巖溶地區巖土體力學特征及地基基礎方案設計

摘要：建筑工程的地基是基礎，更是保障工程質量的關鍵所在，地基的穩定性與工程的安全性和社會價值息息相關。在巖溶地區進行巖土工程勘察是為了準確獲得巖土體物理力學參數，以解決因巖土體工程地質特征未徹底摸清而導致勘察數據失真的問題。通過對巖溶場地巖土體力學地質特征進行詳細分析，為設計方提供符合巖溶場地的準確勘察數據，并提出符合巖溶場地的地基基礎方案設計，以期為類似巖溶地區提供借鑒。

關鍵詞：巖土工程勘察巖溶地區力學特征基礎方案設計

中圖分類號：TU471

MechanicalCharacteristicsoftheRockandSoilMassandDesignofFoundationSchemesinKarstAreas

SHAONana

TheSecondEngineeringSurveyInstituteCo.，Ltd.，BureauofGeologyandMineralExplorationandDevelopmentinGuizhouProvince，Zunyi，GuizhouProvince，563000China

Abstract：Agroundbaseofaconstructionprojectisnotonlyafoundation，butalsothekeytoensuringthequalityoftheproject，andthestabilityofthegroundbaseiscloselyrelatedtothesafetyandsocialvalueoftheproject.Geotechnicalengineeringinvestigationsinkarstareasaretoaccuratelyobtainthephysicalandmechanicalparametersoftherockandsoilmass，soastosolvetheproblemofthedistortionofsurveydatacausedbytheincompleteunderstandingofthegeologicalcharacteristicsofrockandsoilengineering.Thisarticleprovidesadetailedanalysisofthemechanicalandgeologicalcharacteristicsoftherockandsoilmassinthekarstsite，whichprovidesaccuratesurveydatathatisinlinewiththekarstsiteforthedesignparty，andproposesafoundationdesignschemethatisinlinewiththekarstsite，inordertoprovidereferenceforsimilarkarstareas.

KeyWords：Geotechnicalengineeringinvestigation;Karstarea;Mechanicalcharacteristics;Foundationschemedesign

本文通過巖土工程勘察，查明場地巖土工程地質條件，對巖溶地區巖土體力學特征進行分析評價，為設計、施工提供基礎地質資料。根據巖土體力學特征及實驗數據，最終確定基礎型式、基礎埋深，確定持力層的強度和選擇合理的基礎施工方案。

1巖土體力學特征

根據鉆探揭露，場地地層為素填土層、第四系殘坡積層黏土及二疊系中統茅口組（P2m）白云質灰巖。分述如下。

1.1素填土層（Q4ml）

分布于場地部分地段，該層為近期平場時填筑形成的人工填土。灰色、黃色及深灰色，由白云質灰巖碎塊夾黏土組成，碎石含量約50%～80%，粒徑多為10～80mm，少量粒徑大于200mm的塊石，塊石呈棱角狀，無序堆填，回填時間較短，未完成自重固結。場地內平均厚度為0.68m[1]。

1.2第四系殘坡積層紅黏土（Q4dl+el）

該層土分布于場地部分地段，部分出露于地表，為黃色、可塑、中壓縮性，含少量碎石角礫。項目場地內平均厚度為8.81m，空間分布變化較大，該土層系下伏白云質灰巖在長期風化作用下形成的殘積物。具有一定力學強度，抗剪強度指標：黏聚力C為31.35kPa、內摩擦角Φk為11.13°，2WkPyevAbhS0boRgOS0bvQ==液限WL為57.18%，為原生紅黏土，場地內紅黏土層為致密狀的，偶見裂隙，裂隙通常為豎向較發育，土中裂隙發育深度一般為2～4m。

1.3基巖（P2m）

二疊系中統茅口組（P2m），巖性為薄至中厚層狀白云質灰巖，場地內分為強風化和中風化兩個單元，分述如下。

1.3.1強風化白云質灰巖

顏色以灰黃色、灰白色為主，薄至中厚層狀，鉆探巖芯主要呈砂狀，局部夾少量碎塊狀。分布于中風化白云質灰巖上覆，主要以物理風化為主，節理裂隙發育，裂隙內充填黏土，巖體破碎，巖芯大多呈塊狀。場地內平均厚度1.38m，厚度變化較大。巖體基本質量等級為Ⅴ級。

1.3.2中風化白云質灰巖

巖性為深灰色白云質灰巖，薄～中厚層狀節理裂隙較發育，巖芯呈柱狀，少量短柱狀。場地平均厚度6.26m，根據室內測試成果資料，巖石軸抗壓強度測試值35.2～42.1MPa，標準值為34.67MPa，屬較硬巖；巖體內節理裂隙較發育，巖體基本質量等級為Ⅳ級[2]。

2巖土體物理力學參數分析評價

2.1素填土層（Q4ml）

因場地內素填土較薄，且為近期平場時回填，根據地區經驗，其素填土密實狀態為松散，素填土推薦參數為：重度γ=18kN/m3、內聚力C=0kPa、內摩擦角Φk=25°，在計算樁基承載力時應考慮樁側負摩阻力的影響，負摩阻力系數建議取0.30。

2.2可塑紅黏土（Q4dl+el）

根據室內土工試驗測試結果，黏聚力C為31.35kPa、內摩擦角Φk為11.13°，γ=γm=17.8kN/m3，按照《建筑地基基礎設計規范》（GB50007—2011）第5.2.5條對可塑狀紅黏土層地基承載力特征值fak進行計算得fa=162.76kPa。根據室內成果試驗，可塑狀紅黏土的平均含水比為0.77，據此按照《貴州省建筑地基基礎設計規范》（DBJ52/T045—2018）表A.0.3查得紅黏土地基承載力特征值fa=178kPa。

按照計算結果結合紅黏土現場的實際狀態和本地區經驗綜合分析，結合地區經驗，推薦可塑狀紅黏土承載力征值fak=160kPa，擋土墻基底摩擦系數0.20。

2.3中風化白云質灰巖

根據室內土工試驗測試結果，白云質灰巖飽和單軸抗壓強度標準值frk=34.67MPa，根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007—2011）第5.2.6條對中風化白云質灰巖地基承載力特征值計算得fa=3467kPa，擋土墻基底摩擦系數0.50。參照《貴州省建筑樁基設計與施工技術規程》（DBJ52/T088—2018）表5.3.3-2，當采用嵌巖灌注樁[3]，估算單樁豎向極限承載力時，中風化白云質灰巖極限側阻力1000kPa、極限端阻力10000kPa。

強風化白云質灰巖層地基承載力特征值，參照《貴州省建筑地基基礎設計規范》（DBJ52/T045—2018）附錄A.0.1-1表，結合場地地質情況推薦強風化白云質灰巖地基承載力特征值fa=500kPa，擋土墻基底摩擦系數0.40。

各巖土層的極限側阻力、極限端阻力是根據規范提供的經驗值，應通過單樁靜載荷試驗驗證后使用。

3地基基礎方案設計

3.1基礎持力層選擇及基礎方案分析

擬建物最大層高為2F層，無地下室，框架結構，最大單柱荷載1500kN。

（1）素填土層：承載力低，空間分布小，不宜作為基礎持力層。

（2）第四系殘積紅黏土層：埋深較大，具有一定力學強度，空間分布均勻，可作為淺基礎持力層。

（3）二疊系中統茅口組（P2m）白云質灰巖：

①強風化白云質灰巖：強風化厚度較薄且變化較大，不宜做基礎持力層；

②中風化白云質灰巖：中風化白云質灰巖分布連續，強度較高，是本工程理想的基礎持力層。

3.2地基基礎方案及設計參數

3.2.1地基基礎方案

根據本工程場地的巖土工程條件及擬建各建筑的結構特點綜合分析，建議各建筑地基基礎方案如下。

擬建物可采用兩種基礎方案。

（1）采用淺基礎（柱下條基）以紅黏土作基礎持力層；采用柱下條形基礎時，場地內紅黏土地基為變形均勻地基，但在基礎設計時，仍應進行差異沉降驗算，不滿足要求時應進行地基處理，并應加強基礎結構強度和上部結構剛度，以減少紅黏土地基不均勻沉降的影響。根據《貴州建筑地基基礎設計規范》（DBJ52/T045—2018）5.1.6條的規定，基礎埋深宜超過大氣影響急劇層深度，參照貴陽地區不宜小于1.35m，或采取有效的防水保濕措施。場地擬采用紅黏土地基，基礎開挖后應留保護層，驗槽合格后，及時封底，做好場地的截排水措施[4]。

（2）采用深基礎（樁基）以中風化基巖作為持力層，場地巖溶土洞發育，當采用樁基時，樁端必須置于溶洞底板穩定地層上。

3.2.2地基設計巖土參數

在計算樁基承載力時應考慮素填土樁側負摩阻力的影響，素填土的負摩阻力系數建議取0.30。各巖土層極限側阻力值及極限端阻力值須進行單樁靜荷載試驗驗證后使用。

3.3基礎設計施工應注意的問題

3.3.1淺基礎（柱下條形基礎）

（1）基礎埋深建議。建議選擇淺基礎（柱下條基）時，基礎以紅黏土作持力層，基礎埋深宜大于大氣影響急劇層深度（參照貴陽地區不宜小于1.35m）。場地內紅黏土變形均勻地基，在設計時仍應進行不均勻沉降驗算，不滿足要求時作地基處理，同時加強上部結構剛度；鉆探揭露場地內雖無土洞出露，但單個鉆孔探明的地質條件有一定的局限性，在遇土洞時，需對其進行灌漿處理。（2）基礎施工建議。紅黏土失水后易收縮，浸水后易軟化，水對基礎的影響較大，基礎埋深宜大于大氣影響急劇層深度，并且處理好場地內的排水措施，基礎開挖至預定深度前應保留保護層，經由各方相關人員共同驗收合格后再開挖到位并及時封閉。

3.3.2深基礎（樁基礎）

（1）基礎埋深建議。選擇采用樁基礎，以中風化基巖作地基持力層時，基礎嵌巖不得少于0.5m。

孔樁開挖至設計標高后，應清除基坑底殘渣、排凈積水，并隨即進行隱蔽工程驗收。驗收合格后，應立即封底和澆筑基礎。

（2）成樁的可能性及其對環境的影響。由于地下水對地基基礎無影響，場地上覆松散素填土層最厚達2m，殘積層紅黏土層最厚達12m，對成樁影響最大的是上覆松散素填土層、殘積層紅黏土及強風化白云質灰巖，樁基坑可采用人工挖孔樁基礎或機械成孔樁[5]。

3.4結論及建議

（1）擬建物基礎形式可選擇淺基礎（柱下條形基礎），以可塑紅黏土做基礎持力層，或選擇深基礎（樁基礎），以中風化白云質灰巖做基礎持力層。

（2）本場地為巖溶強發育地段，場地為巖溶地基，鉆孔孔徑較小，不能完全確保持力層的完整性，地質人員需加強現場后期驗槽工作。建設單位或現場施工人員如遇現場地質情況與地勘資料不吻合的情況，應及時通知地勘單位進行補充勘察，以確保擬建物的安全和穩定。

（3）當采用紅黏土地基時，基礎開挖后應留保護層，驗槽合格后，及時封底，做好場地的截排水措施；若采用樁基礎方案，基礎施工到位后，必須經過各相關責任主體檢驗合格后，應立即進行基底封閉，并及時澆注。

4結語

綜上所述，當在巖溶地區選擇地基基礎方案時，應根據實際情況結合相應的室內試驗及其他輔助勘探方法進行綜合性分析，對地基基礎方案的選擇及地基處理方法建議，應采取科學的、合理的措施，綜合為業主推薦最合理、最佳的地基基礎方案，也是為社會的和諧發展營造一個健康、良好的生態環境。

參考文獻

[1]曾夢筆.巖土工程勘察與地基施工處理技術探討[J].工程技術研究，2020，5（18）：106-107.

[2]祁妮.《東海島產業用地軟基處理工程（三期）巖土工程勘察報告》漢英翻譯實踐報告[D].上海：上海海洋大學，2023.

[3]王彬羽.A設計總院巖土院發展戰略研究[D].上海：華東師范大學，2021.

[4]李志文.水務工程巖土工程勘察外業安全文明生產動態管理監督制度研究[J].中國勘察設計，2022（8）：84-87.

[5]林曉春.市政工程勘察巖土地層劃分標準研究：以東南沿海濱江平原地區為例[J].中國市政工程，2019（6）：83-88，108.