上履松軟地層的淺覆蓋石灰?guī)r地區(qū)勘察設(shè)計應(yīng)注意的若干問題

李鼎強

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東廣州 510060)

上履松軟地層的淺覆蓋石灰?guī)r地區(qū)勘察設(shè)計應(yīng)注意的若干問題

李鼎強?

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，廣東廣州 510060)

巖溶在我國南方地區(qū)分布較廣，作為一種特殊的不良地質(zhì)作用，一直以來都是工程建設(shè)的棘手問題。隨著城市建設(shè)的發(fā)展，位于巖溶場地的工程建設(shè)項目越來越多，特別是淺覆蓋石灰?guī)r地區(qū)，上履松軟土層時，勘察、設(shè)計、施工均是個難題，一旦處理不當，勢必影響工程的順序開展。本文通過某位于淺覆蓋型巖溶區(qū)的典型項目成功建設(shè)實例，提出了上履松軟地層的淺覆蓋石灰?guī)r地區(qū)，合理的勘察設(shè)計順序及應(yīng)注意的若干問題，為國內(nèi)巖溶地區(qū)開發(fā)建設(shè)勘察設(shè)計工作提供經(jīng)驗。

松軟土層；石灰?guī)r；勘察設(shè)計

1 引 言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，位于巖溶場地的工程建設(shè)項目越來越多，巖溶作為一種特殊的不良地質(zhì)作用，一直以來都是工程建設(shè)的棘手問題，尤其是上履有松軟土層時，勘察、設(shè)計、施工均是個難題，一旦處理不當，勢必影響工程的順利開展。本文所述新建辦公、商務(wù)中心工程位于廣州市大坦沙橋中中路，由A、B、C三個區(qū)組成，其中首期工程A區(qū)包括兩棟16層塔樓、5層裙樓，地下室2層，框架結(jié)構(gòu)，裙樓單柱最大軸力標準值為 13 000 kN，塔樓單柱最大軸力標準值為15 000 kN，單柱下最大抗拔承載力標準值5 000 kN。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，本工程場地下伏基巖為白堊系上大朗山組，巖層總體走向NE20°～30°，傾向NW，傾角10°～20°，屬荔灣單斜構(gòu)造的組成部分；受沉積環(huán)境的影響，平面上砂巖與灰?guī)r呈條帶狀相間分布。巖性復(fù)雜，巖溶發(fā)育，覆蓋層主要為松軟的淤泥、粉細砂層，受西邊地鐵施工影響，曾發(fā)生多起地面塌陷事故，因此，項目上馬之前業(yè)主和設(shè)計單位高度重視，嚴格按照要求，展開了周全的勘察設(shè)計工作。

2 勘察的布置

根據(jù)本工程的規(guī)模和特點以及其所處獨特的地質(zhì)條件，勘察方案由設(shè)計人員和勘察人員共同制定，考慮到基礎(chǔ)施工時應(yīng)采取樁基超前鉆探，詳勘鉆孔布置采用較密的規(guī)則方格網(wǎng)布置，以便對場地進行準確的工程地質(zhì)分區(qū)，共布置鉆孔160個。裙樓、地下室部位鉆孔要求鉆入中等、微風化巖3 m～5 m，塔樓鉆孔鉆入微風化巖5 m，以便準確查明場地巖土層的結(jié)構(gòu)分布及其物理力學性質(zhì)、地下水的埋藏條件及其對建筑材料的腐蝕性；查清不良地質(zhì)現(xiàn)象的發(fā)育分布狀況，從而對場地和地基的穩(wěn)定性及地基巖土的承載力作出評價；提出基礎(chǔ)、基坑支護設(shè)計方案建議，指出施工注意事項，同時為基礎(chǔ)、基坑支護設(shè)計與施工提供可靠的巖土工程參數(shù)。

3 勘察成果資料的分析選用

根據(jù)勘察成果，場地揭露基巖巖性復(fù)雜，主要有泥巖、(泥質(zhì))粉砂巖、細砂巖、礫巖、泥灰?guī)r及石灰?guī)r，上覆厚度不等的第四系沖積淤泥、粉細砂、粗礫砂、粘土、粉質(zhì)粘土等，場地內(nèi)巖性的分布具有較明顯的條帶性，場地內(nèi)存在大量的土、溶洞，主要分布在場地東西兩側(cè)。在進行常規(guī)的巖土工程勘察報告資料整理分析后，重點對場地進行工程地質(zhì)分區(qū)，以便為建筑設(shè)計提供參考。根據(jù)鉆孔揭露溶洞發(fā)育狀況，將場地大致分為三大區(qū)，分別為:Ⅰ區(qū)——巖溶強烈發(fā)育區(qū)，Ⅱ區(qū)——巖溶中等發(fā)育區(qū)，Ⅲ區(qū)——溶洞弱發(fā)育區(qū)，如圖1所示。根據(jù)分區(qū)情況(見表1)，建議調(diào)整原建筑設(shè)計方案，將塔樓位置進行調(diào)整，放在場地中部，即巖溶弱發(fā)育區(qū)，以避開巖溶發(fā)育對基礎(chǔ)施工的影響及降低施工風險。

圖1 巖溶發(fā)育強度平面分區(qū)圖

場地工程地質(zhì)分區(qū)情況表 表1

圖2 49號樁塌陷坑照片

圖3 中微風化巖巖面埋深三維效果圖

4 建筑物的布置

設(shè)計人員拿到勘察成果資料后，發(fā)現(xiàn)原先設(shè)計的塔樓主要集中在場地的東部，即巖溶強發(fā)育區(qū)，而塔樓單柱最大軸力標準值為15 000 kN，對樁基承載力要求更高。根據(jù)以往在巖溶區(qū)設(shè)計的經(jīng)驗，巖溶區(qū)樁基施工，樁徑越大，所需要的樁底穩(wěn)定完整持力層的厚度越厚，場地工程地質(zhì)條件越難滿足設(shè)計要求，經(jīng)多次討論，決定采納勘察報告的建議，將主樓位置進行微調(diào)，放在中部巖溶弱發(fā)育區(qū)，而位于巖溶強發(fā)育區(qū)的裙樓樁基，剛采用減小樁徑，加密樁數(shù)，以達到優(yōu)化設(shè)計，降低施工風險。

5 基礎(chǔ)的選用及地基處理

5.1 基礎(chǔ)的選用

本工程主塔樓16層，裙樓5層，屬大跨度商業(yè)建筑，下設(shè)2層地下室，開挖深度約10 m。基底主要為稍密至中密的砂土，局部夾軟土層，土質(zhì)分布不均勻。因此，天然地基難以滿足上部結(jié)構(gòu)對地基持力層的要求。根據(jù)場地巖土工程條件，結(jié)合建筑工程結(jié)構(gòu)特征，設(shè)計采用沖(鉆)孔樁基礎(chǔ)，樁徑 1 200 mm～ 2 200 mm，選用連續(xù)厚度3倍樁徑(不少于5 m)中微風化巖作樁端主要持力層。同時，樁基施工前應(yīng)進行詳細的樁基超前鉆探，根據(jù)詳細勘察成果資料，按地層分區(qū)界線，具體布孔原則如表2所示。

樁基超前鉆布孔原則 表2

根據(jù)樁基超前鉆探結(jié)果，部分樁位鉆孔在施工深度范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)厚度滿足“嵌巖深度＋3D”要求的穩(wěn)定中微風化巖層，在軟弱下臥層強度及變形驗算許可前提下，充分利用上部較厚層的中等、微風化巖巖體作樁端主要持力層，盡可能減少樁長。但本場地大部分地段中等風化的泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖等碎屑巖及泥灰?guī)r天然單軸抗壓強度一般小于7 500 kPa，設(shè)計時根據(jù)每根樁的詳細巖土參數(shù)經(jīng)詳細驗算，結(jié)合上部結(jié)構(gòu)荷載情況適當調(diào)整樁徑，結(jié)合多樁承臺方式處理。

5.2 地基處理

因本工程砂層厚度大，地下水豐富，且與珠江水有緊密的水力聯(lián)系，水位可能隨珠江潮位變化而波動，在鉆(沖)灌注樁施工過程中遇溶洞，泥漿大量流失，水動力條件急劇變化，水力坡降迅速增大，加上巖溶真空或負壓吸蝕作用，地面塌陷可能隨之出現(xiàn)。溶洞對鉆(沖)灌注樁樁基礎(chǔ)施工的影響很大，灰?guī)r區(qū)鉆(沖)灌注樁施工過程中可能會出現(xiàn)了斜孔、漏漿、孔壁坍塌、卡錘、埋錘和地面塌陷等問題。結(jié)合超前鉆探資料，對已發(fā)現(xiàn)溶洞的樁位預(yù)先進行溶洞注漿處理，以降低樁基施工風險。對不同高度的溶洞采用以下處理方法:

(1)溶洞高度h<1 m，采用拋填黃泥和片石，用樁錘輕打擠壓，堵塞溶洞，同時備足泥漿以便及時補漿。

(2)溶洞高度1 m

(3)溶洞高度h≥3 m，在鉆(沖)灌注樁之前采用超前靜壓注漿對樁周土層加固和溶洞進行充填處理，并使用全鋼護筒方案。

具體的注漿孔布置、注漿成孔要求、注漿工藝要求、注漿施工順序及質(zhì)量檢測經(jīng)專門巖溶處理設(shè)計和施工。在巖溶處理完成后，進行沖孔灌注樁施工，未發(fā)生在勘察階段已發(fā)生的地面塌陷等現(xiàn)象，證明溶洞注漿處理效果明顯，大大降低了原先預(yù)計的沖樁事故。

6 基坑支護方案的選用

6.1 基坑周邊環(huán)境

本工程下設(shè)2層地下室，開挖深度約10 m，基坑面積大。場地東邊為橋中中路，距離約30 m，其余周邊開闊，無大型建筑物。基坑開挖深度范圍內(nèi)的土體包括填土層、淤泥、粉細砂以及中粗砂，基坑底部為中粗砂層。地下水豐富，不具備放坡開挖的條件。

6.2 原通過評審的基坑支護方案

根據(jù)場地巖土工程特征及水文地質(zhì)特征，勘察報告建議采用地下連續(xù)墻＋錨索(或內(nèi)支撐)相結(jié)合進行支護。后基坑支護設(shè)計單位考慮到巖溶區(qū)基坑支護，地下連續(xù)墻風險較排樁大，設(shè)計采用鉆(沖)孔樁＋樁后大直徑攪拌樁止水＋1道預(yù)應(yīng)力錨索＋上部3 m放坡噴錨支護形式。但在基坑支護施工期間，此設(shè)計方案未考慮到地下水對攪拌樁施工質(zhì)量的影響，因地下水太豐富，且存在不穩(wěn)定的滲流場，導(dǎo)致樁后施工的大直徑攪拌樁無法成形，未能有效控制地下水。

6.3 最終實施的基坑支護方案

鑒于原方案施工受阻，經(jīng)設(shè)計變更，基坑支護采用了勘察報告建議的基坑支護方案，即地下連續(xù)墻(局部為已完成施工的支護樁)＋1道錨索＋上部2 m放坡噴錨支護形式。具體設(shè)計墻厚800 mm，地下連續(xù)墻的嵌固深度要求進入全、強風化巖不少于1.0 m，或要求進入中風化巖不少于0.3 m。錨索設(shè)置于冠梁位置，為3 ×7φ5預(yù)應(yīng)力支護錨索，錨索長度為24 m～37.5 m，其中自由段長度為 7.5 m～8.5 m，錨索設(shè)計拉力值為320 kN～410 kN。支護變更前已施工的支護樁樁徑為φ800，間距 900 mm。支護樁間設(shè)置雙管旋噴樁加強止水，地連墻與支護樁連接接頭位置增加2個雙管旋噴樁止水。

該基坑支護方案施工順利，已全部封底進行地下室施工，支護效果良好，達到了預(yù)期的效果。但在基坑開挖期間，通過地下水監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，支護變更前已施工的支護樁范圍墻體漏水嚴重，即使采用如前所述嚴密的止水措施，效果均較差，因此，巖溶區(qū)地下水豐富地段，基坑支護止水方案應(yīng)謹慎選擇。

7 結(jié) 論

通過對本項目的勘察、地基基礎(chǔ)設(shè)計、地基處理設(shè)計、基坑支護設(shè)計過程的介紹，提醒我們在巖溶強發(fā)育區(qū)進行勘察設(shè)計，有如下幾個問題需引起重視:一是應(yīng)高度重視，嚴格執(zhí)行勘察程序，先進行初步勘察，后進行初步設(shè)計，再進行詳細勘察，然后根據(jù)勘察結(jié)果進行調(diào)整建筑布置，優(yōu)化勘察設(shè)計方案，以達到充分利用有利因素，避開不利因素；二是基礎(chǔ)方案的選取應(yīng)慎重，特別是在巖溶強發(fā)育區(qū)，樁基施工前應(yīng)進行超前鉆探(一樁多孔)，充分查清巖溶發(fā)育情況，包括溶洞規(guī)模、充填物性質(zhì)、充填情況和連通性等，并提前進行有效的巖溶注漿處理；三是基坑支護方案的選定要結(jié)合場地地下水的發(fā)育情況，合理選取有針對性的支護方案；四是應(yīng)查清地下水的發(fā)育情況，并高度重視，分析其對地下室施工的影響，以免帶來不必要的麻煩和工期的拖延。

[1] 廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院.中華液晶城辦公樓及商務(wù)中心施工勘察報告[R].2010

[2] 廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院.中華液晶城(A區(qū))巖土工程勘察報告[R].2009

[3] 廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院.中華液晶城辦公樓及商務(wù)中心巖溶處理設(shè)計[R].2010

[4] GB50021－2001(2009年版)巖土工程勘察規(guī)范[S].

[5] 羅坤，官善友，楊育文.隱伏巖溶場地建筑工程勘察實踐[J].城市勘測，2007(9):113～116

Some Problems in Survey and Design of Shallow Cover Limestone on the Volt Soft Strata

Li Dingqiang
(Guangzhou Urban Planning＆Design Survey Research Institute，Guangzhou 510060，China)

Wider distribution of karst in southern China，As a special kind of adverse geological，Sting has always been the engineering construction.With the development of urban construction，more and more construction projects at the site of the karst，In particular，shallow coverage of the limestone region，On V soft soil，survey，design，construction is difficult，if not handled properly，is bound to affect the order to carry out the project.Through a typical project successful construction of instances in the shallow cover karst area，the limestone areas of shallow cover on V soft strata，survey and design order and should be noted that a number of issues，development and construction survey and design work for the domestic karst areaexperiences.

soft strata；limestone；Survey and design

2012—02—03

李鼎強(1981—)，男，工程師，注冊土木工程(巖土)師，主要從事工程勘察、巖土工程設(shè)計及咨詢工作。

1672－8262(2012)02－160－04

TU475

B