泰安某灰岩溶洞地区采用特大直径嵌岩灌注桩的论证

【摘 要】本场区岩土勘察工作以钻探为主，配合相应的波速、标贯、抽水、载荷试验、岩土样化（试）验等；不良地质作用主要为下伏基岩的岩溶、裂隙发育，采取经济合理的地基处理方案，以减少溶洞及裂隙对工程的影响。

【关键词】工勘；灰岩；溶洞；裂隙；高层

拟建物1-14号住宅楼20～34层不等，总建筑面积约45万平方米，岩土工程重要性为一级，场地等级为二级，地基等级为二级，综合评定岩土工程勘察等级为甲级，地基基础设计等级为甲级。

1 地质构造

拟建场地位于鲁西隆起区（Ⅱ），泰山―沂山隆起（Ⅲ），泰山凸起（Ⅳ）与泰莱凹陷两个四级构造单元接壤部位西端。泰山凸起基底褶皱构造最为发育，有一系列紧密的背向斜平行排列构成。褶皱轴向300～340°泰莱凹陷主要受北西向铜冶店―文祖断裂，北东东向泰安―大王庄断裂和东西向石门官庄―塔子断裂控制，北东东向泰安―大王庄断裂是泰山凸起和泰莱凹陷的分界断裂。

场区下伏基岩为中奥陶系碳酸岩类，总体属单斜构造，走向NW，倾向NW，倾角较缓。根据泰安市某医院病房楼岩土工程勘察报告，该拟建场地向西发育一条近NNE向断裂，倾向SE，倾角75。，压扭性。由于构造活动致使断层岩体破碎，同时由于地下水的频繁活动，导致与之对应的该段岩石溶蚀严重，溶洞发育（拟建场地位于该断层的NE盘）。

2 地下水

拟建场区地处泰山山前冲洪积扇的中下部，地形较为平坦。地面标高最大值136.10m，最小值134.75m，地表相对高差1.35m。拟建场区内，地下水有两种类型，即上部第四系孔隙潜水（埋深2.4-3.7米）和下部奥陶系岩溶裂隙水。

（1）第四系孔隙潜水：场地内第四系孔隙潜水主要赋存于上部第二层粉质粘土混砂及第三层中粗砂混粉质粘土中，水位埋藏较浅。主要补给来源为大气降水，排泄途径为大气蒸发和地下径流。

（2）奥陶系岩溶裂隙水：下部基岩含岩溶裂隙水，由于岩溶裂隙充填程度的不均匀性，使岩溶裂隙仍具有一定的透水性，在钻探施工过程中冲洗液漏失现象较为普遍，则可以说明。基岩水主要补给来源为第四系孔隙潜水及侧向径流补给，排泄途径为地下径流和人工开采。

3 揭露沉积岩岩层结构及物理力学性质

根据钻探揭露，结合室内土工试验结果，拟建场地地基土在勘察深度范围内揭露的沉积岩溶地层岩性及发育特征分析如下：

3.1 岩溶裂隙发育带（O2）

该发育带以石灰岩为主，其次为白云质灰岩、泥灰岩及粘土混灰岩碎块，岩性较为复杂，其厚度变化较大，风化程度极不均匀，岩芯破碎，取芯多为呈碎块状、薄饼状，少见短柱状，岩芯采取率40-70%。岩芯破碎，岩溶裂隙较发育，溶蚀现象严重，多见溶孔、溶洞，溶洞深度多在0.3～3.1米，局部可达4.0米以上，大直径溶洞多为未充填溶洞、半充填、充填溶洞，小直径溶洞为充填、未充填溶洞。场区普遍分布，厚度：0.30～22.60m，平均12.24m；层底标高：100.52～117.80m，平均110.46m；层底埋深：18.00～35.00m，平均25.05m。

溶洞充填物：黄褐色-褐红色，硬塑，局部可塑。一般土质较为均匀，含少量风化岩碎块，局部含量较高，呈棱角状，粒径一般在0.5～4cm不等。见主要溶洞统计表（≥2.5m）1：

3.2 岩溶裂隙相对不发育带（O2）

该不发育带以石灰岩为主，次之为白云质灰岩、灰质白云岩。岩性结构较为简单，厚度较大，岩芯多呈短柱状-长柱状，局部呈碎块状，且多为机械破碎所致。岩溶裂隙稍发育，少见溶洞。该带岩体比较完整，岩芯采取率60-90%。该层取岩样15组（45件），饱和单轴抗压强度20.4-46.4Mpa不等。

4 不良地质作用

拟建场地内存在不良地质作用，主要为下伏基岩的岩溶、裂隙发育。通过对钻探施工的情况分析表明，岩溶、裂隙发育主要在岩溶裂隙发育带中发育。一般溶蚀严重、风化强烈、溶洞发育，单孔洞高最大5.2m（15号孔），岩溶裂隙有一定的连通性。

5 岩溶裂隙层位性质评价

岩溶裂隙发育带：岩性较为复杂，其厚度变化较大，风化程度极不均匀，岩芯破碎，岩溶裂隙较发育，溶蚀现象严重，大直径溶洞多为未充填、半充填状态。

岩溶裂隙相对不发育带：岩性结构较为简单，厚度较大，岩芯多呈短柱状-长柱状。该带岩体比较完整，可作桩端持力层，但层面起伏较大。

6 地基方案

结合场地的岩溶裂隙带岩土工程条件，高层建筑物比较适宜的基础形式为（特）大直径钻孔嵌岩灌注桩，以第6层岩溶裂隙相对不发育带做桩端持力层，桩端应进入溶裂隙相对不发育带不少于0.50米。桩基础施工前应采用一桩一探（对特大直径桩应考虑增加探孔数量）。当桩径按2000mm考虑时，估算单桩竖向承载力特征值为6217.2kN；当桩径按2500mm考虑时，估算单桩竖向承载力特征值为17270kN。

对局部钻孔地层条件复杂的桩位，且较深范围内无能够满足嵌岩桩要求的桩端持力层，建议采用高压灌浆充填，将溶洞裂隙处理后，作为桩端持力层；施工过程中的泥浆大量漏失，孔壁坍塌、掉块、孔斜及孔内事故的发生在所难免，因此施工前应做好防范措施，施工工艺宜采用人工挖孔桩成孔。

参考文献：

[1]贾振远.华北地台东部奥陶系地层南北向沉积环境特征.沉积学报，1986.

[2]蒋子龙，于天来.大直径钻孔灌注桩试验研究.中国高新技术企业，2007.

[3]施颖，王劲.大直径桩基础设计与应用实例，2002.

[4].高层建筑工程中桩基础的承载与施工质量控制探讨.科技信息，2011.

[5]李定龙，周治安.等.华北地区奥陶系灰岩岩溶研究的几点思考.世界地质，1997.