溶洞地区基础设计处理探讨罗运明

溶洞地区基础设计处理探讨罗运明

罗运明

广东华方工程设计有限公司广东东莞523073

摘要：强发育岩溶区溶洞发生概率和数量大，溶洞位置随机不确定。溶地区勘察周期长，勘察范围要比普通地区的范围要大很多，要视溶洞的大小深度选择基础形式，同时考虑上部结构形式与高度，各种因素造成地基造价很高，因此溶地区勘察设计一直是工程勘察和结构设计的难点。本文结合具体工程项目，重点研究了基础设计处理问题。

关键词：溶洞地区；基础设计；管桩；灌注桩；施工

1岩溶概况、探查与地基处理原则

1.1岩溶概况

所谓岩溶地貌，是指地表和地下形态的总称，是由溶解水溶解可溶性岩石而形成的，又称岩溶地貌。主要有溶蚀作用，包括侵蚀、淹没侵蚀和流水崩塌。我国岩溶地貌分布广泛，面积大。主要分布于碳酸盐岩（灰岩、白云石、泥灰岩等）出露区，面积91-130万平方公里。主要分布在广西、贵州、滇东、粤北等地，是世界上最大的溶地区之一。

1.2岩溶探查

在岩溶地区地表波动较大，地表岩层往往十分脆弱。普通地质钻探是非常困难的，很难反映溶现场的情况，往往不能完全满足设计要求，往往在施工现场环境审查的过程中，对地基处理、基础选型方案的选择带来很大困难，造成施工周期长，工程成本较高，施工质量也很难得保障，所以在岩溶现场勘察工作不能简单。对钻探的依赖和对地球物理勘探的忽视应结合起来，并相互证实。电磁法可以探测基岩和土洞的埋深，划分上覆松散沉积序列和风化带，利用井间电磁波计算机断层扫描技术探测地下洞穴、隐伏断层和断裂带。结合传统的钻孔，利用部分深孔作为电磁坡的发射井和接收井，实现点对面的勘探效果。勘探的深度和宽度应根据初勘及已勘探的孔位情况，进行及时加大加宽。加宽的宽度建议以溶洞深度的一倍扩大。并应特别注意勘察是否有岩石生长及生长发育进度。

1.3溶洞地区基础设计原则

溶洞地区的基础设计选型，应根据工程地质情况、结构荷载、施工缓急程度、施工可行性以及投资控制等因素来综合确定。溶洞地区的基础设计基本采用两个方案：①避让溶洞。建筑及基础在平面上避让溶洞往往是不现实，通常在竖向上避让溶洞，即是尽量不采用有溶洞岩层作为基础持力层，采用溶洞上覆较好土层作为持力层，或经处理后承载力较高的土层作为基础持力层，同时采用施工勘探技术，确保溶洞上方预留足够厚度的上覆土层，保证基础稳定及安全。②穿越溶洞。采用嵌岩灌注桩时，灌注桩桩底应保证具有足够厚度的完整岩层，而溶洞地区岩层表面通常不规则布置着大小不一的溶洞，此时灌注桩必须穿越溶洞到达较完整及稳定的岩层作为桩底持力层。穿越溶洞通常采用冲（钻）孔灌注桩或是沉孔灌注桩施工，当桩长较小，桩侧土层较好时也可适当采用人工挖孔桩。

2溶洞地区基础选型分析

依据溶洞区基础设计的基本原则，在溶洞地区普遍采用天然地基和复合地基、预应力管桩基础、嵌岩灌注桩等建筑基础。以上三种基本形式都有各自的优点，但也有各自的局限性或缺点。天然地基，它的适用性很强，施工也比较简单便洁，经济性能也较突出。预应力管桩基础，它的施工较快，经济性能也较好。嵌岩灌注桩，它承载力很高，沉降比较低。以下进行上述基本形式的详细说明。

2.1天然地基与复合地基

选型以浅基础为主，避免干扰岩层中的溶洞，大大减少工程投入和施工时间。当楼层数量少、荷载小时，自然地基是首选的。基础形式如果是独立、条形和筏板基础的，就可以依据特定荷载和工程地质做出选择。天然筏板基础可用于较高的建筑层。筏板基础，它的整体性好，也比较适用、施工方便等特点。一般适用于多层和高层建筑。对于具有抗浮问题的地下室和裙房，可以采用抗浮锚杆筏基来解决抗浮问题。溶洞区浅层土层为平原填土、淤泥质或淤泥质土，可采用刚性桩或亚刚性桩进行地基处理。刚性桩与次刚性桩的组合可以有效地调整复合地基的刚度，保证塔楼、裙楼和纯地下室基础的均匀变形。例如，柳州市一个村庄的翻新住宅区，抵抗上浮的水位较低，塔区层数多，荷载较重，采用嵌岩灌注桩基础，裙楼和地下室采用天然地基筏。基坑支护不仅满足工程要求，而且基础和基础的不同形式满足刚度调平设计原则。

一些溶洞区中在覆土层会有土洞存在的情况，设计过程中一定要加引注意。在施工前，应该实施合理的保护措施，提高稳定性。勘探方法可以依据洞室密度，然后再确定施工的方法。根据土洞埋深的深浅，采取不同的方法处理。较浅时可采用开挖换填或强夯法对土洞进行塌方处理；较深时可采用注浆的处理方法。

2.2预应力管桩基础

当浅层地基承载力较低时，浅基础不能满足建筑结构压力时，宜采用预应力管桩。预应力管桩是标准化生产，质量可靠，施工速度快，成本相对较低，可做高层建筑的首选。摩擦桩或端承摩擦桩适用于预应力管桩基础，粘性土层适用于桩端持力层，避免桩端支护在溶岩层上的岩层。当岩层上方有深厚的粉土、淤泥质土或薄的或可能不存在的粘土或砂质土时，可选择全风化或强风化岩层作为管桩的持力层，并应注意管桩靴的选择。为了更好地控制管桩的施工质量，应设置一定数量的施工超前钻孔。溶洞地区基础施工中应避免溶洞和土洞的干扰。管桩的打桩方法应为静载，施工后应注重桩的质量和承载力。预应力管桩基础的应用不仅节约了工程造价，而且保证了施工速度的加快，使混凝土结构的密封日期提前了一个月。它创造了巨大的社会和经济价值。在溶洞区采用预应力管桩时，应特别注意溶洞基岩上覆土层中存在渗透性好的砂层。当有渗透性好的砂层时，当该地区没有预应力管桩的工程经验时，应认真采用或减小管桩的设计承载力，施工阶段孔隙水压力和密实砂层对管桩承载力的影响应及时注意，管桩的最终压力值应尽量增大，以保证孔压和密实砂层消散后管桩的承载力满足设计要求。对于有抗浮要求的纯地下室、裙房、预应力管桩，可以提供更有效的拔出摩擦力。在广州某机场工程中，溶洞发育的部分地区基岩上普遍存在渗透性较好的中砂层。主体结构采用嵌岩灌注桩，地下室管沟区采用预应力管桩抗浮，预应力管桩持力层中等。预应力管桩在粗砂卵砾石层抗浮中的应用，不仅降低了工程资本的投入，而且加快了基础工程的进度，提高了经济效益。

2.3嵌岩灌注桩基础

在建筑荷载较大时，没有有效的土层作为预应力管桩的桩端持力层，可以使用嵌岩灌注桩基础。嵌岩灌注桩承载力高，沉降小，稳定性好，但造价高，施工速度慢。对于大型公共建筑，柱间距往往较大，柱底轴向力很大。例如，在广州的一个机场项目中，岩溶洞穴是在地质上发育起来的。柱间距为18米，平梁结构宽度3-5层。柱底部的最大轴向力为70000千牛。如果采用预应力管桩，桩数大，承台平面尺寸和厚度大，但灌注桩可以非常适合这种结构。为了充分利用灌注桩的混凝土抗压强度，灌注桩多采用嵌岩桩，桩下桩数少，承载力大。因此，应特别注意灌注桩的设计参数、施工质量、检验（抽芯、超声波、落差观测等）。在溶洞强烈的地区，常有串珠洞或深洞。依照规范要求，灌注桩底部必须保证一定深度的完整岩层，从而使灌注桩进入持力层的深度较大，大大增加了施工难度。为了减少沉桩量，加快施工进度，通过理论计算和优化设计，可以考虑桩间岩层的承载力，减小下部灌注桩的直径。

3溶洞处理

溶洞治理的目的是阻断溶洞与外界的直接渗漏通道，防止水土流失。填充洞穴中的空隙，防止洞穴壁坍塌。对洞内充填的欠固结软土进行加固，可以防止软土在附加应力和自重的作用下发生较大的固结沉降变形，使充填材料与洞壁之间产生过大的空隙，在一定程度上提高了承载力的特征值。

溶洞处理的质量要求：通过灌浆处理，裸露的土洞和溶洞体不再出现空洞；堵塞溶洞体的渗透通道，减少覆盖土层的土壤侵蚀，防止土洞的再次发生；通过静压灌浆，填料的强度可改善洞室流动状态和软塑性状态，或达到软塑性状态，提高洞顶稳定性。满足设计要求。结束语：

总之，溶洞区域建筑基础设计与施工都是比较复杂的。基础设计的选择必须以科学原则为基础，认真分析地质条件，对比比较各类基础类型的适用性、施工可行度和经济性。溶洞区地质揭示程度低，不同溶洞区溶洞性质不同。溶洞地区的基础设计，要与当地基础形式和施工方法进行充发结合，不断提高施工质量，深度进行检测工作，促进建筑地基的安全可靠性。

参考文献：

[1]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011）.中国建筑工业出版社，2011.

[2]《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）.中国建筑工业出版社，2008.

[3]《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2016）.中国建筑工业出版社，2016.