岩溶地区地基基础的应用分析

　　1岩溶概况、形态及形成原因

 

　　我国岩溶地貌分布比较广。主要分布在广西、贵州、云南东部和广东大部区域，面积约90～130万平方公里。深圳市龙岗区中心城位于广东省南部，属于岩溶发育活跃区域。

 

　　岩溶地貌又称喀斯特地貌。它的形成是具有溶蚀力的地下水对可溶性岩石进行溶蚀长期作用所形成的，岩溶地貌分布在世界各地的可溶性岩石地区，约占地球总面积的10%。可溶性岩石有三类：①碳酸盐类岩石；②硫酸盐类岩石；③卤盐类岩石，其中我国以碳酸盐类岩石（石灰岩、白云岩、泥灰岩等）为主。同时伴有土洞，土洞是岩溶作用的产物。

 

　　岩溶主要形态有溶洞、溶沟、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗及钟乳石等，是岩溶发育过程中形成。岩溶发育是缓慢和持续的，但在建筑物使用年限内可认为是不变的。

 

　　2岩溶地区地质情况探查及其施工问题

 

　　结合我区自二〇〇五年以来工程建设情况，总结并加以分析，认为勘察设计阶段应着重解决基础选型问题。工程地质勘察的目的是为设计和施工提供工程地质依据。但在岩溶地区岩石面高低起伏变化大，岩石面无连续性和规律性，表层岩层往往十分脆弱。普通的地质勘探难度大，很难反映场地的岩溶情况，常常无法完全满足设计要求，通常在施工过程中还要对场地环境进行复查（施工超前钻），给地基处理及基础选型方案的选择带来很大难度。结合利用传统钻探孔，将部分孔加深作为电磁坡发射及接收井，即可实现由点到面（剖面）的探查成果，也就是我们通常所说的地质雷达。由于岩溶的形态和特点岩溶地区工程实践中经常遇到下面的情况：1、钻探或冲（钻）孔桩作业时，发生漏浆、漏水、塌孔、卡钻、埋钻、掉钻、偏孔；2、同一承台，桩长相差甚大，数米到十余米；3、地质钻孔见岩与钻（冲）桩见岩不一致；4、出现超长桩；5、冲、钻孔桩出现涌水、涌砂、冲锤掉入土洞；6、地面塌陷，相邻建筑出现不均匀沉降导致墙体开裂而影响使用；7、同桩抽芯，几个钻孔芯样完全不同；8、桩底沉渣等现象。

 

　　3岩溶地区主要地基处理原则地基基础处理的比选

 

　　岩溶不良地质构成的岩溶地基常常引起地基承载力不足、不均匀沉降、地基滑动和塌陷等地基变形破坏。随着越来越多的工程兴建在岩溶地区，岩溶地基问题就成为工程建设中的突出问题，加强岩溶地基稳定性分析评价，采用合理、经济的地基处理措施，有着重大的意义。

 

　　岩溶地基分析评价过程的一般步骤为：实测洞体→几何模型→力学模型→数学模型→计算方法→结论。其核心内容是力学模型、数学模型及计算方法的研究。近年来在该领域内的研究取得较大进展，对岩溶空洞地基稳定性的分析评价经历了从定性→半定量→定量的过程。

 

　　定性评价法适用于初勘阶段选择场地及一般工程地基稳定性分析评价，包括综合分析法、经验比拟法。

 

　　半定量评价方法：1、顶板厚跨比法；此法常用于稳定封闭溶洞。不考虑顶板形态、荷载大小和性质，根据近似的水平投影跨度L和顶部最薄处厚度h，求出厚跨比h/L，作为安全厚度评价依据。2、估算顶板安全厚度法。

 

　　定量评价法：岩溶地基稳定性研究的发展趋势，必将是由定性到定量，由平面到三维的过程。

 

　　地基评价不能满足稳定性要求时，需要对地基进行适当的处理。一般对地基稳定有影响的岩溶洞隙，应根据其位置、大小、埋深、围岩稳定性和水文地质条件综合分析、因地制宜的采取下列处理措施：

 

　　（1）对洞口较小的洞隙，宜采用镶补、嵌塞与跨盖等方法处理；

 

　　（2）对洞口较大的洞隙，宜采用梁、板和拱等结构跨越。跨越结构应有可靠的支承面。梁式结构在岩石上支承长度应大于梁高的1.5倍，也可采用浆砌块石等堵塞措施；

 

　　（3）对于不稳定溶洞、风化裂隙破碎的岩体，可采用灌浆加固和穿过等措施；

 

　　（4）对规模较大的间隙，可采用洞底支撑或调整柱距等方法处理。

 

　　采用桩基在岩溶地基上建造高层建筑需要面对一系列特殊问题，如持力层的稳定、溶槽溶洞处理、同一承台下长桩与短桩的应力应变协调问题等。基础问题不但会严重影响安全、工期和造价，有时甚至成为工程成败的关键。而目前规范规程中涉及岩溶桩基的技术规定甚少，设计与施工依据不足。下面概述一下岩溶地区主要使用的桩基型式。

 

　　3.1冲孔灌注桩--冲孔灌注桩适用于地下岩溶发育且有多层溶洞，但溶洞洞径小，洞顶壳壁薄的地质情况，这种桩可冲（钻）穿溶洞。有经验的施工人员可以在施工过程中从冲击声中察觉到顶板的厚度，由此判断是否已到达持力层。为稳妥起见，可在桩位先做超前钻，查清洞穴情况，再将冲击钻冲至满足设计要求之岩层。但在地下有大溶洞存在的情况下，不宜用这种桩，以免浇灌混凝土时，造成混凝土流失且难以控制。由于冲孔是靠钻头的自由落体运动形成的冲力来成孔的，所以冲孔桩还适用于开口裂隙多的地质情况，冲击钻所造成的桩孔垂直度好。

 

　　3.2钻孔桩--钻孔桩的成孔直径大，一柱一桩，受力清楚，施工方便，适用于单桩荷载大、地下有孤石，夹层分布，岩溶表面不平的情况，用这种桩能钻穿孤石、夹层，将桩端可靠地支承在持力层上，桩端的嵌岩情况也好。但钻孔桩不宜用在溶岩裂除多，溶沟多的基岩中，因为施工中容易造成卡钻、钻杆沿溶岩斜壁偏斜，以至打偏等现象。

 

　　3.3群桩--当岩溶表面极其复杂，但岩溶表面上履盖有较厚沙土层时，如果采用以上各种桩型都难于施工或保证成桩质量和安全度的情况下，群桩不失为解决此类复杂地质情况的一种有效选择群桩的桩端并不一定要求支承在变化极其复杂的岩面上，只要在群桩桩端体的压力泡，能有效搜盖基岩面，即有坚硬的下卧层即可，这样就避开了复杂变化的基岩表面对桩基造成的危害或潜伏的危害。采用静压预制管桩作为群桩是较好的一种方式。

 

　　3.4复合地基--对于建筑荷载较小，土层较厚，土洞较多，岩面起伏大，采用复合地基处理可避免直接应用天然地基时的沉降量大和承载力小的问题。复合地基部分土体被置换成增强体，由周围地基土共同承担荷载，目前在工程实践中多采用深层搅拌桩或刚性桩作为增强体。地基竣工验收应进行压板载荷试验，一般承载力可以达到220kPa左右。

 

　　4今后工程实践中要着重研究解决的问题

 

　　4.1勘探方面要解决钻探与物探如何更好的结合的问题。可以考虑将部分钻探孔加深兼作跨孔电磁波CT扫描成像技术孔；提高物探解析的准确度及精度；对土洞、溶洞的形态，形成由线到面再进入三维的立体映像，辅以岩层的产状、夹层的岩性等，以提供给设计人员一个明晰的认识。

 

　　4.2努力探寻适应岩溶地区的基础型式。

 

　　①发展桩端喷浆、后注浆技术；

 

　　②改善桩头的嵌固能力；

 

　　③发展与岩面有良好接触应力的夯扩桩，提高施工效率；