淺析巖溶強發育區低層廠房地基基礎方案選型

陳朝華

摘 要：西部地區以山地地形為主，工業廠房的工程建設普遍出現大挖大填、巖溶強發育地段現象。以貴州某工業廠房工程建設為例，通過勘察，確定工程區巖土構成以第四系填土、紅粘土和三疊系大冶組薄至中厚層石灰巖，石灰巖為可溶巖，工程區處于巖溶強發育地段。結合相關規范及地區工程經驗，對于廠房基礎方案選型做淺析。

關鍵詞：石灰巖；巖溶強發育；基礎方案選型

中圖分類號：TU475.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2023）06-0013-03

0 引言

貴州地區巖土以石灰巖、白云巖及粘土巖為主。工程建設中，在石灰巖、白云巖的可溶巖地區，常常存在巖溶強發育地段，建筑基礎穿越巖溶進入完整基巖施工難度大，費用高，基礎施工質量難以控制，施工工期長。因此，對于低層廠房，在建筑荷載不大情況下，從經濟、施工、質量等方面控制采用地基處理，盡可能利用處理后的巖土體采用淺基礎。

1 工程概況

項目總用地面積97 449.45 m2（約146.17畝），建設用地面積73 265.62 m2（約109.89畝），包括24棟3～5層廠房及一棟宿舍樓，建筑結構形式均為框架結構，建筑物對地基不均勻沉降敏感。其中13號廠房建筑高度18.3 m，建筑層數為-2+3F，最大單柱荷載7 000 kN，設計基準±0.00為1 254.70 m，地下室底板標高為1 242.00 m。

2 地形地貌及工程地質

場地為溶蝕殘丘、沖溝、溶蝕洼地、坡地地貌單元，整體呈北低南高，地勢起伏較大，原始地形標高為1 279.20～1 233.80 m，場地最大高差為45.4 m，場地內自然坡率約為10％～30％。

擬建場區位于斗篷山背斜東翼南端，南側距場區50～100 m有一條斷層穿過，西南-東北走向為逆斷層，場地下伏基巖主要為三疊系大冶組（Td）石灰巖。受區域地質構造影響，場區內微局部小型褶皺發育，產狀較為凌亂，現場實測產狀為350°～30°∠54°～67°；210°～220°∠30°～40°。優勢產狀355°∠54°。場地內巖體構造及風化節理裂隙較發育，以淺部風化節理為主，發育規模小，構造節理較少，以閉合隱節理為主，貫通性多較差，結構面結合差。

根據鉆探成果，擬建場區覆蓋層主要為雜填土、紅粘土，下伏基巖為三疊系大冶組（Td）薄至中厚層石灰巖。巖土構成自上而下構造如下。

第一，耕植土（Pd）。灰黃色-灰黑色，含大量植物根系，結構較松散。局部零星有分布，厚度為0.5 m。

第二，雜填土（Q4ml）。雜色，結構松散，分布于場地表層范圍內，主要為房屋拆遷堆積的建筑垃圾，分布極無規律性，場地大部分地段均有分布。鉆探揭示該層厚約為0.2～6.0 m，平均厚度為1.80 m。

第三，淤泥、淤泥質粘土（QPd）。灰色-灰黑色，有腐臭味，長期受水浸泡軟塑-流塑狀，主要分布在 17#、19#廠房范圍內溶蝕洼地區域內魚塘及水田里，為確保建筑及施工安全，根據場平時工程建設條件，需進行清除。

第四，紅粘土（Q4el+dl）。褐黃色，可塑狀，殘坡積成因，含強風化團塊，裂隙較發育，厚度不均，致密-塊狀結構，偶見鐵錳質結核，土質均勻， 根據室內試驗液限大于50%，為原生紅粘土。場地內大部分地段均有分布，厚度變化較大，鉆探揭示厚度為0.3～22.5 m，平均厚度為5.5 m。

第五，三疊系大冶組（Td）石灰巖。強風化石灰巖，灰色，薄-中厚層，節理裂隙發育，巖體極破碎，巖芯呈砂狀。僅部分鉆孔有分布，鉆探揭示厚度為0.4～4.3 m，平均厚度為1.9 m。巖體基本質量等級為Ⅴ級。

第六，中風化石灰巖。灰色、深灰色，薄厚-中厚層，節理裂隙發育，巖體較破碎，巖芯呈柱狀、短柱狀、塊狀、少量碎塊狀。根據鉆孔波速測及室內巖塊波速測試，計算出巖石完整性指數為0.41，為較破碎巖體。根據室內巖石實驗，巖塊飽和單軸抗壓強度標準值為34.747 MPa，屬較硬巖，巖體基本質量指標為306.741，巖體基本質量級別為IV級。

3 水文地質

3.1 氣象、水文

貴陽市屬亞熱帶濕潤季風氣候，冬季受北部寒潮影響較弱，夏季受東南海洋季風氣候影響顯著，具有四季溫和、雨量豐富、熱量充足、日照率低、風力較弱及逆溫天多的特點[1]。

年平均氣溫15.3℃，一月平均氣溫4.9℃，七月平均氣溫24.0℃，最高氣溫39.4℃，最低氣溫-7.8℃。年平均降雨量1 197～1 248 mm。年平均日照時數1 277.74 h。年平均相對相對濕度77%，年平均無霜期261 d。年平均風速2.2 m/s，全年以NE風為多，全年靜風頻率為24%，30年一遇最大風速21.9 m/s，基本風壓值為0.35 kN/m2，自然地理氣候良好。

3.2 地表水

擬建場區范圍外北西側約300 m處有一出水點，水流順既有排水溝（寬約1.2 m、深約1.5 m）從場地北側由西向東側低洼處徑流，水量受季節及降水影響較大。勘察期間，測得流量約為12 L/s。水渠在后期場平施工前將進行設計改遷，水流大致由西向東，途徑擬建場區散排，經場區向北側距場地約100 m處落水洞排泄。

場區南側約100 m左右位置存在出水點，經詢問及現場調查原位泉點為斷層泉，常年溢水，枯水季節水量約4～10 L/s，水流自南向北沿沖溝向場區內散排。因工程建設場平，該泉點已填埋。在填土與原始地面交界面上溢出地下水，出水標高1 252.87 m，降雨后溢流地下水量約4 L/s，水流大致由南向北途徑擬建場區散排經場區向東北側距場地約100 m處落水洞排泄。

場區西北角有一魚塘，水深約0.5～0.8 m，實測水位1 236.07 m。擬建場區25#生產廠房范圍內存在一巖溶漏斗，北側距22號生產廠房60 m處存在一落水洞，標高為1 232.65 m，周邊地表水均匯入該落水洞。

3.3 地下水

3.3.1 第四系松散土層孔隙水

本場區孔隙水均賦存于雜填土孔隙中和紅粘土裂隙中，水位、水量具明顯的季節性特征，豐水和枯水季差異大，主要分布于場區溶蝕溝槽或低洼地帶，富水性弱，埋深深淺不一。

3.3.2 碳酸鹽巖巖溶水

擬建場地區域下伏基巖石灰巖，為可溶巖，為區域性含水巖組，含水層為碳酸鹽巖，主要為周邊地表水體、大氣降雨通過溶蝕裂隙滲入補給，屬潛水。多以巖溶裂隙、管道形式賦存和運移，向北側地勢較低的低洼地帶排泄。巖溶水賦存于石灰巖基巖中，屬溶洞-裂隙型含水層，富水性中-強，埋藏較淺，受大氣降雨影響變化明顯。

通過鉆孔水位觀測，地下水位標高在1233.0～1238.0 m。擬建場地穩定水位埋深較淺，受大氣降雨影響變化明顯，其主要來源于大氣降雨、泉點、生活用水等，地下水季節性變幅為1.0～2.0 m。

4 巖溶強發育地段

13#廠房區域地下水埋藏較淺，區域地表水體豐富，降雨豐富，地表水向下滲流形成流動的地下水為巖溶發育提供必要條件。受區域地質構造影響，13#廠房區域地質情況差，巖溶不良地質情況強烈發育。

13#廠房現場鉆探結果鉆孔見洞率達82.8%，為巖溶強發育，巖溶以串珠狀的豎向巖溶為主，豎向巖溶發育深度30～60 m不等，巖溶軟塑粘土充填，局部無充填。13#廠房場地表面回填土厚度2.5～5.5 m，填土厚度分布不均勻，以建筑垃圾和生活垃圾為主，結構松散。填土以下基巖表面以上存在4～12 m紅粘土，根據室內試驗成果判別為可塑紅粘土，含強風化團塊，裂隙較發育，厚度不均，致密-塊狀結構，偶見鐵錳質結核，土質均勻。

根據勘察資料鉆孔水位觀測資料，13#廠房位置區域地下水水位埋深3.0～4.0 m，如圖1所示。

5 基礎方案分析

13#廠房基礎方案技術經濟對比如表1所示。

5.1 天然淺基礎

13#廠房地下室底板標高為1 242.00 m，勘察階段現場標高1 239.00～1 239.50 m，場平需回填約3 m。根據勘察成果資料，可塑紅粘土地基承載力特征值fak=150 kPa，小于建筑設計筏板基礎均布荷載要求的180 kPa地基承載力，且紅粘土厚度分布不均勻，地基均勻性較差，不宜采用天然筏板基礎、條形基礎或獨立基礎。

5.2 樁基礎

根據現場鉆探揭露，豎向巖溶發育深度多在1.5～45 m，局部深度最深將達到約60 m，平均深度超30 m。13#廠房區域施工區域較狹小，多臺樁基施工設備難以施展開，地下水位埋藏較淺，易產生垮孔現象，樁基礎成本高、難度大，從工期、經濟、可實施性均不太具備可實施性。

5.3 地基處理后淺基礎

綜合上部荷載，最大柱荷載約7 000 kN，建筑結構設計筏板基礎荷載180 kPa。結合場地地質情況，對填土及部分原狀土挖除采用級配碎石分層碾壓回填后，對地基進行強夯處理，基礎采用淺基礎，從工期、經濟性、施工質量控制、可實施性方面看，較樁基礎更優。

對于樁基礎與地基處理后筏板基礎從工期、經濟性、施工質量控制、可實施性比較，地基處理費用淺基礎較樁基礎節約573.9萬元，工期縮短約20 d，淺基礎施工質量可控性可實施性優于樁基礎，故采用地基處理后筏板基礎更適合于13#廠房基礎方案。

6 地基設計要求

經同建筑設計單位確認，地基處理目標值：壓實系數≥0.97，承載力≥180 kPa，壓縮模量≥20 MPa。填料采用級配碎石，地基處理采用碾壓（6～8遍）回填后再強夯，地基處理深度6.8 m，采用強夯能級5 000 kN·m。根據設計提供需求的巖土指標，工程回填要求如下。

6.1 開挖回填深度及范圍

根據設計提供的初步基礎方案，本次換填開挖底標高為1 235.0 m，考慮夯沉量0.8 m，回填頂標高為1 241.8 m，換填及回填范圍為設計筏板基礎邊外擴不小于5 m。

6.2 填料土石比例

本次僅13#廠房的面積達3950㎡，考慮混合回填工序對工期的影響，本次回填均采用級配碎石回填及換填。

6.3 填土分層厚度

填筑地基采用分層堆填，分層厚度一般為1.2～1.5 m，推平回填碾壓后碾壓6～8遍。

6.4 粒徑要求

根據回填高度，回填區為主要受力層，最大粒徑30 cm，不均勻系數Cu＞10，曲率系數1＜Cc＜3。

6.5 強夯能級

根據場地回填的深度，初步判斷采用能級為5 000 kN·m，后續出具體地基處理方案。

6.6 基礎形式

考慮上部荷載及避免建筑不均勻沉降情況，設計方案為筏板基礎。

7 施工質量檢測

現場采用灌砂法進行壓實系數檢測，處理后填土選取3點檢測壓實系數分別為0.974、0.975、0.979，壓實度滿足要求。

7.1 現場載荷實驗

現場進行三點平板載荷實驗[2]，要求最大加載量不小于設計承載力特征值的2倍，載荷實驗加載至360 kPa均未出現以下4點情況即可：①地基荷載無法保持穩定且逐漸下降情況，承壓板周邊土層側向擠出。②本級沉降量大于前一級荷載的5倍，沉降曲線明顯陡降。③某級荷載下，24 h內沉降速率不能達到相對穩定。④累計沉降≥承壓板直徑6%，或累計沉降≥150 mm。

最終，載荷實驗檢測結果顯示，地基處理后地基承載力特征值大于180 kPa，計算地基壓縮模量大于20 MPa，滿足設計要求。

7.2 實驗驗算

軟弱下臥層驗算[3]結果為267 kPa，驗算結果＞180 kPa，滿足設計要求。

8 結束語

隨著西部地區制造產業發展，越來越多單層、低層廠房拔地而起，在經過經濟性、工期、施工質量控制、可實施性比較下，西部山地地形、巖溶強發育區域廠房利用填土作為地基也越來越普遍。制定出合適的地基基礎方案，并嚴格按設計進行施工，能滿足工程要求，可確保建設工程順利實施，早日為經濟建設作出貢獻。

參考文獻

[1] DBJ22-01-87，貴州省建筑氣象標準[S].

[2] JGJ 79-2012，建筑地基處理技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.

[3] 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.