武漢長江III級階地巖溶場地建筑基礎選型與應用
——以武漢江夏項目為例

劉晶

中煤湖北地質勘察基礎工程有限公司 湖北 武漢 430000

1 武漢市工程地質概況

1.1 地形地貌與地質構造

武漢位于淮陽山字型構造南弧西翼，主要受控于燕山期構造運動，表現為一系列走向近東西至北西西的線型褶皺，以及北西、北西西、北東和近東西的正斷層、逆斷層及逆掩斷層為主。由于強烈的南北向壓應力作用，形成了東西向的緊密褶皺，并伴隨壓扭性斷裂。四周分布有比較密集的樹枝狀沖溝，受區域地質構造控制，武漢地貌以長江為基準向兩岸延展大致可劃分長江Ⅰ級階地、Ⅱ級階地、Ⅲ級階地三個大地貌單元，部分為湖積低洼地帶和剝蝕丘陵區。

1.2 水文地質條件

武漢地區原屬云夢澤東南角沼澤地帶，由于地殼滄桑變遷，水流夾帶大量泥沙落淤，江湖分離，水流歸槽，形成了河流的雛形。通過水流與河床的相互作用，汊道合并，洲灘與河岸反復分合，逐漸形成今日的雙汊形態。武漢市河網湖泊水系發達江河縱橫、湖港交織，長江、漢水交匯于市境中央，且接納南北支流入匯，眾多大小湖泊鑲嵌在大江兩側，形成湖沼水網。長江武漢河段的水量、沙量主要來源于上游干流和漢江支流。其水沙變化受水文年的隨機影響，沒有明顯的變化趨勢[1]。

1.3 武漢市巖溶分布及主要形態

武漢市地處長江中下游地區，長江大致由南向北穿過武漢市區，武漢市地貌以長江為基準向兩側延展可劃分為長江Ⅰ級階地、長江Ⅱ級階地、長江Ⅲ級階地(壟崗地段)三個大的單元。受區域地質構造控制，武漢市巖溶地區分布大致分北、中、南三個碳酸鹽條帶，走向均近東西向，根本上跨越了三個大的地貌單元，因而武漢市三大地貌單元都有巖溶分布，只是范圍大小不同而已。

2 江夏某項目概況

2.1 江夏某項目場區概況

該位于江夏區金港新區內園區三路與金港中路交匯處，場地已基本整平，場地標高為20.37～22.09m，擬建筑物概況見表1。

表1 擬建筑物概況一覽表

根據建設方提供的總平面布置圖，按照相關規范要求進行布孔，本工程共布設勘探孔42個，靜力觸探孔14個（均為鉆探配打孔），現場標準貫入試驗79次[2]。

2.2 江夏某場區地理位置及區域地質構造

該項目場地位于武漢市江夏區金港新區，勘察時場地已整平，表層主要為工程新近堆填土，填筑年限約2年左右，地面標高20.37～22.09m。按大地構造單元劃分，場區地處揚子地臺、大冶褶皺帶、武漢臺褶束郭家湖背斜。整個場區位于郭家湖背斜核部。郭家湖背斜呈梭形，軸向呈近EW展布，長約20km，南北兩翼最寬處約4.5km，東端于江夏區金口街張家嶺一帶揚起，西端穿越長江后于蔡甸區黃陵鎮常福堡一帶露出地表，背斜核部為第四系覆蓋，南翼出露的地層有S2f、D3w，產狀平緩，傾角一般小于10°；長山向斜軸向呈近EW展布，長約12km，南北兩翼最寬處約2.0km，西端靠近長江處揚起，大部為第四系土層掩蓋，向斜核部僅P1g地層零星露出地表，兩翼出露的地層有S2f、D3w，北翼地層傾向為SW向，南翼地層傾向為NE向，傾角一般10～30°。根據野外地質調查的情況，評估區內地質構造簡單，尚未發現活動性斷裂。

3 江夏某項目工程地質與水文地質條件

3.1 江夏某項目場區巖土的構成與特征

根據勘察結果所揭露，根據鉆探取芯觀察、室內土工試驗及標準貫入試驗等特征，按其成因、結構特征及強度將場地內土層進行劃分，場區在勘察深度范圍內賦存的地層主要為第四系粘性土層和下伏二疊系下統棲霞組石灰巖。各地層巖土工程特征從上至下分述見下：

①雜填土Q m l，頂板標高2 0.3 7 ～2 2.0 9 m，層厚1.40～5.10m，場區均有分布，顏色較雜亂，稍濕，松散，主要由磚渣、碎石等建垃圾等組成，新近回填。該層主要為工程棄土，局部見淤泥質土，結構松散，土質不均勻，為新近堆填土，填筑年限約2年左右，屬高壓縮性土。

②-1 淤泥質粉質粘土Q4l，頂板標高18.28～19.44m，層厚0～8.00m，場區局部分布，黑褐色，流塑狀態，見少量螺殼碎片，略具異味，土質均勻，為高壓縮性土。

②-2粉質粘土Q4al，頂板標高14.80～20.48m，層厚0～7.10m，場區局部分布，灰、灰黃色，可塑狀態,土質較均勻，切面較光滑，夾少量的灰綠色高嶺土，土質均勻，為高壓縮性土。

③含礫粘土Q3dl，頂板標高12.08～20.13m，層厚0～7.50m，場區大部分地段均有分布，黃褐、棕褐色，可-硬塑狀態，含少量礫、碎石，其主要成份為硅質巖，呈棱角狀，粒徑一般為5-20mm，最大可達70mm，土質不均勻，屬中等壓縮性土。

④-1次生紅粘土Qel，頂板標高 9.88～18.19m，層厚 0～8.50m，場區大部分地段均有分布，褐紅色，可塑狀態，含少量Fe、Mn質氧化物，局部偶見礫石，土質不均勻。屬高壓縮性土[3]。

④-2紅粘土Qel ，頂板標高4.17～12.78m，層厚0～5.30m ，場區呈雞窩狀分布，褐紅色，可-軟塑狀態，局部偶見礫石，土質不均勻。屬高壓縮性土，場區呈雞窩狀分布。

⑤石灰巖P1q 頂板標高-1.03～12.86m 揭露最大厚度為9.00m場區均有分布。灰色，隱晶質結構，中、厚層狀構造，中等風化。巖石節理、裂隙較發育，節理、裂隙由方解石脈充填，見溶孔溶槽發育。巖芯呈柱狀，采取率約94%，RQD指標約80%。屬較硬巖，巖體較完整，巖體基本質量等級為Ⅳ級。該層在勘察過程中共有10個鉆孔發現溶洞分布，且局部呈串珠狀分布，洞高0.40～4.90m，除ZK1號孔為空洞外其余溶洞由軟塑狀粘性土充填。該層見洞率為23.8%，故擬建場地巖溶發育程度為中等發育。

3.2 江夏某項目水文地質條件

場區內無地表水分布，地下水類型主要為上層滯水及巖溶裂隙水。上層滯水賦存于淺部人工填土中，主要由大氣降水為其補給來源，通過蒸發排泄。其水位主要受氣候因素影響，水位不連續，水位變化幅度較大，雨季豐水期水位于地表平齊，旱季通過蒸發排泄，水位最低可降低至無水。勘察期間測得上層滯水穩定水位為地面以下0.10～2.30m，巖溶裂隙水接受遠程補給與排泄，水位相對穩定，且具承壓性，勘察期間測得ZK37號孔巖溶裂隙水穩定水位為地面下12.20m，對應的標高9.75m。上層滯水對基礎施工有不利影響，在施工時應做好防排水工作。

4 江夏某項目場地巖溶發育分析及處理措施

4.1 江夏某項目巖溶發育分析

在巖溶地區進行工程施工，應根據工程特征和場地條件，采用地質調查、鉆探、現場測試等綜合勘察方法，查明擬建建筑物及周邊有影響地段的各種巖溶發育情況，對于采用天然地基或復合地基的建筑物，宜采用鉆探、靜力觸探和標貫等方法，查明可能存在的土洞及軟弱土層。

由于該擬建場地下伏基巖為二疊系下統棲霞組石灰巖，基巖上覆土層為第四系粘性土層，在勘察過程中共有10個鉆孔發現有溶洞分布，盡管勘察過程中未發現土洞，但由于局部巖溶頂板較薄，再加上溶洞有部分空洞，工程建設影響及地下水的活動，灰巖孔洞裂隙頂部覆蓋層土體下陷，覆蓋層中逐漸形成漏斗狀疏松體（土洞），土洞進一步向地表發展，直至形成地面塌陷坑。因此該場地應視為地面易塌陷區[4]。

由于該擬建場地存在巖溶地面塌陷的風險，不良地質作用中等發育，屬地質災害危險性中等地段，動力地質作用影響較弱，環境工程地質條件較簡單；部分地層土質不均勻、分布不穩定、工程性質較差，地下水對工程建設影響較小。按相應規定，場地基本穩定，工程建設適宜性分級為較適宜。

4.2 巖溶處理措施

根據本場區內地質勘察中發現的巖溶發育情況，結合項目工程特征，采取如下處理措施：勘察階段按照規范對鉆孔及時進行了注漿、回填等封孔措施。保證上部土層不因鉆探作業流失。避免因鉆探施工使可溶巖上覆流塑狀的紅粘土與下伏巖溶孔洞貫通，致使失上部紅粘土流失而產生巖溶塌陷。

由于本項目部分建筑物采用灰巖作為樁端持力層，首先采取逐樁逐孔施工勘察，保證樁端以下大于3倍樁徑且不小于5m的完整基巖。 樁端進入完整灰巖不小于2m，樁基成孔采用隔樁跳打施工，并采用泥漿護壁措施，對局部樁孔采用了長鋼護筒護壁措施，保證成孔順利進行，解決巖溶對樁基施工的不良影響。

當采用天然基礎時，基底下土層厚度必須滿足大于獨立基礎寬度的3倍或條型基礎寬度的6倍且無土洞發育，上部土層需滿足擬建筑物荷載及變形要求。由于本地區土層厚度一般都不大，且在石灰巖上覆往往存在一層軟塑-流塑狀紅粘土時，隨著工程建設的進行，對地表土體的開挖會導致覆土層厚度減薄，使地表水、大氣降水入滲補給巖溶水路徑縮短，從而加強了巖溶地下水的補給，使巖溶地下水運動更活躍，加速土層的流失，最終可能形成新的隱伏土洞導致巖溶塌陷。因此本場區在采用淺基礎時還對下伏軟塑-流塑狀紅粘土采用了高壓旋噴樁或灌漿等手段進行加固處理。

5 江夏某項目巖溶地基基礎選型

設計單位結合場區勘察資料相關巖土、水文參數及分析等情況，該項目基礎型式采取如下：

（1）樁基礎 樁型、成樁工藝及樁端持力層的選擇

由于廠房及門房局部地段存在較厚的人工填土及淤泥質粉質粘土，故沒有較好的天然地基土，因此以上擬建筑物不適宜采用淺基礎。當采用淺基礎無法滿足上部建筑物荷載、變形及巖溶場地的要求時，根據本場地地層情況，由于①層素填土厚度較大，厚度超過3.0m，按鄂建文[2011]152號規定，在本工程中不宜使用人工挖孔樁進行施工，因此在成孔時采用機械成孔。采用以⑤層石灰巖為持力層的鉆孔灌注樁[5]。

（2）樁基應用效果分析

本工程樁基施工中未發生塌孔現象，根據后期監測，擬建建筑物沉降值均在規范要求內，甲方安排第三方檢測公司對樁基進行了靜載、低應變檢測、鉆芯取樣、樁徑及樁偏位檢測等檢測，靜載檢測顯示樁身承載力均滿足設計要求及相關規范、規程的規定，鉆芯取樣結果顯示受檢測樁樁身砼連續、完整、膠結好、芯樣側表面光滑、骨料分布均勻樁底沉渣厚度均小于50mm，且樁端底部設計要求深度范圍內巖石完整。

（3）天然基礎選擇

根據本項目場地地層、建筑物荷載、基礎埋深等情況，結合現場實際地層巖土物理力學特性，綜合消防水池及配電房采用獨立柱基礎，以③層含礫粘土作為基礎持力層。

（4）天然基礎應用效果分析

在該項目場區開挖后，通過地基驗槽，發現消防水池及配電房基底地層與勘察中揭露的地層情況完全一致，采用天然獨立柱基礎方案可行，在工程建設中及建成后的沉降觀測數據表明，該工程采用天然獨立柱基礎方案安全可靠，沉降量及不均勻沉降等檢測數據均滿足規范及設計要求。

6 結束語

武漢市巖溶廣泛發育于長江Ⅲ級階地，工程施工開始之前應對場地的巖溶發育程度通過勘察進行分析評價，可根據巖溶發育的情況，采取不同的處理措施對巖溶進行處理后方可進行施工。

根據江夏某項目案例的分析及應用可以得知長江Ⅲ級階地(壟崗地段)覆蓋層為第四系更新統地層，上部主要為老粘性土或粘土夾碎石，碳酸鹽巖基巖面上一般覆為有軟、可塑狀紅粘土。因此在長江Ⅲ級階地巖溶場地中進行工程建設，基礎型式的選擇往往是需要通過進行大量的、切合工程實際的各階段勘察地質工作，最終結合實際工程建筑物的要求，通過場地地層巖土特性、建筑物荷載、基礎埋深及巖溶發育情況等進行合理選型，確保工程建設的安全可靠和經濟合理。基礎型式一般可采用樁基礎（嵌巖樁）、天然地基或復合地基（水泥土攪拌樁、長螺旋鉆孔壓灌術、CFG樁、高壓旋噴樁）。