巖溶地質對公共建筑工程建設的影響及對策

廖春明

（韶關市市政建設工程管理中心，廣東 韶關 512000）

0 引言

韶關市區地下地質大部分為喀斯特地貌，發育著地下河、暗湖、溶洞等，根據韶關市區區域地質圖顯示，巖溶區域約達到了市區總面積的80%以上，且大部分區域的巖溶達到了中等發育乃至強烈發育程度。巖溶區廣泛分布的溶洞、土洞對建筑物地基的穩定性、承載力和變形有著重要的影響作用[1]。市區的地下巖溶發育普遍發生在覆蓋層以下約30m范圍，正好是處于常規建筑樁基礎的實施區間內，項目樁基礎施工經常在成孔過程中遇到溶洞而發生漏漿、塌孔、卡錘、樁孔傾斜等情況，導致項目工程造價容易超預算、工期不可控等問題。自2020年以來的韶關市區建筑項目中，受溶洞地質現象影響較大的工程有韶關市中醫院項目、韶州中學項目、韶關健康職業學院項目等。本文以韶關市中醫院項目為例，分析巖溶地質對公共建筑工程建設的影響，并提出對策，為以后巖溶地區的工程建設提供參考。

1 工程概況

根據《韶關市中醫院項目巖土工程勘察報告》及超前鉆報告顯示，詳勘完成的248個鉆孔資料統計，鉆孔遇土洞達15個，鉆孔遇溶洞（隙）達159個，鉆孔遇洞（隙）率達67.74%，平均線巖溶率為22.03%。勘察報告表明本項目場地巖溶發育程度為強發育，并且溶洞的各向異性明顯，特別是側向和豎向的溶蝕有交替出現。根據場區完成的890個超前鉆孔資料統計，溶洞頂板高程在16.39~59.52m，溶洞底板高程在14.65~57.96m，溶洞頂底板高程變化幅度大，多個鉆孔存在多層溶洞。

為在已有的詳細勘察報告上進一步查明項目用地的洞穴、溶蝕溶槽的分布、大小及規模，項目建設單位于2020年2月又委托勘察單位對項目進行了專項巖溶工程物探，項目中微風化基巖等高線及土洞巖溶分布圖顯示，所在斷面上共發育73處巖溶發育區，其頂板標高為23~59m，底板標高為15~521m；溶洞高一般為3~37.5m[2]。

該項目基礎設計采用筏板基礎與樁基礎結合的形式，項目旋挖灌注樁總數為232根，平均成孔深度約18.4m，樁徑從0.8~2.3m不等。基礎工程涉及旋挖灌注樁、減沉疏樁以及抗浮錨桿，均不同程度受到了溶洞和土洞影響。

2 巖溶地質對建筑工程建設的影響及原因分析

2.1 影響方面

2.1.1 對施工難易程度的影響

巖溶地質使施工難度增大，尤其是旋挖灌注樁施工難度大大增加，具體體現為：

（1）巖溶發育不規則導致現場遇到較多斜光面或半邊巖，旋挖鉆進時數次出現斜孔的現象；

（2）鉆斗在穿越溶洞頂板時易發生卡鉆，導致鉆具的筋板位置發生較嚴重的磕碰并產生變形，需經常進行維修更換；

（3）溶洞上方地層容易發生塌孔或不穩定的溶洞填充層發生塌孔、縮徑等情況，導致需反復成孔；

（4）鉆斗的鉆齒摩擦損耗較嚴重，導致經常要對機械進行維修；

（5）串珠溶洞需采用桶鉆與嵌巖鉆斗配合鉆進，再通過鉆斗鉆進后進行打撈巖渣，若巖石掉落溶洞內鉆進難度更大，需反復更換鉆頭把巖石打碎，然后鉆斗鉆進撈渣。

2.1.2 對工程進度的影響

根據施工計劃安排，正常情況下項目投入2臺285旋挖機約50d即可完成所有樁基礎施工，但因受溶洞影響，旋挖灌注樁實際施工過程中成樁困難，項目實際陸續投入2臺285旋挖機、2臺360旋挖機，總共130d左右才完成項目的樁基礎施工。在施工機械、人員都加倍投入的情況下，樁基礎的實際施工工期仍然達到原計劃工期的2.6倍，較大地影響了項目總工期進度[3]。

2.1.3 對成本控制的影響

樁基施工時，須穿過溶洞進入穩定的中風化持力層，在施工過程中存在中間巖層厚度達不到設計要求而需多次進入中風化灰巖的情況，且遇巖溶洞的整體比例較高，旋挖樁實際施工樁長大幅增加，約為原設計樁長的1.8倍，大大增加了樁基的入巖工程量，約為設計入巖量的12倍。大面積溶洞和土洞各向異性明顯，豎向、側向溶蝕交替出現且無規律可循，成樁過程中大大增加了混凝土及砂漿的灌注量。經現場試驗，并經組織專家論證會對采用鋼護筒護壁成樁和直接灌注成樁兩種方式進行綜合對比分析，考慮直接灌注成樁整體造價較低且施工難度較低，更有利于保障整體工期，且經分析實際灌注情況，灌注量與樁位處溶洞高差并不構成比例關系而無法預測，最終旋挖樁施工主要采用直接灌注成樁方法，僅局部溶洞明顯發育強烈位置使用鋼護筒護壁成樁。經統計，其中減沉疏樁超灌系數約為1.4，旋挖灌注樁超灌系數約為1.6，抗浮錨桿砂漿超灌系數甚至達到了4.0。經初步估算，韶關市中醫院項目基礎工程因溶洞、土洞的不可預見性因素增加費用約為1800萬元。

2.2 原因分析

2.2.1 項目選址未做可行性研究勘察

根據要求，在出具項目可行性研究報告前，在工程選址時應進行可行性研究勘察。可行性勘察是對擬建位置區域有一個大的區域性的概念及認識的基礎上，通過現場踏勘和必要的布點鉆探，對預估的現場地質條件進行驗證，并進一步地了解及補充。中醫院項目屬公共建筑，而大部分公共建筑場地選址都在立項前就已經確定，很難改變。且項目的可行性研究報告費用普遍較低，導致大部分公共建筑項目無法做可行性研究勘察，無法在前期項目選址階段判定擬建場地的工程地質條件能否適宜工程建設項目給出合理意見。

2.2.2 初步勘察結果不夠準確

目前，韶關建筑工程項目勘察多采用常規的鉆探方式，勘察手段比較單一。應根據《巖土工程勘察規范》確定間距要求，見表1。

表1 初步勘察勘探線、勘探點間距要求

初步勘探布置鉆點間距較大，空間地層以推測為主，簡單的勘探手段難以完全反映地下復雜的巖溶情況，以致工程建設存在許多不確定因素。此外，大部分工程項目對初步勘察工作投入較少，初步勘察的時間也較緊，往往勘測范圍不夠大、勘測精度不夠高、勘測點不夠多，難以達到理想的勘察效果[4]。

2.2.3 勘察、設計單位對韶關巖溶區域工程建設經驗不足

對巖溶地區工程來說，地基基礎設計方案和施工工藝的選擇至關重要。目前，韶關市大多數工程項目公開招標中標的勘察、設計單位都是長期在非巖溶發育地區開展地基基礎設計工作，巖溶發育地區地基基礎勘察、設計經驗相對缺乏，容易造成勘察資料不精確、地基基礎選型不當等問題。在進行現場勘察時，容易忽視勘察出來的溶洞問題，對是否要進行加密勘察往往會把握不準。在制定基礎設計方案時，往往會選取較為經濟且工期較短的預制管樁，施工中容易出現滑樁、斷樁甚至基礎下沉。屆時變更地基基礎設計，資金成本與時間代價將大大增加。如：醫院、學校等人員密度較大的項目單柱荷載較大，基礎需放置在巖層才能滿足設計要求，專業設計單位多會選擇樁基礎設計方案（即沖/鉆孔灌注樁設計方案）。又如：因巖溶情況不同，超灌系數也不同，需要選用相關經驗豐富的設計單位，以避免施工準備不足[5]。

2.2.4 施工階段補充勘察工作不夠扎實

工程項目是否需要進行施工勘察，與場地地質條件、具體基礎形式及設計單位設計經驗有關。為查明可能存在的隱伏土洞、溶洞及軟弱破碎層，確保地基基礎立于良好的持力層上，應根據不同的巖溶發育場地、不同面積的獨立地基基礎以及不同樁徑的樁基，確定相應的鉆孔數量和鉆孔深度。參建單位對施工階段勘察工作不夠重視，未及時開展施工勘察，對樁基礎未采用“超前鉆”等必要勘探手段，造成樁后持力層不滿足設計要求，以致需要介入處理，不但增加工程造價、延長項目工期，還影響工程質量和安全生產。

2.2.5 基礎設計變更決策程序較為復雜和漫長

在當前，韶關市區公共建筑項目決策程序越來越嚴謹和嚴格。根據韶關市區財政評審要求，大于50萬元的變更屬于重大變更事項，應由市政府進行變更決策。公共建筑如醫學、學校的建安費用普遍超過5000萬元，因韶關市區為巖溶地區，基礎變更則非常容易超過50萬元，就須通過流程上報市政府決策同意變更。這就導致項目基礎變更決策程序較復雜，時間也較長，進一步增加了項目的施工工期，影響了項目進度。

3 降低巖溶地質對建筑工程建設影響的對策

3.1 注重工程項目前期勘察

要高度重視前期勘察工作，從源頭上盡可能降低影響。優化前期勘察工作，對場地巖溶的發育程度和分布規律、地基巖土特性和地下水埋藏條件等基礎信息進行詳細記錄，鼓勵采用工程地質測繪調查、物探、鉆探、現場測試等綜合勘察方法進行巖溶勘察，充分探明地下巖溶發育情況，及時對場地地基作出準確的綜合評價，盡量將大型公建單體選址在溶洞較少或無溶洞的區塊。科學選用和管理勘察單位，要求勘察準確、報告真實，合理確定地基基礎選型，避免重復勘察、錯誤勘察[6]。

3.2 有條件情況下進行專項巖溶勘察

在巖溶強烈發育區域，普通勘察無法全面揭露場地的巖溶情況，基礎設計選型依據不充分，且對相關工程量預估不足，導致施工期間變更多。在普通勘察成果揭露較多溶洞情況下，建設重要的公共建筑，有條件的建設單位要進行專項巖溶勘察，對場地情況進一步摸清排查，了解掌握場地詳細的溶洞、土洞分布情況，為基礎設計提供可靠依據，減少施工過程中的基礎變更，基礎選型合理的方案能較好控制項目概預算。因溶洞施工具有較大的不確定性，對于溶洞區域需提前對樁基礎進行一樁一鉆勘探，必要時先期進行覆蓋所有樁基的超前鉆探，更好地掌握地質情況，以便設計單位出具切實的施工圖紙及處置方案。

3.3 優化工程項目施工設計

科學合理的施工設計有助于降成本、減工期、保安全。在設計階段，對于地質環境復雜、巖溶發育較為強烈地段的地基基礎選型，建議優先采用筏板基礎或復合基礎，如確需采用樁基礎則建議優先考慮采用摩擦樁。業主單位要召集本地經驗豐富的專家對擬采用基礎方案的合理性、適用性進行論證，確保工程項目施工順利。此外，遇到溶洞情況時，如實收集相關情況并及時召集業主、勘察、設計、監理、施工等參建單位專題研究處理方案，必要時召開專家論證，保證科學決策、精準施策。

3.4 加強對工程項目勘察作業的監督

加強對現場勘察作業的監管力度，核對勘察資料真實性和準確性，原則上要求勘察單位采用拍照、視頻等方式對鉆探、取樣過程進記錄和存儲，并作為勘察資料的一部分，留存備查。建議實行工程勘察外業見證制度，可以委托監理單位作為勘察外業見證單位，采用旁站方式，對工程勘察外業作業單位的資質、作業人員的身份和資格，以及現場的勘探點、鉆探、取樣、原位測試、原始記錄等外業工作進行現場檢查監督、核實勘察作業的真實性。通過第三方對勘察作業的監督，確保外業作業按勘察方案進行勘察，保障勘察資料的數據來源真實。

4 結束語

韶關市區的工程建設受溶洞等地質現象影響較為普遍，導致項目造價、工期、施工難度都受到了較大的影響，出現這些問題的主要原因是工程勘察設計等階段存在問題。工程地質勘察的有無、工程勘察設計的好壞，直接關系到工程建設項目造價的高低和工程質量的好壞。中醫院項目的實踐就是很好的案例，值得我們總結經驗，吸取教訓。