岩溶地基基础实例分析

□ 赵印良 许祖妹 赵鹏宇

1   工程概况

拟建场地位于广西崇左市天等县城西南面，天宝南路西侧、环城大道东侧，为灰岩地区，岩溶中等至强烈发育［1］。拟建项目总用地面积69976.49m2，建筑占地面积19100.92m2，总建筑面积300260.85m2，计容面积244917.72m2，不计容面积55343.13m2［2］。拟建项目包括1栋10层酒店购物中心、12栋25层住宅楼、1栋26层住宅楼、商业铺面、车库、架空层、垃圾池、厕所和地下室等，20m为黄海高程基准，地下室及上部结构采用框架结构或剪力墙结构，拟建建筑物平面布置详见图1。

图1 总平面布置图

2   工程地质条件

2.1 场地岩土层分布及其性质

根据地面地质调查，钻探揭露和试验等资料综合分析，场地地层岩性自上而下为第四系耕表土和第四系残积成因的红黏土，下伏地层为泥盆系（D）石灰岩，根据钻探揭露，场地地基土层自上而下详细叙述如下：

（4）石灰岩④层（D）：中风化，呈灰白色、灰黄色，有溶蚀痕迹，隐晶结构，局部风化为砂状，厚层状构造，属于较软岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为IV级，岩芯采取率60%～80%，岩芯采取率较差，岩芯呈碎块状、个别短柱状。溶蚀风化较强烈，局部有夹泥现象，该层溶洞为中等发育。该层顶面埋深0.80m～12.70m，标高423.07m～435.47m，层厚0.30m～7.00m。

（6）石灰岩⑥层（D）：灰色，中风化—微风化，隐晶结构，主要物质成分为方解石，厚层状构造，属于较硬岩，岩体较完整，岩体基本质量等级Ⅲ级，岩芯采取率80%～95%，岩石质量指标较好，岩芯呈长柱状、短柱状或碎块状。主要结构面类型为裂隙和层面，结合好，层面一般无充填，节理裂隙面多由方解石脉充填。该层溶洞为中等发育，溶洞为软塑—可塑黏土全填充。本次勘察未揭穿该层，层面起伏大，该层顶面埋深0.70m～18.00m，标高416.77m～435.96m，钻孔进入该层最大深度为23.20m。

土层分布特征、基岩埋藏条件、岩溶发育状况等如图2所示［2］。

图2 1#楼29-29、5#楼70-70工程地质剖面图

2.2 岩土参数的确定

根据室内试验及现场原位测试结果，并结合地区经验综合取值，岩土设计参数：天然含水率（ω）、天然孔隙比（e0）、压缩模量（Es）为平均值，抗剪强度（Ck、φk）为标准值。各岩土层的fak值根据室内试验成果，原位测试成果，按规范附录C评定，最后结合工程实际综合确定［3］。各岩土层物理力学性质指标建议值见表1 。

表1 各岩土层物理力学性质指标建议值

3   场地水文地质条件

3.1 场地地表水特征

本次勘察期间为丰水期，勘察场地西侧沿环城大道有一雨污排水沟，沟宽约3.00m，深约2.50m，沟内积水0.20m～0.30m；场地西南边有一养鱼池，水面宽约40m×30m，水深0.50m～0.80m；场地东南角及南面分別有两眼泉水，雨天出水较多，旱天水量较小，常年有水渗出。

3.2 场地地下水特征

场地内分布的地下水主要赋存于石灰岩岩溶裂隙中，属岩溶裂隙水，该层水赋存特性与岩层中裂隙分布数量及走向有关，补给来源主要为相邻场地同一含水层的侧向补给，年水位变幅约2m～3m，具有承压性。勘察期间，大部分钻孔出现不返水现象，这部分钻孔遇见有岩溶水，水量局部较大，水位变化较大，各孔钻探完成24h后测得稳定地下水位埋深0.02m～6.27m（标高为431.04m～435.85m），地下水大致由北向南径流排泄，排泄不畅。

4  岩溶地基评价

4.1 溶洞稳定性评价

4.1.1 溶洞对岩石地基承载力的影响

本场地岩溶中等—强烈发育，溶洞是场地岩溶发育的主要形式，本次勘察在钻孔深度范围内，溶洞、溶沟、溶槽发育，溶洞顶板厚度不统一，单层、多层溶洞或裂隙均有存在，洞隙内均为全充填软—可塑状黏土，处于相对稳定状态，溶洞和岩溶裂隙的存在，破坏了岩体的完整性，降低了岩体的地基承载力，因此，在确定有岩溶发育的基岩承载力时应考虑溶洞的不利影响［4］。在采用《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）第5.2.6条的计算式确定岩石地基承载力特征值时，折减系数Ψr取低值。

4.1.2 柱（墩）基础下溶洞稳定性评价

采用石灰岩④层或⑥层作为桩端持力层时，按《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）规定，柱（墩）端下3倍柱（墩）径不小于5m范围内，不得有影响柱基承载力的溶洞发育，若有不稳定溶洞，应对溶洞采取处理措施。

4.1.3 天然地基下土洞和溶洞稳定性评价

勘察钻孔未发现土洞。当基础不是直接置于石灰岩④层或⑥层上时，根据场地形成土洞和岩溶塌陷的条件分析，如建筑物使用期间场地及周边地区不大量采排地下水，不考虑溶洞对地基稳定性的影响，溶洞是稳定的。

4.2 土洞与岩溶塌陷对场地稳定性的影响

场地位于浅覆盖型岩溶地区，勘察钻孔虽未发现土洞，但该地段仍具备形成土洞和岩溶塌陷的条件。应特别注意人工降低地下水将可能加剧土洞的发育和引发岩溶塌陷危害。

当采用天然地基浅基础时，应查明应力影响范围内且不小于5m的深度范围内有无土洞存在，若发现土洞存在，应对土洞采取充填处理措施。

4.3 岩溶治理

根据《广西壮族自治区岩土工程勘察规范》（DBJ/Τ 45—002—2011）［3］表11.1.3判断，场地内溶洞、裂隙发育，多为中等深度溶洞，大多发育在2.00m～30.00m，单层、多层溶洞均有，部分地段为溶沟、溶槽、裂隙等，洞隙内均为全充填软—可塑状黏土，处于相对稳定状态。该场地对高层建筑，建议采用柱（墩）基，以石灰岩④层或⑥层作为持力层，并进行施工勘察，进一步确定岩溶空间分布性质，选择合理的持力层及埋深，当持力层下存在溶洞，且不满足厚度要求时，柱（墩）需穿过溶洞，进入稳定持力层；低层或纯地下室建筑，建议采用独立柱基础，以红黏土②、③层作持力层，并进行钎探，进一步确定是否有土洞，当有土洞时，进行土洞处理。

5   地基基础方案论证

5.1 天然地基

5.1.1 基底岩土组合分析

拟建项目包括1栋10层酒店购物中心、12栋25层住宅楼、1栋26层住宅楼、商业铺面、车库、架空层、垃圾池、厕所和地下室等，±0.00地坪设计标高438.20m（为黄海高程基准），据建筑基础埋深情况，当开挖至基底标高后，从工程地质剖面图可知，基㡳下岩土层组合分布情况如下。

基底岩土层为红黏土②、红黏土③及石灰岩④、溶洞充填物⑤、石灰岩⑥的各类组合，红黏土②、红黏土③、溶洞充填物⑤层（不能做高层建筑持力层）厚度主要为0.00m～5.00m，局部为6.00m～10.00m［2］。

5.1.2 地基土强度及天然地基可行性分析

假定拟建的建筑物住宅每层单位建筑荷重按18kN/m2考虑，商业宾馆每层单位建筑荷重按20kN/m2考虑，地下室每层单位建筑荷重按25kN/m2考虑。则1#、2#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#、13#、15#住宅楼（25层）基础底面处的平均压力值Pk为475kN/m2；3#住宅楼（26层）基础底面处的平均压力值Pk为493kN/m2，16#宾馆楼（10层）基础底面处的平均压力值Pk为225kN/m2。

根据本场地的地形特征，±0.00高程438.20m，高于现地表2.00m～6.00m，地下室埋深按-4.60（标高433.60m）及-6.10（标高431.70m），其有效埋深约0.00m～3.00m，若基底开挖后，基础底面为红黏土②、红黏土③及石灰岩④、溶洞充填物⑤、石灰岩⑥，根据各岩土层物理力学性质指标建议值（见表1）承载力特征值，各土层承载力验算如下：

荷载假定为均布荷载，基础重度按25kN/m3计，则基底压力设计值为：

25层住宅：Pk=25×18+25×1=475kPa

26层住宅：Pk=26×18+25×1=493kPa

10层宾馆：Pk=10×20+25×1=225kPa

单层商辅：Pk=1×20=20kPa

纯地下室：Pk=25×1=25kPa

按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）5.2.4条公式、表5.2.4～7及《高层建筑岩土工程勘察规程》（JG 72—2004）A.0.1条公式、表A.0.1-1～2对地基强度进行验算：

（1）地基基础持力层为红黏土②：

可见能满足10层宾馆、单层商辅、纯地下室承载力要求，不能满足25、26高层住宅承载力要求。

（2）地基基础持力层为红黏土③：

可见能满足10层宾馆、单层商辅、纯地下室承载力要求，不能满足25、26高层住宅承载力要求。

5.1.3 基础方案选择

根据地基岩土强度、地层分布，拟建宾馆（10层）、地下室、一层商铺、车库、厕所、垃圾站基底各土层（除耕表土层）均满足上部荷载要求。拟建高层（25、26层）住宅楼基底持力层下为红黏土②、红黏土③、溶洞充填物⑤，强度不能满足上部荷载要求。基底持力层下为石灰岩④、石灰岩⑥时，能满足高层住宅楼上部荷载要求。

高层（25、26层）住宅建筑，采用独立柱墩基础，以石灰岩④、石灰岩⑥为持力层。宾馆（10层）基底下各土层（持力层）虽然满足上部荷载要求，但红黏土②、红黏土③分布不均，不宜采用筏板基础或条型基础，仍采用独立柱墩基础。拟建场地岩溶发育，局部地段的柱（墩）持力层埋深较大或穿过溶洞进入较深持力层，虽满足桩基础概念，但仍按独立柱（墩）基础考虑。地下室、一层商铺、车库、厕所、垃圾站，基底各土层（持力层）均满足上部荷载要求，采用独立柱基础或条基，以红黏土②、红黏土③、石灰岩④、石灰岩⑥为持力层。

5.2 墩基础

根据拟建建筑物结构和场地岩土工程地质条件、基础施工条件、环境和经济分析等综合考虑，拟建高层住宅楼宜采用独立柱（墩）基础，以石灰岩④、石灰岩⑥为持力层。墩基端进入持力层深宜大于0.50m，且应满足稳定性要求。墩基施工，对于持力层埋深较大或穿过溶洞进入较深持力层的，人工施工困难的，可采用机械施工，如正反循环钻孔、旋挖钻孔、冲孔等方法，参考灌注桩方法进行施工［5］。

对于持力层埋深较大或穿过溶洞进入持力层较深的柱（墩），虽然满足于桩的概念，但仍按柱（墩）基础考虑。

5.3 墩竖向承载力

（1）基础开挖到基底面，按规范分别对持力层石灰岩④、石灰岩⑥进行岩基载荷试验，确定承载力。

（2）用机械成孔施工的墩基础，按桩的检测方法，进行单墩载荷试验，确定承载力。

6   结语

（1）该岩溶地基基础类型采用墩基础形式，是最经济合理、安全可靠的基础形式。

（2）墩基础按桩基要求进行了试验、检测，承载力、变形符合要求，满足上部荷载。

（3）采用墩基形式，设计平均墩高（长）为3.45m；如果采用桩基形式，设计平均桩长大于12.00m。经过分析比较，墩基形式基础比桩基形式基础施工造价少4500万元，节约工期6个月。