在工业与民用建筑中岩溶地基处理方法探讨

摘要：针对岩溶地区特有的地质条件, 结合现行设计规范和总结前人的经验, 探讨在工业与民用建筑中岩溶地基合理、安全、可靠的处理方法。

关键词：岩溶地基 处理方法 稳定性

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：

前言

岩溶是由石灰岩, 泥灰岩等可溶性岩石长期受水的化学溶蚀和机械作用而形成的。基岩内有溶洞存在, 在附加荷载或振动作用下, 会使地基变形塌陷, 建筑物倒坍, 当其上履盖土层时, 由于土层厚度不均, 往往导致地基产生不均匀沉降, 影响建筑物的使用。

溶洞灌浆及旋喷桩地基处理可以起到地基加固和基坑止水双重作用, 可将石灰表面的溶沟, 溶槽及浅层溶洞充填密实, 若桩端下有3m 厚的完整石灰岩岩面, 保证桩端及上部结构的稳定可靠, 可不考虑下部石灰岩溶洞对地基基础稳定性的影响, 溶洞灌浆和旋喷注浆在浅层多溶洞, 且岩面凹凸不平, 高差变化大的情况下, 对地基进行处理, 是能满足加固要求的, 且技术上是可行的。钢管桩是将数根钢管通过钢孔由基岩面安放在下部完整基岩上, 使上部荷载通过钢管桩直接作用于深部完整基岩上, 因此不需要考虑桩底基岩的岩溶发育程度, 涌水大小, 基岩完整程度等等因素, 并可将单桩承载转化为群桩承载, 比较适用于持力层深度大, 地下水丰富, 基岩岩溶强烈发育的地方。

一、处理前准备

大型建筑物要求基础的承载力较大, 地基持力层要有较好的完整性和较大的抗压能力。因此在岩溶发育地区修建建筑物之前要充分做好岩溶的探测, 利用遥感图像能宏观而真实地反映地表特征和各种地质现象的空间关系, 因此遥感在岩溶地质工作中得到广泛的应用; 利用物探的方法来调查勘探岩溶洞穴、裂隙、暗河以及寻找岩溶裂隙水等, 取得了一定的成效, 解决了一些岩溶地质问题。再加上物探的测区广、费用少、时间短等优点, 因此在岩溶工程地质勘测工作中, 物探方法已成为不可缺少的一种勘探手段。在以上地质调查和物探成果的基础上, 结合工程要求, 如果有必要还要做好超前钻。分析钻孔成果时, 避免片面性和局限性, 都是很有必要的。这样做既可进一步查明地区岩溶化程度及工程所在部位的埋藏条件, 也可从物探和钻探的对比中相互验证。我们通过以上的探测技术, 可以划分岩溶地貌单元、确定各类岩溶个体形态, 水系分布与河道变迁情况, 各级岩溶剥离面的鉴别, 分析断裂的力学性质及隐伏构造, 确定不同时代的地层界线及接触关系, 确定各种岩溶地表、地下水点的分布, 结合地貌判释, 分析地下水的补给、径流、排泄条件及暗河、伏流的分布特征, 划分水文地质单元, 确定岩溶积水段, 充分分析场内溶洞的分布, 确定溶洞是否存在一定走向,确定岩石裂隙和溶洞的发育情况, 确定溶洞是否相互贯通,确定洞内是否存在充填物, 若存在, 其充填物是淤泥、粘土还是未完全风化的岩石碎块。我们只有弄清以上情况后, 才能采取适当的地基处理方法, 使其既经济又合理。

二、岩溶洞穴稳定性的评价

岩溶洞穴包括基岩中岩溶洞穴及第四系松散覆盖层中洞穴, 其顶板常因失去稳定而致坍塌。根据我国路桥建设中处理基岩洞穴顶板的实践经验, 认为评价洞穴稳定性必须分析两个因素: 一是内在因素, 包括洞穴顶板的厚度、跨度及形态、岩层产状、节理、裂隙状况, 以及岩石的物理力学指标等;二是外在因素包括受载状况, 岩石含水量及洞内水流搬运的机械破坏作用等。对于完整的水平顶板参照桥梁设计规范,假定荷载按30b~ 35b扩散角向下传递, 此传递线交于顶板与洞壁的交点以外时, 即认为溶洞壁直接支撑顶板上的外荷与自重, 顶板是安全的, 岩溶不需处理; 当顶板以下溶洞较小,且顶板厚度桩底以下5~ 6 m 时( 视岩层的坚实程度而定) ,溶洞顶板可以直接作基础的持力层, 否则岩溶要进行处理后才能作为建筑物基础的持力层。

三、地基处理

1溶洞灌浆: 溶洞灌浆是加固方法之一, 主要针对众多的小型设备基础及辅助用房下的浅层多溶洞及软弱土, 处理范围广, 但造价低。其加固机理主要是使溶洞填充密实, 形成具有一定强度的稳定体,其次尽量切断溶洞与土层及地下水之间联系, 防止溶洞的发展, 危害建筑物的安全。由于场地溶洞多为软塑状粘性土或夹有砂砾充填, 存在严重漏水现象, 有的则与上部土洞相通, 为了保证加固效果, 采用联合灌浆方法: 即对溶洞内的充填物进行扰动清洗后, 旋喷一定量的水泥浆, 然后采用类似水下混凝土浇注方法对溶洞灌注水泥混合浆, 至孔口返浆, 使溶洞内的冲填饱满, 达到加固目的。对洞内无充填物则不进行旋喷洗孔。高压旋喷清水及注浆为了是保证灌注水泥混合浆液前溶洞内浆液的稳定, 也保证加固处理后形成的灌浆体性质均匀稳定, 不存在软弱“灶”， 并使溶洞没有继续发育的条件及空间。施工中应注意地层情况, 准确控制需处理的溶洞的规模、深度、范围及充填情况。复合地基承载力要求为150kPa, 实践证明溶洞灌浆是大面积处理小型设备基础及辅助用房下的浅层溶洞的首选方案。

2 高压旋喷注浆: 主要针对厂房基础加固, 由于施工时发现地质情况与第一期的地质报告( 提供给设计院的) 严重不符, 而且工程必须赶在雨季来临前完成厂房基础的施工, 厂房基础的地基处理必须后延至基础完成后进行, 即施工完成后进行加固处理, 对需加固的基础采用高压旋喷注浆法及砂浆灌浆加固处理, 即对溶洞先进行高压旋喷注浆后, 再砂浆灌浆处理, 形成旋喷桩, 并在桩端及承台底部分进行复喷, 以达到类似扩孔桩的效果。施工别应该引起注意的是灌浆量的控制, 以免出现厂房柱基隆起或产生水平位移。

3灌浆钢管桩: 对重型设备及动荷设备的基础, 对沉降要求严格, 应以完整灰岩作持力层, 可采用有孔钢管作为灌浆孔进行灌浆, 以扩大灌浆影响范围, 并利用钢管支承在完整灰岩中, 获得较大的桩端承载力, 最后在钢管内灌注强度较高的水泥砂浆成为钢管桩。灌浆钢管桩加固效果所示。钢管桩具有强度高、施工进度快、施工工艺易行和施工质量易保证等特点。其他方案如: 人工挖孔桩基础, 虽然成本低、施工简单, 施工技术、施工工艺也比较成熟、完善, 但受施工手段的限制, 对于持力层深度大、地下水丰富、有软弱土或基岩岩溶强烈发育的地方, 如果强行开挖, 往往因护壁困难或涌水量聚增而无法施工, 由此而导致基础施工停滞, 工期延长, 甚至造成环境质量等问题。

钢管桩布置根据要求的复合地基承载力f k = 250kPa, 钢管桩的单桩承载力, 应按照桩身强度与地基强度分别计算, 取最小值。本工程最后取钢管桩的单桩承载力为343kN, 钢管桩为群桩承载, 端承桩群桩承载力等于各单桩承载力之和, 根据设备基础的地面积即可确定桩数。钢管桩施工应保证纯水泥浆灌浆量及砂浆灌浆量, 以保证钢管桩的桩径。目前国内运用钢管桩处理岩溶地基还未普及,经济方面应该是主要原因, 有关施工规范尚需完善, 对钢管桩间非完整基岩承载力的利用, 更需在今后的实际工程和实验中加以总结和归纳。

结束语

岩溶地基的处理方法有很多, 如挖填或填充、跨越、灌注或支承、压浆、处理流动水、排导等, 这些都是一些很常规的处理方法, 现在随着工程技术的发展, 岩溶地基的处理的方法更加可靠、先进、经济, 本文结合工程实际, 就如何结合工程的地质情况、场地特征、工程实际等探讨了针对不同基础采用不同的方法处理复杂岩溶地基, 并对所采用的方法进行一些探讨。

参考文献

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