浅析岩溶地区基础设计

摘要：本文对岩溶地区岩溶特点、基础设计要点进行了介绍，通过一个工程实例说明岩溶地区如何进行基础选型，为岩溶地区基础设计提供参考。

关键词：岩溶，岩溶地区，基础设计

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

一、引言

在岩溶地区，建筑物的基础设计作为结构设计的重点和难点，在工程界普遍引起重视。岩溶地貌是具有溶蚀力的水对可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称。又称喀斯特地貌。它以溶蚀作用为主，还包括流水的冲蚀、潜蚀，以及坍陷等机械侵蚀过程。岩溶的主要形态有溶洞、溶沟、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗及钟乳石等，是可溶性岩受水的化学和物理作用的结果。岩溶发育的基本条件：1)具有可溶性岩层，2)具溶蚀能力和流量足够的水，3)地下水有下渗、流动的途径。一般地说，硫酸盐岩层、卤素类岩层岩溶发展速度较快；碳酸盐类岩层则发展速度较慢。质纯层厚的岩层，岩溶发育强烈，且形态齐全、规模较大；含泥质或其他杂质的岩层岩溶发展较弱。结晶颗粒粗大的岩石，岩溶较为发育，结晶颗粒细小的岩石，岩溶发育较弱。覆盖在岩溶面上的冲积、洪积层，在地表水下渗或地下水升降变化的情况下，土颗粒沿岩溶、洞穴裂隙带走，使上层土形成空洞而形成土洞。土洞是岩溶作用的产物，土洞其下基岩必有岩溶水通道，土洞常分布于溶沟两侧和落水洞、石芽上口等位置[1]。

岩溶不良地质构成的岩溶地基常常引起地基承载力不足、不均匀沉降、地基滑动和塌陷等地基变形破坏。岩溶给建筑工程的地基处理带来一定的难度，因为一是岩溶面标高起伏差异大；二是形成岩洞的位置、大小变化不一，且无一定的规律有些在同一垂直面上可能有两个以上的岩洞，各岩层风化程度也错综复杂；三是各溶洞的连通性难以评估，地下水的变化也使得地基处理复杂；四是土洞由于比岩溶发育更快，情况更难以判断。因此，在岩溶地区建造建筑物应十分慎重[2]。

二、岩溶地区基础设计要点

关于建筑物基础形式，目前主要有三种：天然基础、桩基础和复合地基基础。天然基础一般为独立柱基础、筏板基础和条形基础；桩基础一般为预制桩基础和灌注桩基础，灌注桩基础根据施工工艺的不同，又可细分为钻孔桩基础、冲孔桩基础、旋挖桩基础等；复合地基基础主要为搅拌桩复合地基基础或刚性桩复合地基基础。这三种基础形式用于不同的场合。上部主体荷载不大，场地地基土承载力又比较好时适合采用天然基础；当上部主体荷载较大，场地地基土承载力相对较好，但仍达不到设计要求时，可采用复合地基基础；当上部主体荷载较大，场地地基土相对较弱，采用地基处理方法也难达到设计要求时，可采用桩基础。而岩溶地区的基础设计，由于溶洞、土洞的存在而增加了基础设计的难度。下面结合现行规范要求对岩溶地区基础设计进行分析。

对于岩溶地区的基础设计，《建筑地基基础设计规范》[3]有相应的要求。该规范第6.6.5条中指出，对于完整、较完整的坚硬岩地基、当洞体较小，基础底面尺寸大于洞的平面尺寸，并有足够的支承长度或顶板岩石厚度大于或等于洞的跨度时可不考虑岩溶对地基稳定性的影响。而对于地基基础设计等级为丙级且荷载较小的建筑物，该规范第6.6.6条指出当符合下列条件之一时，可不考虑岩溶对地基稳定性的影响：(1)基础底面以下的土层厚度大于独立基础宽度的3倍或条形基础宽度的6倍，且不具备形成土洞的条件时；(2)基础底面与洞体顶板间土层厚度小于独立基础宽度的3倍或条形基础宽度的6倍，洞隙或岩溶漏斗被沉积物填满，其承载力特征值超过150kpa，且无被水冲蚀的可能性时；(3)基础底面存在面积小于基础底面积25%的垂直洞隙，但基底岩石面积满足上部荷载要求时。当以上两条不满足时，应进行洞体稳定性分析。对地基稳定性有影响的岩溶洞隙，应根据其位置、大小、埋深、围岩稳定性和水文地质条件综合分析，该规范第6.6.9条提出以下处理措施：(1)对较小的岩溶洞隙，可采用镶补、嵌塞与跨越等方法处理；(2)对较大的岩溶洞隙，可采用梁、板和拱等结构跨越，也可采用浆砌块石等堵塞措施以及洞底支撑或调整柱距等方法处理。跨越结构应有可靠的支撑面。梁式结构在稳定岩石上的支承长度应大于梁高1.5倍；(3)基底有不超过25%基底面积的溶洞且充填物难以挖除时，宜在洞隙部位设置钢筋混凝土底板，底板宽度应大于洞隙，并采用措施保证底板不向洞隙方向滑移。也可在洞隙部位设置钻孔桩进行穿越处理；(4)对于荷载不大的底层和多层建筑，围岩稳定，如溶洞位于条形基础末端，跨越工程量大，可按悬臂梁设计基础，若溶洞位于单独基础重心一侧，可按偏心荷载设计基础。该规范第6.6.8条对于土洞的分析和处理也提出了相应的要求，在此不再详叙。

对于岩溶地区的桩基础设计，《建筑桩基技术规范》[4]第3.4.4条提出以下原则：(1)岩溶地区的桩基，宜采用钻、冲孔桩；(2)当单桩荷载较大，岩层埋深较浅时，宜采用嵌岩桩；(3)当基岩面起伏很大且埋深较大时，宜采用摩擦型灌注桩。广东省《建筑地基基础设计规范》[5]第10.1.5条对岩溶地区桩基设计也有相应的规定。该条指出：(1)岩溶地区的桩基不宜采用直接支承于基岩面上的预制桩，荷载较大时采用钻（冲）孔桩应慎重；(2)岩溶地区承载力较高的大直径（桩径不小于1m，单桩承载力特征值不小于5000kN）应在施工前采用超前钻并结合其他物探方法查明桩端基岩性状，包括岩样的强度，是否有溶洞、溶洞尺寸、顶板破碎程度、顶板厚度等。顶板较破碎或较薄时应予穿过。完整顶板的厚度不小于溶洞平面尺寸时可不穿过，但顶板应满足受冲切承载力要求；(3)桩端持力层之下有软弱下卧层或破碎带和溶洞时，应校核下卧层的承载力，必要时尚应验算其变形。桩端以下支承岩层的厚度小于3倍桩径且小于2m(经验算其受冲切承载力足够时，可不受此限制)，必要时宜在施工前采取超前钻探探明下卧层的情况。

三、工程实例

清远连州某工程，拟建4栋高层商住楼，其中2栋27层，2栋30层，1层地下室、局部2层。拟建场地为三间盆地-连江北岸一级阶地和河漫滩，地势低洼，南侧为连江，距离场地红线为24m，江水自西向东流，地表水发育。综合场地各钻孔的地质资料，本场地的地层分布状态自上而下为；一、第四系全新统（Q4），该土层又分为4个亚层，为粘性土层与软土层相间分布，构成了较软弱和不良地基，层位较稳定，均匀性一般；二、第四纪上更新统(Q3)，卵石圆砾层，呈厚层状分布全场大部分区域，部分钻孔缺失，平均厚度4m，级配良好，饱和，中密-密实。三、下石炭系石灰岩，该层包括2个亚层，①破碎石灰岩，该层平均厚度6.52m，岩芯破碎，多呈碎石状、石块状，层面节理等结构裂隙面很发育，溶蚀风化强烈，裂隙中充填粘土、碎石等风化溶蚀产物。该层岩体完整性较差，力学强度低；②微风化石灰岩，见少量风化裂隙，局部见溶蚀现象。该场地溶洞较发育，见洞率为29.8%，绝大部分溶洞均有较软的充填物，但顶板薄，埋藏普遍不深，钻进时漏水，洞内充填物易流失，溶洞伴生溶蚀漏斗、石芽、石笋等及岩面变化巨大，其稳定性较差。该工程进行基础设计时，设计单位采用冲孔灌注桩基础，持力层为微风化石灰岩，设计桩长20-25m。笔者在审查该工程时认为，该工程采用灌注桩基础并非最好的选择。理由如下：(1)微风化岩层埋深变化较大，上部岩体破碎，厚度大，溶洞发育，入岩深度大，采用冲孔灌注桩时桩长变化较大，岩面陡倾区域易出现偏桩、桩端滑移失稳现象；(2)本场地岩溶发育程度高，规模大，溶洞大小、位置无规律性，部分钻孔揭露溶洞成串出现，如果采用灌注桩基础，各深、浅层溶洞均需处理才能进行后续施工，且溶洞范围及是否连通情况未知，工期和造价方面不可控因素多；(3)微风化岩上层破碎石灰岩厚度较厚，平均厚度为6.5m，可作为复合地基的持力层，这样埋深较深的溶洞可以不考虑其影响。鉴于以上原因，笔者建议采用刚性桩复合地基筏板基础，施工过程中遇到浅层溶洞时对其进行充填处理，深层溶洞可以不处理。该工程基础经专家论证后，专家也一致认为采用刚性桩复合地基筏板基础为最佳基础形式。

四、结论

通过对岩溶地区岩溶特点、基础设计要点及工程实例的介绍，得到的结论如下：岩溶地区基础可以浅埋的尽量浅埋，这样可以避免处理溶洞；当天然基础不能满足设计要求时，可考虑采用刚性桩或搅拌桩复合地基筏板基础或条形基础，使桩同受力，避免处理深层溶洞，采用复合地基基础相对桩基础来说，可以缩短工期、减少造价；当复合地基基础也不能满足承载力及变形要求时，才考虑使用桩基础。

参考文献

[1]吴树明.岩溶地区基础设计分析,建筑与设,2010(6):57-58.

[2]卢如华. 浅谈岩溶地区房屋建筑的基础设计, 城市建设理论研,2012(3).

[3] GB50007-2011,《建筑地基基础设计规范》[S].

[4] JGJ94-2008,《建筑桩基技术规范》[S].

[5] DBJ15-31-2003,《建筑地基基础设计规范》[S].