砂礫巖超高層建筑地基的溶洞處理

張志浩，楊劍暉

（廣東省建筑設計研究院，廣東廣州510010）

砂礫巖超高層建筑地基的溶洞處理

張志浩，楊劍暉

（廣東省建筑設計研究院，廣東廣州510010）

建筑高度266m的超高層建筑擬采用變厚度筏板基礎，但由于場地揭露溶洞體量大、數量多且位于砂礫巖地區，比較罕見，因此溶洞處理成為地基基礎設計的重點和難點。該文詳細描述非常規溶洞揭露歷程及溶洞處理的失敗教訓和成功經驗，供同類地基處理參考。地基處理后，按照相關規范進行檢測，結果表明：對不同區域、深度、大小的溶洞采取有針對性的方法是合理有效的。

溶洞處理；砂礫巖；超高層；非常規

0 引言

溶洞的處理方法很多，根據其位置、大小、埋深、圍巖穩定性、場地水文地質特征等綜合分析，因地制宜的采取處理方法，常用的有填墊法、加固法、跨越法等[1]。

1 工程概況

萬博中央商務區數碼產業總部商業樓項目，位于廣州市番禺區。項目規劃建設用地約3.52萬m2，總建筑面積約37.7萬m2；地上三棟超高層辦公建筑和多層商業建筑，其中A#塔樓位于地塊北邊，建筑高度為266m，采用鋼筋混凝土框架-核心筒結構形式。±0.00標高相當于廣州城建高程標高27.80m，地下四層，底板面標高為-22.50m。場地建筑總平面圖見圖1所示。

圖1 建筑總平面圖

2 發現及探測溶洞的歷程

2.1 詳勘階段

場地地貌類型屬風化剝蝕殘丘，場地基巖出露，大部分為白堊系沉積巖層，沉積巖層理發育，基巖中夾有硬塑狀殘積土和土狀強風化砂礫巖。根據71個鉆孔的詳勘報告，底板底地基土主要為中、微風化巖，局部夾硬塑狀殘積土和強風化巖，地質條件總體上較好。

地質資料顯示場地有3個鉆孔揭露溶洞，見洞率4.2%。揭露的巖溶發育程度為微發育，洞內全充填，充填物主要為流塑狀粉質粘土夾中風化巖塊，鉆進速度快，鉆具稍加壓即自重下落，孔內有全漏水現象，溶洞可能為砂礫巖層內鈣質物被侵蝕流失后所致。

根據勘察報告及建筑條件，由于場地開挖后揭露的溶洞均被挖除，此階段基礎設計未考慮溶洞的不利影響。基礎采用變厚度筏板基礎，核心筒處筏板厚3.0m，框架柱承臺厚2.4m，其余筏板厚1.4m，基礎布置如圖2所示。

2.2 第一次超前鉆階段

施工階段，在A#塔樓范圍內布置25個鉆點（如圖2第一次超前鉆點所示），對墻柱位置進行了有針對性的超前鉆探，以探明筏板下方的地質情況。結果顯示：塔樓筏板下方鉆孔A8、A14、A15、A20、A23（鉆孔點填實心者）共5個鉆孔揭露溶洞，見洞率達20%。

2.3 物探階段

結合第一次超前鉆結果，由于揭露溶洞較多，考慮到建筑的重要性，采用鉆探與跨孔彈性波CT法相結合的方式對塔樓及周邊范圍內的場地補充地質物探，以查明溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層、斷裂構造的發育、分布的空間形態及連通性。A#塔樓范圍內物探布點及溶洞揭露平面圖如圖2、圖3所示。

圖2 鉆探布點及鉆點溶洞揭露平面圖

圖3 物探布點及溶洞揭露平面圖

結果顯示：筏板下方區域存在38個巖溶發育區（圖3中溶洞編號為R1-R38）；場地內線巖溶率為24.6%、見洞率為28.9%，場地巖溶強烈等級屬中等-強烈。

2.4 潛孔錘處理階段

根據前期報告，采用潛孔錘成孔+壓力注漿方式對塔樓較大溶洞進行處理，注漿后抽芯檢驗，如圖4所示：芯樣部分區段不連續、呈塊狀或短柱狀，可知溶洞處理效果不理想，溶洞處理未能達到設計要求。分析原因主要有：（1）鉆孔+壓力注漿法與高壓旋噴樁復合地基相似，GB/T 50783-2012《復合地基技術規范》[2]條文說明：高壓旋噴樁復合地基對于硬黏性土含有較多塊石或大量植物根莖的地基，因噴射流可能受到阻擋或削弱，沖擊破碎力急劇下降，切削范圍縮小，影響處理效果；（2）由于溶洞或裂隙不規則，在同一位置的不同標高存在多個溶洞時，添加的速凝劑由于快速凝固，阻止砂漿往下擴散。

圖4 巖溶R7第一次處理后抽芯圖

2.5 第二次超前鉆階段

由于初次溶洞處理不理想，而且揭露的溶洞較多，為深入、準確地掌握地質情況，塔樓范圍補充超前鉆探，進一步探明溶洞情況。根據前期鉆孔及建筑條件布置鉆點，其終孔條件為當設計基底以下揭露連續完整的樁端持力層巖層（或強度更高之巖層）厚度達11m時，超前鉆方可終孔。結果顯示：99個鉆點中有21個揭露溶洞，見洞率21%，見圖2第二次超前鉆點。

3 最終地質情況

該項目基礎底板以下區域基本為中、微風化基巖，基巖巖性為砂巖、礫巖、花崗巖。砂巖為粉砂結構，泥質、鐵質、鈣質膠結，層狀構造，局部巖芯多夾礫巖，巖性分界面附近風化極不均勻。礫巖一般為礫狀結構，主要為鈣質膠結，礫石成分主要為硅質巖，部分巖芯有溶蝕現象。花崗巖主要為花崗結構，塊狀構造，巖質較硬。根據地質資料，結合超前鉆、物探、潛孔錘等階段中所掌握的地質情況可知，基巖存在溶洞、裂隙發育區段、淺表強風化薄弱層等不利地質問題。鉆探揭露溶洞見于砂巖、礫巖的分界面附近。

如圖3所示，揭露的38個巖溶中，洞高最高8.31m，最低1.14m；洞跨最長10.34m，最窄1.25m；洞頂距底板面最高16.43m，最低1.12m；洞底距底板面最高18.71m，最低3.51m；體積估算最大114.87m3，最小0.65m3；預估溶洞總體積443.53m3。巖溶大多數無充填物或少量充填，極少數為半充填；充填物均為松散巖塊、礫石、砂等。

4 溶洞處理

對不同區域、深度、大小的溶洞分成三種情況，情況一：筏板底揭露溶洞、淺層裂隙或夾層的區域；情況二：核心筒及框架柱位置下、較淺或較大的溶洞以及巖體裂隙發育區段；情況三：較深且較小的溶洞。根據巖溶發育特征及場地地層條件，結合擬建建筑上部荷載分布、核心筒與框架柱的布置和筏板計算結果提出具體方法有：情況一采用開挖換填：挖除強風化巖體至揭露微風化巖，并采取有效措施對巖面清理干凈，然后填筑C30素混凝土，施工后統計超挖部分回填混凝土約3000m3；情況二采用旋挖鉆孔灌注混凝土（孔徑1200mm、1600mm）充填并穿越溶洞或裂隙發育區段，鉆孔充填區域如圖5所示，施工后統計超填混凝土量（扣除填孔所需混凝土量后實際灌入溶洞內混凝土量）約為500m3；情況三采用小鉆孔密實充填處理，潛孔錘成孔（孔徑200mm）后對溶洞進行壓力注漿或灌注C30水下自密實細石混凝土。

圖5 溶洞位置及處理方法平面圖

在對天然基巖采取以上地質處理措施之后，A#塔樓的原地基基礎方案可基本保持不變。但考慮到溶洞問題的復雜性及塔樓的重要性，設計上采取加厚筏板（筏板厚度統一采用3.7m）等多項措施進一步提高基礎的整體性，形成完整性好、協調差異沉降能力強的筏板。在電算方面，參照文獻[3]并適當降低基床系數取值、揭露溶洞較大的位置基床系數再減半，以此近似考慮處理后的溶洞仍可能引起一定的差異沉降的不利影響。

5 地基檢測

根據《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011[4]采用直徑為300mm的圓形剛性承壓板對處理后地基進行載荷試驗，結合上部結構及溶洞處理情況，選取三個布置于原溶洞上的試驗點。巖基載荷試驗點p-s曲線如圖6所示。試驗結果表明溶洞處理方法可行、有效，地基承載力滿足設計要求。

圖6 巖基載荷試驗點p-s曲線

6 結語

該項目溶洞處理經歷一些波折，最終在業主、設計顧問、施工單位及設計院共同努力下，溶洞處理達到預定效果，為后續工作打下堅實基礎。

根據地質資料，項目位于砂礫巖地區，底板底基本排除溶洞存在可能，但后續超前鉆探卻揭露發育良好溶洞，且見洞率達20%，較為罕見。這充分說明超前鉆的重要性，表明設計人員應詳細了解場地工程地質和水文地質條件，與施工單位充分溝通、密切關注、及時響應現場反饋條件并進行相應的補充設計，避免由于對復雜地基了解不全而造成設計事故。

溶洞等地質的處理具有很強的經驗性，需要各方高度重視，共同研究，在充分了解功能要求和掌握必要資料的基礎上，從技術方法的適宜性和有效性、施工的可操作性、質量的可控制性以及經濟性等多方面進行論證，通過比較分析，根據建筑實際情況采取切實可行的方案。

[1]金瑞玲，李獻民，周建普.巖溶地基處理方法[J].湖南交通科技，2002，28（01）：10-12.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB/T 50783-2012復合地基技術規范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[3]中國船舶工業總公司第九設計研究院.彈性地基梁及矩形板計算[M].北京：國防工業出版社，1983：288.

[4]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB50007-2011建筑地基基礎設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2011.

責任編輯：孫蘇，李紅

KarstCave Treatmentof Glutenite Foundation of High Rise Building

The glutenite site of 266-meter-high building plans to use raft foundation.Since it is exposed to unconventionality karst cave,which is bulky and massive.Karstcave treatmentis the key and difficultpointfor foundation design.This paper describes in detailthe failure lessons and successfulexperience ofthe exposure process and the treatmentofthe unconventionalkarstcave for reference.In accordance with the relevanttesting specifications,it shows thatto apply appropriate methods for karstcaves in differentareas,depths and sizes is reasonable and effective.

karstcave treatment;glutenite;high rise building;unconventionality

TU472.99

A

1671-9107（2017）02-0052-03

10.3969／j.issn.1671-9107.2017.02.052

2016-12-13

張志浩（1984-），男，廣東河源人，研究生，工程師，主要從事地基基礎及多高層結構設計工作。