巖溶區(qū)樁筏基礎(chǔ)在高層建筑中的應(yīng)用

盧 德 燦

(福建省121地質(zhì)大隊(duì)，福建 龍巖 364021)

1 擬建場(chǎng)地工程概況及工程地質(zhì)條件

1.1 擬建場(chǎng)地工程概況

該項(xiàng)目工程位于新羅區(qū)曹溪街道東山村，東環(huán)路東側(cè)，為商業(yè)住宅小區(qū)。場(chǎng)地原為某公司生產(chǎn)廠區(qū)，該項(xiàng)目共有8幢高層建筑，均為框剪結(jié)構(gòu)，32層～33層，高度96 m～100 m,含1層地下室及1層架空層。開挖深度約3 m，擬選用短樁+筏板的基礎(chǔ)方案。

1.2 場(chǎng)地地形地貌及周邊環(huán)境條件

擬建場(chǎng)地位于新羅區(qū)曹溪街道東山村，原為某公司生產(chǎn)廠區(qū)。地貌單元為風(fēng)化剝蝕的低山—丘陵地貌單元。因廠區(qū)建設(shè)挖填整平成現(xiàn)狀。現(xiàn)場(chǎng)地地面高程為371.14 m～374.80 m，相對(duì)高差3.66 m，起伏不大，場(chǎng)地總體較平坦、開闊。

場(chǎng)地周邊環(huán)境:場(chǎng)地東側(cè)約12 m外為山體，西側(cè)紅線外為現(xiàn)狀東環(huán)路，南側(cè)為正在施工的某小區(qū)A1地塊，北側(cè)為臨時(shí)混凝土攪拌站。

1.3 巖土層特征及其分布規(guī)律

根據(jù)鉆探結(jié)果，場(chǎng)地在勘探深度范圍內(nèi)所揭露場(chǎng)地內(nèi)巖土層由上往下可分成10層，現(xiàn)分述如下：

①雜填土，以粘性土為主，含少量碎石碎磚鐵砂等雜物，硬雜質(zhì)約10%，濕、松散狀態(tài)，密實(shí)度不均勻，揭露厚度0.5 m～6.8 m。②素填土，以粘性土為主，含少量風(fēng)化碎石角礫等，分布不均勻，濕、稍密狀態(tài)，密實(shí)度較均勻，最大揭露深度19.0 m。③含卵石粉質(zhì)粘土，呈稍濕、可塑狀態(tài)，最大揭露深度30.0 m。④強(qiáng)風(fēng)化砂巖，砂狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀，水平層理，巖體呈碎塊狀結(jié)構(gòu)，裂隙較發(fā)育，風(fēng)化程度為強(qiáng)風(fēng)化，最大揭露深度55.20 m。⑤強(qiáng)風(fēng)化泥巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀，水平層理，風(fēng)化強(qiáng)烈，原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞，裂隙極發(fā)育，最大揭露深度81.79 m。⑥強(qiáng)風(fēng)化砂巖，砂狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀，水平層理，巖體呈碎塊狀結(jié)構(gòu)，裂隙較發(fā)育，風(fēng)化程度為強(qiáng)風(fēng)化，最大揭露深度81.66 m。⑦強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)泥巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層狀，水平層理，風(fēng)化強(qiáng)烈，原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞，裂隙極發(fā)育，巖芯呈土狀，極軟巖，最大揭露深度80.19 m。⑧中風(fēng)化灰?guī)r，風(fēng)化程度中等，裂隙、節(jié)理較發(fā)育，裂隙主要由方解石充填，巖體呈碎塊～塊狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造,芯較完整,多呈5 cm～19 cm的短柱～柱狀，最大揭露深度92.52 m。⑧-1中風(fēng)化破碎灰?guī)r，風(fēng)化程度中等，層狀構(gòu)造,巖芯破碎,多呈片狀，巖體基本質(zhì)量等級(jí)類別Ⅳ類，主要分布在空溶洞的上部。⑧-2含角礫粉質(zhì)粘土 (溶洞充填物)，干強(qiáng)度中等，韌性中等、稍有光滑，無(wú)搖振反應(yīng)，含角礫約20%～30%，粒徑2 mm～20 mm，成分為強(qiáng)風(fēng)化硅質(zhì)巖、砂巖、泥巖，分布不均勻，呈濕，可塑狀態(tài)。局部相變?yōu)槟噘|(zhì)角礫、角礫。該層具孔內(nèi)全漏水現(xiàn)象。揭露厚度1.8 m～45.3m。

1.4 場(chǎng)地地表水和地下水特征

擬建場(chǎng)地周邊無(wú)河流、水塘等地表水體。場(chǎng)地內(nèi)地下水類型上部主要為第四系孔隙型潛水及灰?guī)r溶洞中的巖溶水。孔隙型潛水水位埋深19.45 m～22.01 m，第四系孔隙型潛水主要賦存于③含卵石粉質(zhì)粘土層中,③含卵石粉質(zhì)粘土屬弱透水層，水量不大，為上部主要含水段。①雜填土層也屬于弱透水層，僅局部地段含上層滯水，總的水量不大。其余各粘土層總體屬于弱～微透水層，水量不大。第四系孔隙型潛水主要靠大氣降水、地表水及其他地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，潛水穩(wěn)定水位為351.88 m～352.55 m；，根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料結(jié)合場(chǎng)地地形、地貌特征判定場(chǎng)地地下水的年變化幅度約2.0 m～3.0 m。

灰?guī)r層中由于溶洞發(fā)育，連通性較好，屬?gòu)?qiáng)透水層，富水性好，巖溶水主要地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，根據(jù)該場(chǎng)地對(duì)GK14和GK22號(hào)鉆孔巖溶水位觀測(cè)為45.30 m和47.66 m，水位標(biāo)高為328.58 m～326.92 m，水位變化幅度約2.0 m。巖溶裂隙水屬于承壓水，與上部潛水水力聯(lián)系不明顯。

根據(jù)《1/2.5萬(wàn)龍巖盆地供水水文地質(zhì)勘探報(bào)告》和本次鉆探資料表明，受區(qū)域構(gòu)造影響，場(chǎng)地巖體破碎、裂隙發(fā)育，為地下水的良好通道，特別是可溶性的巖石破碎帶是地下水活動(dòng)較強(qiáng)烈地段，導(dǎo)致巖溶發(fā)育，基巖中有良好的排水通道。

1.5 場(chǎng)地主要巖土層工程特性及空間分布的主要特點(diǎn)

1)素填土呈松散狀、工程性能差，厚度大，最厚達(dá)19 m；分布范圍廣，約占場(chǎng)地面積的1/2；

2)含卵石粉質(zhì)粘土，呈可～硬塑狀態(tài)，壓縮性較低，力學(xué)強(qiáng)度較高，工程性能較好，埋深和厚度變化大，場(chǎng)地內(nèi)均有分布；

3)強(qiáng)風(fēng)化砂巖，呈碎塊狀，壓縮性較低，力學(xué)強(qiáng)度較高，工程性能較好，厚度大場(chǎng)地內(nèi)均有分布；

4)強(qiáng)風(fēng)化泥巖，呈土狀，壓縮性較低，力學(xué)強(qiáng)度較高，工程性能較好，厚度大，場(chǎng)地內(nèi)均有分布；

5)中風(fēng)化灰?guī)r，呈短柱狀，力學(xué)強(qiáng)度高，工程性能好，埋藏深，多在80 m～90 m；

6)場(chǎng)地屬埋藏型巖溶，溶洞上覆巖層為土狀泥巖及碎塊狀砂巖(不可溶巖層)；場(chǎng)地溶洞強(qiáng)烈發(fā)育，約占鉆孔總數(shù)的38.3%，溶洞充填率為83%。溶洞高度在1.80 m～45.10 m間，溶洞埋深在20.80 m～79.10 m之間，充填溶洞具有埋藏深淺不一，溶洞高度變化大，分布范圍廣，局部見有空溶洞。

2 基礎(chǔ)選型方案設(shè)計(jì)思路

2.1 基礎(chǔ)選型

擬建建筑物最大單柱荷載約18 000 kN,基底平均荷載約600 kN/m2。根據(jù)場(chǎng)地巖土層分布特征及上部建筑荷載及地下室埋置情況，天然基礎(chǔ)及復(fù)合地基顯然無(wú)法滿足上部荷載要求，需采用樁基礎(chǔ)。當(dāng)采用嵌巖樁時(shí)，由于場(chǎng)地屬埋藏型巖溶，溶洞上覆巖層為土狀泥巖及碎塊狀砂巖，而可作為樁基持力層的中風(fēng)化灰?guī)r埋藏較深，樁長(zhǎng)大部分達(dá)80 m～90 m，必需穿越充填溶洞(含角礫粉質(zhì)粘土)及空溶洞，并在巖溶水位以下(45.30 m～47.66 m)，在充填溶洞、空溶洞、巖溶水的影響下樁基施工過(guò)程極易產(chǎn)生漏漿、塌孔、縮徑、偏錘、斜孔等情況，無(wú)論是采用旋挖成孔還是沖擊成孔的工藝，都會(huì)產(chǎn)生基礎(chǔ)施工造價(jià)高、成樁難度大，施工工期長(zhǎng)。經(jīng)濟(jì)效益較差等問(wèn)題。若能采用短樁+筏板的基礎(chǔ)型式可有效避開充填溶洞及巖溶水對(duì)施工的影響。則可大幅縮短樁基施工工期，降低工程造價(jià)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 采用短樁+筏板的基礎(chǔ)型需注意和解決的問(wèn)題

因場(chǎng)地巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，屬建筑抗震不利地段。該場(chǎng)地屬于埋藏型灰?guī)r的巖溶強(qiáng)烈發(fā)育的不良地質(zhì)作用分布區(qū)域，溶洞頂板巖體基本質(zhì)量等級(jí)多為Ⅴ級(jí)，由于擬建物的荷載較大，應(yīng)考慮巖溶的不穩(wěn)定影響。

采用樁筏基礎(chǔ)，需選用厚度大、工程力學(xué)性能穩(wěn)定的土層為樁端持力層，并對(duì)有影響的溶洞進(jìn)行加固處理，以消除溶洞等對(duì)地基穩(wěn)定性的影響。

2.3 短樁+筏板基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)、估算及對(duì)可能影響地基穩(wěn)定性的巖溶處理方案

1)地基變形計(jì)算。

根據(jù)公式：

計(jì)算確定影響深度約50 m。

2)單樁豎向承載力特征值估算：根據(jù)公式Quk=(qpkAp+u∑qsikli)計(jì)算，當(dāng)樁長(zhǎng)30 m～35 m時(shí)，以⑤強(qiáng)風(fēng)化泥巖或⑥強(qiáng)風(fēng)化砂巖為樁基持力層時(shí)單樁豎向承載力特征值介于4 100 kN～4 600 kN之間。

3)樁間距及有效樁長(zhǎng)估算：為充分利用各巖土層的樁側(cè)阻力及樁端阻力，盡量減少樁的長(zhǎng)度及密度，以期達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理并能滿足上部荷載及變形要求，最終采用正方形均勻布設(shè)，樁間距為3 m，有效樁長(zhǎng)則根據(jù)巖土層分布情況調(diào)整，大多在20 m～30 m。

4)對(duì)有影響的下臥層充填溶洞(含角礫粉質(zhì)粘土)進(jìn)行注漿處理，注漿孔間距2.5 m,注漿有效壓力為2 MPa，水比灰0.4～0.5，處理深度為筏板基礎(chǔ)以下50 m。地基處理完畢后按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行并檢測(cè)注漿效果。

5)由于下部存在空溶洞，對(duì)基礎(chǔ)的穩(wěn)定不利，對(duì)空溶洞進(jìn)行低壓注漿地基處理。

6)為防止部分樁基礎(chǔ)承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，在樁基施工時(shí)下入注漿管，以孔底后注漿來(lái)增強(qiáng)樁基礎(chǔ)承載力。

3 注漿效果檢測(cè)、試樁及樁基檢測(cè)

經(jīng)檢測(cè)，注漿后的下臥層充填溶洞(含角礫粉質(zhì)粘土)重型動(dòng)力觸探值均不小于3擊，注漿效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

采用旋挖成孔工藝施工10根直徑1 000 mm的灌注樁，有效樁長(zhǎng)20 m～28 m。施工完成后對(duì)10根鉆孔灌注樁進(jìn)行了單樁承載力及樁身完整性檢測(cè)，單樁豎向抗靜載試驗(yàn)值取值為6 000 kN，在最大荷載作用下樁頂累計(jì)沉降為12.08 mm～18.24 mm，單樁承載力滿足要求，樁身完整性檢測(cè)采用低應(yīng)變反射波法，受檢的所有鉆孔灌注樁樁身連續(xù)、完整，均為Ⅰ類樁。

4 結(jié)語(yǔ)

1)龍巖市新羅區(qū)城區(qū)巖溶發(fā)育，在埋藏型巖溶區(qū)的高層建筑多采用沖孔灌注樁基礎(chǔ)，以中風(fēng)化灰?guī)r為基礎(chǔ)持力層，基礎(chǔ)施工時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，本場(chǎng)地屬覆蓋型巖溶區(qū)，中風(fēng)化灰?guī)r埋藏深，采用短樁+筏板的基礎(chǔ)型式既充分利用了覆蓋型巖溶上部巖土層的樁側(cè)阻力及樁端阻力，又降低了施工難度。縮短了工期，具有更好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。

2)在采用短樁+筏板的基礎(chǔ)型式時(shí)應(yīng)充分考慮巖溶對(duì)基礎(chǔ)穩(wěn)定性的影響，采取必要的技術(shù)手段消除巖溶對(duì)基礎(chǔ)穩(wěn)定性影響,確保建筑物的安全。