某巖溶場地工程適宜性及基礎選型分析

付經剛，歐陽竹青

（江西省地質礦產勘查開發局九0二地質大隊，江西 新余 338000）

1 工程概況

分宜某重點建設工程項目地塊面積86609m2，擬建1棟6層的生活樓和10棟4層的標準廠房，建筑高度為24.6～20.4m，單柱最大荷載分別為3900kN和5700kN，結構類型均為框架結構，設計初期擬采用淺基礎型式。

擬建場地位于萍樂坳陷帶袁水復向斜中部偏南翼，區內二疊系茅口組（P2m）灰巖發育，分布廣泛。場地原始地貌為荒地、稻田、蔬菜地等，現已填土整平。

2 巖土工程地質條件

根據地質勘察資料，場地內自上至下揭露的地層巖性主要有第四系人工填土（Q4ml）、沖洪積形成的粉質黏土（Q4al+pl）和含礫黏土（Q4al+pl），底部為二疊紀茅口組灰巖夾薄層碳質頁巖（P2m），溶洞發育。各巖土層工程地質特征分述如下：

（1）人工填土（Q4ml）。分布于地表，全場地均有分布，系近期場地平整人工堆填而成，主要由粉質黏土、碎石、磚塊等建筑垃圾等組成，局部有生活垃圾，結構松散，成分含量等不均勻。厚度變化較大，普遍為3～6m，局部可達8～11m。屬高壓縮性土，工程性質差。

（2）粉質黏土（Q4al+pl）。埋藏分布于人工填土底部，系全新世沖洪積而成，層位分布基本穩定，土層結構均勻，干強度中等，韌性中等，呈硬或可塑狀，但厚度變化較大，為1.1～20.6m，平均厚度8.3m，土層頂底面起伏較大。屬中等壓縮性土，工程力學性質較好，地基承載力特征值推薦為180kPa。

（3）含礫黏土（Q4al+pl）。埋藏分布于人工填土及粉質黏土層底部，層位分布不穩定，不連續，土層結構均勻，韌性中等或低等，干強度中等或低等，呈軟塑狀，局部含水飽和呈流塑狀。土層厚度變化較大，為1.8～21.0m，平均厚度為8.58m，土層頂底面起伏較大。屬高壓縮性土，工程性質差，力學強度低，地基承載力特征值推薦為110kPa，屬于場地底部的軟弱下臥層。

（4）灰巖（P2m）。為二疊紀海相沉積形成的碳酸鹽巖，局部夾灰黑色薄層碳質頁巖，隱晶質結構，塊狀構造，裂隙較發育，多見有方解石脈充填，巖性較堅硬，單軸飽和抗壓強度標準值為24.16MPa，推薦承載力特征值為2800kPa，巖體基本質量等級為Ⅲ～Ⅳ級。根據規范要求，所有鉆孔控制深度均進入底部完整灰巖5～8m（遇溶洞則穿透溶洞進入底部完整灰巖5～8m），穩定完整灰巖實際揭露厚度為5.05～10.30m[1]。穩定完整灰巖面標高在42.59～79.17m。

3 巖溶發育特征

根據鉆探揭露情況：該場地隱伏巖溶現象特別發育。巖面起伏較大，相鄰鉆孔間存在陡坡臨空面，具有溶溝、溶槽、石牙等不良地質現象。底部溶洞也特別發育，部分地段形成向上開口型溶洞而成為土洞。溶洞的形態變化不規則，頂底面起伏較大，溶洞內多充填有稀泥夾碎石，普遍含水飽和呈流塑狀。各鉆孔溶洞之間連通性較好，鉆進時均全孔漏水。

全場地135孔有76孔揭露有大小不同的溶洞，部分鉆孔還揭露有串珠狀溶洞。鉆孔揭露溶洞深度大小為0.2～14.6m，平均揭露深度3.38m。其中：揭露深度不大于1m的溶洞有24個；1～5m的溶洞有50個；大于5m的溶洞有24個。根據統計結果，該場地巖溶見洞率為56.3%，線巖溶率為23.5%，依據《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）第6.6.2條判定巖溶發育程度為強發育[2]。

4 場地水文地質條件

場地巖溶裂隙水豐富，具有一定的承壓性，主要接受大氣降雨補給，通過巖溶裂隙通道及溶洞補給、徑流、排泄，水位隨季節的變化而變化，年變幅為1.00～2.00m，尤其是在每年的4—6月補給量相對充分，屬于地下水補給的豐水期。每年11月到來年的3月份為補給的枯水期。場地內地下水綜合穩定水位埋深為0.00～2.50m，地下水綜合穩定水位高程為82.43～86.30m。

5 場地適宜性分析

從場地空間分布而言，場地上覆土層均勻性受隱伏巖溶微地貌的控制，僅粉質黏土層基本穩定，上部人工填土層松散、厚度大，底部的含礫黏土層位不穩定、不連續，參照《建筑抗震設計規范（2016年版）》（GB 50011—2010）該場地土類型為中硬土和軟弱土[3]。下伏二疊系茅口組灰巖，為該區的基底巖石，區域厚度＞220m，層位穩定，但該場地揭露巖面起伏較大，溶洞發育不規律，存在較大的不均勻性。

綜合場地巖土工程地質條件，場地內巖土層變化較復雜，層面起伏變化較大。粉質黏土層較穩定，工程力學性質較好，但因上部覆蓋有較厚的松散填土，底部還存在軟弱土層及巖溶等不良地質現象，地下水對工程建設有一定影響，可能引起地面巖溶塌陷等地質災害，場地地基需經加固處理或采取適宜的樁基礎方案才能使用，綜合評價場地適宜性為一般。

6 基礎選型

根據擬建項目工程性質及場地內巖土層工程地質條件，針對該項目工程提出了兩種基礎方案：復合地基基礎方案[4]和樁基礎方案。

（1）復合地基基礎方案。擬建項目工程中6F生活樓單柱最大荷載為3900kN，4F標準廠房單柱最大荷載為5700kN，根據場地巖土層工程地質條件，場地內粉質黏土層工程力學性質較好，地基承載力特征值推薦為180kPa，是為較好的淺基礎持力層，但是由于上覆填土層厚度較大，底部還存在有軟弱下臥層，因此擬建工程不能直接采用天然地基基礎型式，需加固處理上部人工填土層，選擇加固處理后的復合地基作為淺基礎持力層，復合地基可采用較密集的夯擴樁、碎石擠密樁或攪拌樁等型式，與樁間土共同形成復合地基，樁端穿透上部的松散填土層，以粉質黏土層作為復合地基基礎持力層，復合地基之上再采用獨立基礎或筏板基礎。綜合該場地地質情況，復合地基基礎方案仍存在以下不足之處：（1）擬建建筑荷載較大，采用夯擴樁、碎石擠密樁或攪拌樁（柔性樁）等處理后的復合地基承載力可能難以滿足設計要求。（2）場地內人工填土較厚，呈松散狀態，欠固結，在地面堆載及自重作用下會發生沉降，對復合樁基產生負摩阻力，難以與柔性樁共同受力形成復合地基。（3）場地內地基均勻性較差，且松軟土層厚度較大，下伏基巖面起伏很大，處理后的復合地基也會存在不均勻性，易引發較大的差異沉降，難以滿足上部建筑對沉降變形的要求。且下伏基巖巖溶發育，局部發育土洞，易發生巖溶塌陷。為此，擬建場地采用復合地基基礎方案仍難以達到設計要求，故建議采用大直徑嵌巖樁基礎方案。

（2）樁基礎方案。考慮擬建場地巖土工程地質條件的復雜性，為確保建設工程的安全性，采用大直徑嵌巖樁可穿透上覆土層和溶洞，選擇底部完整灰巖作為樁基持力層。該場地底部完整灰巖單軸飽和抗壓強度標準值為24.16MPa，推薦承載力特征值為2800kPa，巖層剛度大，大直徑嵌巖樁樁身采用鋼筋混凝土灌注，屬于剛性樁，可消除地基的不均勻性而產生的差異沉降，滿足工程設計要求。由于底部完整灰巖埋深較深，因此樁基礎型式宜采用沖擊成孔灌注樁，根據《建筑樁基技術規范》（JGJ 94—2008），樁端宜嵌入底部完整灰巖不小于2m，且樁端底部完整灰巖不小于5m，遇有溶洞或薄層夾層，需穿透溶洞或夾層，進入底部完整灰巖上。

7 樁型選擇

（1）沖擊成孔灌注樁具有設備簡單、鉆進速度快、能克服地下障礙物（如孤石）、穿過溶洞及夾層、樁身變形小、單樁承載力高等優點，以底部完整灰巖作為樁基礎持力層，可有效解決地基不均勻沉降等問題，為此該工程可使用沖擊成孔灌注樁。

（2）預制管樁具有質量可靠、工期短、成本適中、單樁承載力高等優點，但遇有硬夾層、孤石時較難穿過或易出現斷樁現象，且施工過程中會產生擠土效應、遇飽和黏性土大面積沉樁會造成地面隆起、樁體上浮及造成斷樁現象。該場地基巖為較硬巖，且存在巖溶洞穴和夾層、臨空面，采用該種樁型樁端無法穿過溶洞及夾層進入底部完整灰巖，故不宜采用。

（3）人工挖孔灌注樁，其優點是可平行施工，可有效保證質量，其缺點是松散土層、軟弱土層及地下水對挖孔樁施工會帶來較大困難，且施工過程中必須持續抽排地下水，容易造成地面塌陷，施工人員安全保障較困難，故不宜使用人工挖孔樁。

8 成樁可行性分析

（1）擬建場地分布有較厚的人工填土層，結構松散、欠固結，且地面有一定的大面積堆載，采用樁基礎可能會在樁側產生負摩阻力，故樁基施工前需先對填土層進行夯實處理，然后再成樁，可消除負摩阻力對樁基的影響。

（2）樁基施工時，相鄰樁孔較近時宜跳孔施工，避免引起樁孔塌陷，且不宜大量降排和擾動地下水，防止導致可能的不均勻沉降或巖溶塌陷。

（3）由于底部灰巖層面起伏較大，采用沖擊成孔灌注樁成樁過程中會遇到傾斜巖面，給樁基施工帶來困難，因此可采用回填塊石等措施重復沖擊成孔進行糾斜處理，依次保證樁身垂直度滿足設計要求。

（4）場地內基巖為可溶巖，巖溶強發育，沖擊成孔時如遇溶洞、溶槽等溶蝕現象，易發生瞬間漏漿導致樁孔坍塌，需及時補漿，防止孔壁坍塌。混凝土灌注過程中也往往會遇到超灌現象。

（5）采用沖孔工藝成孔，孔底沉渣厚度對樁基承載力影響較大，施工過程中在混凝土灌注前應嚴格檢測孔底沉渣厚度，滿足設計要求。

9 結論

該場地巖土工程地質條件復雜，巖溶現象強發育，上覆土層存在較厚的人工填土和軟弱下臥層，場地工程適宜性一般，不宜直接采用淺基礎型式。文章通過分析論證，提出了兩種基礎方案，一是復合地基基礎型式，二是大直徑嵌巖樁基礎型式。通過基礎選型對比和樁型選擇分析，最終確定采用大直徑嵌巖樁基礎，樁型采用沖擊成孔灌注樁，可滿足設計要求。最后該工程設計采用沖擊成孔灌注樁基礎，設計樁徑為0.8～1.0m，以完整灰巖為樁端持力層，樁端進入底部完整灰巖不小于2m，且樁端底部完整灰巖厚度不小于5m。該項目樁基施工前進行了一樁一孔勘察，樁基施工完成后，經專業樁基檢測機構檢測均達到設計要求。