通过扩大桩端直径处理的施工方法，这种方法的优势在于在满足单桩和单柱承载力的同时，还可以大大提高桩端基岩的承载力，还可以减少混凝土的用量。另一种方法是当场地的地下水位保持在一个较高的位置，而第四系松软土层影响桩基施工的可靠性较大的情况下，可以考虑预应力混凝土管桩基础。该工法的优势主要是：施工工效快，工期短，成本相对较低，成桩质量保证，方便检测，可以很好地减小由于地下水位的影响，降低第四系松软土层对桩基的影响。综合分析后，该项目场地基岩埋深变化较大，这就给成桩带来了难度，桩长也较短。根据基岩的性质，桩端持力层必须是：如果强风化岩必须连续厚度5m以上才可以，中等（微）风化基岩面必须厚度达到1.5m以上，而且桩端进入持力层的深度必须符合规范和满足设计要求。该项目桩的长度大概是5m-10m居多，最长的预计可达20m左右，压桩方法可以静压或锤击。

（2）项目基坑支护设计方案。该项目基坑深度预计是5m～10m，安全等级为二级，根据勘察资料显示地下水相对埋藏不深。基坑开挖土层主要是上层人工填土、黏性土和碎屑岩风化残积土，基坑底板大部分位于可塑一硬塑的粉质（黏土）层上。该项目建筑物地上28层，地下二层，属于高层建筑和深基础工程，为了保证施工质量安全，该项目采用喷锚+放坡开挖支护相结合方案，在基础容易变形的地方，增加了预应力。该项目基坑东边有市政管线，有一直径qb800mm混凝土水管，与基坑相距大约1m，为避免基坑施工影响水管的安全，在这个地方我们采用排桩和锚杆支护措施。其他三面场地没有什么影响，采用放坡开挖的形式，这比较简单，节约项目成本，放坡率应控制在1：1.25～1：1.50。

5.建议

综上所述，根据地质勘察分析，该项目建设场地的地质构造相对复杂，桩基础的持力层选择上比较困难，基岩微风化岩的埋深参差不齐，溶洞也较多，而且分布没有规律可循，选取微风化岩作为桩的持力层，桩深也从5m～20m不等，为了使成桩质量得到保证，我们建议该项目，在基础施工方案确定后，还应运用桩位超前钻探勘察，从而再一次确认桩端持力层的情况，使成桩的质量更有保障。另外，在进行基坑开挖时，应做好基坑的沉降观测，对于东面有水管的情况下，应随时观测，保证基坑开挖不影响水管。同时，基坑内如有积水应及时排出，以方便开挖施工，开挖出来的土应及时清理，从而减少基坑顶部的荷载，以保证整个建筑基础的安全，为后续施工提供安全保障。