基础工程设计ｌ 毋 ｆ而呵Ｄｅｓ Ｄ挑 Ｉ 岩溶地基基础概念设计探析 Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｃｏｎｃｅｐｔｕａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｋａｒｓｔ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ 赵树强，李建功 （云南省城乡建设投资有限公司，昆明６５０５０１） ＺＨＡＯ Ｓｈｕ－ｑｉａｎｇ ，ＬＩＪｉａｎ－ｇｏｎｇ。 （ＹｕｎｎａｎＵｒｂａｎａｎｄ Ｒｕｒａｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０５０１，Ｃｈｉｎａ） 【摘要】结合多年的工程实践，简要总结了岩溶地基设计的一些初步概念，对岩溶地区浅基及桩基设计、检测及施工中 常见问题的处理提出了一些建议，为岩溶地区工程设计及施工提供了参考。 ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｓｏｍｅ ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ ｃｏｎｃｅｐｔｓ ｏｆｋａｒｓｔ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｂｙ ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ＇ｓ ｅｎｇｉｎｅｅｎｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｆｏｒ ｍａｎｙｙｅａｒｓ．Ｓｏｍｅｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｆｏｒｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｃｏｍｍｏｎｐｒｏｂｌｅｍｓｉｎｓｈａｌｌｏｗｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｐｉｌｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ， ｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．ＴｈｅｋａｒｓｔａｒｅａｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｄｅｓｉｎｇａｎｄＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｖｉｄｅｓｓｏｍｅｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ． 【关键词】岩溶地基；嵌岩桩；检测 ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｋａｒｓｔｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ；ｒｏｃｋ－ｓｏｅｋｅｔｅｄｐｉｌｅ；ｔｅｓｉｔｎｇ 【中图分类号】ＴＵ４７３．１ 【文献标志码】Ａ 【文章编号】１００７・９４６７（２０１７）０８－００６５－０３ 【ＤＯｎ １０．１３６１６０．ｃｎｋｉ．ｇｅｊｓｙｓｊ．２０１７．０８．０１７ １引言 者结合多年工作实践的技术总结。因碳酸盐类岩石分布较广， 故本文所指岩溶地基即为碳酸盐岩类岩石地基及其风化产物 岩溶是白云岩、石灰岩、石膏、岩盐等可溶性岩石在水的 红黏土地基。 溶蚀作用下产生的各种地质作用、形态和现象的总称【”。岩溶 在我国分布较广，尤其在贵州、广西、云南、四川等省。随着我 ２岩溶地基特点 国国民经济的蓬勃发展，城镇化建设的快速推进，越来越多的 ２．１红黏土主要特性 项目不可避免地面临岩溶问题，《建筑地基基础设计规范》对 １）红黏土为碳酸盐系的岩石经红土化作用形成的黏性 岩溶地区建筑场地和地基的稳定性要求及评价、岩溶地基处 土，具有高液限（液限：５Ｏ％～１００％）、高塑性（塑性指数：２５～ 理等作了原则性规定。在工程实践中，岩溶面标高起伏差异 ５Ｏ）、大孔隙（孔隙比：１．１～１．７）及高水敏性（其力学性能与土的 大、岩洞位置、大小、平面及竖向分布变化无穷且无规律、地下 含水比直接相关）等特点。其物理指标较差，但力学性能相对 水的变化等原因，使其在岩溶地区的建设面临复杂的地质条 较好，《建筑地基基础设计规范》将其划分为特殊性土圆。 件。总结工程经验和教训，安全、经济、科学地处理好岩溶地 ２）天然状态下，红黏土强度较高，压缩性低，且有上硬下 基，更好地服务于工程建设，是工程人员不断追求的目标。笔 软的特点，岩石低洼处常有饱和软土存在，硬土一旦浸水即软 化。 【作者简介】赵树强（１９７０一），男，，云南澄江人，高级工程师，从事 ３）以收缩为主，在天然状态下，线缩率远大于膨胀率，在 建筑结构、岩土、基础、抗震、加固设计及其管理研究。 某些地区（如云南蒙自、鸡街一带）还具有一定的胀缩特性。 ６ ｌ工程建设与设计 ｌ Ｃｏ￣ｔｒｕｃｄｏｎ＆ＤｅｓｉｇｎＦｏｒＰｒｏｊｅｃｔ ４）在下伏基岩、岩溶发育区，常伴生土洞，对地基稳定极 为不利。 的卸载作用，且地下层数越多，该作用越强大。 ３）对土岩组合地基，对于石芽密布出露，石芽间距小于 ２ｍ，其间为硬塑或坚硬状态黏土时，建设不高于６层砌体结构 ５）其厚度因受地形及下伏基岩的影响，变化较大。当下伏 基岩溶洞、溶槽、石芽和悬臂状岩较发育时，常常咫尺之隔，厚 度差异甚大，所以，红黏土地基多为不均匀地基或土岩组合地 基。 或３层及以下框架结构，基底压力小于２００ｋＰａ时，可不做地 基处理；否则，可利用经检验稳定可靠的石芽作支墩式基础， 也可在石芽出露部位做褥垫，按基底主要压缩层范围内岩土 所占比例进行地基改造。土占比高时改造岩石，方法是凿除部 分岩石加砂石褥垫以适应地基土的变形；岩石占比高时改造 ２．２碳酸盐类岩石地基特性 １）岩体中常发育溶洞、溶隙、溶槽等不良地质现象。地下 水的冲蚀或潜蚀使其形成和发展，它们对建筑基础的安全影 响很大，易于发生地基不均匀变形、崩塌和陷落。 ２）因地下石柱、石笋、洞穴发育或因基岩石倾斜过大，可 能在桩端受力范围内产生临空面，从而导致桩端失稳。 ３）新鲜岩石饱强度高，其饱和单轴抗压强度大，大多在 ４０～７０ＭＰａ，属较硬岩或坚硬岩。是较好的基础持力层。 ４）岩体中大多含岩溶洞穴水，且富水性分布不均匀，多具 承压性。 ３岩溶地基基础设计概念 ３．１概述 岩溶地基的典型构成为：上部覆盖有第四系中、洪积、坡 残积土，下伏为起伏较大且伴有岩溶发育的硬质岩石。当覆盖 层较薄时，地面会出露石芽、溶沟等地貌、形成土岩组合地基； 具有明显的不均匀性，易导致建筑基础的不均沉降。岩溶地区 基础选型应结合上部结构受力特点及场地工程地质条件优先 采用浅基方案；当天然地基的承载力及变形不能满足上部结 构的受力要求时，可结合上部结构受力特点及施工条件选择 适宜的地基处理方式；当地基处理仍不能满足承载力及变形 要求时，应采用桩基础。桩基的选型应根据结构荷载情况，场 地工程地质及水文地质条件、施工机械、施工工艺、现场施工 条件等因素综合确定［３】。 ３．２天然地基基础设计概念 １）当上覆土层厚度较均匀，地基强度满足要求时，多层、 小高层建筑宜充分利用岩溶地基上硬下软的特点，尽量采用 天然地基，以方便施工、缩短工期、节约造价。因岩溶地基中可 能出现未探明的溶洞，为控制建筑沉降变形，确保结构安全， 建议采用刚度较好的条形或筏形（有地下室时）基础。 ２）当存在整体地下室时，建议尽量用足天然地基强度，因 为地下室外墙与回填土之间产生的摩擦力对地基基础有较大 ６６ 土，方法是换填、结构跨越或局部采用桩、墩承载，亦即可采用 不同基础型式将结构荷载直接传至岩石地基上。 ４）注意验算地基的不均匀沉降，当基底下的土层厚度小 于基底宽度的２．５倍时，岩石作为地基土的刚性下卧层，土层 与岩层接触面上将出现应力集中现象，上部土层的变形量会 增大，计算地基变形时应考虑刚性下卧层对土层变形的增大 效应。 ５）当存在较弱下卧层时，尚需对软弱下卧层进行验 算。 ６）红黏土地基水敏性较高，浸水软化较为明显，故在设计 和施工中应注意完善室外场地排水措施，加宽散水宽度，防止 地表水直接渗入基底引起地基软化，从而产生过大的附加沉 降，施工时应快速作业，减少基坑土暴露时间；红黏土边坡应 做好坡面保护，以免干缩产生过多裂隙而失稳。 ７）当红黏土有胀缩特性时，设计时应使基础埋深大于大 气影响急剧层深度，同时满足第上述第６条要求。 ３．３桩基础的设计概念 ３．３．１桩型选择 鉴于岩溶地基岩石普遍陡倾、岩溶发育，且岩质坚硬，故 桩型选择应采用嵌岩灌注桩为宜，以保证桩端稳定，并充分利 用岩石强度，提升经济性。下面就岩溶地区几种适宜桩型作简 单概述。 １）当基岩上覆土层较厚，天然地基承载力相差不多时，应 优先使用普通桩（如长螺旋钻孔压灌桩），将桩端平面置于基 岩面以上，至少２～３ｍ的较好土层，同时考虑承台底土层的共 同作用，按减沉复合疏桩基础进行计算。 ２）当基岩上覆土层较厚，且天然地基承载力不能满足上 部结构荷载强度及变形要求，采用减沉复核疏桩基础条件没 有技术及经济优势时，应采用嵌岩桩，在水位较低，涌水量较 基础工程设计ｌ 西 肿ｃ ｊ培ｎ ‘ｋ ｃ删ｍｄ ｌ 小，且无流沙、饱和软土及有害气体的情况下，应优先采用人 工挖孔桩，按嵌岩桩进行设计。当桩端嵌入强风化岩石时，桩 ５常见问题处理 ５．１天然地基基础 岩溶地区在特定地质、地形条件下，采用浅基时常会遇到 岩溶洞穴水淹没地基的情况，宜采用盲沟进行疏排，并做好反 滤层保护地基土颗粒不被带走嗍。 端承载力特征值按深层平板荷载试验确定；桩端嵌人中等风 化、微风化基岩时，嵌岩段总极限阻力标准值应根据嵌岩深径 比按岩石饱和单轴抗压强度标准值进行计算。 ３）当地下水位较高时，宜采用大功率（至少３６ｏｋｗ）旋挖 孔灌注桩，泥浆护壁成孔工艺。若无地下水，亦可采用干作业 ５．２大直径嵌岩灌注桩基础 ５．２．１入岩深度不足及孔斜较大 旋挖成孔工艺，采用此桩型应严格控制全段面入岩深度、钻孔 垂直度、孔底沉渣２￣．７ｋ下混凝土浇筑质量。 ４）当不具有人工挖孔施工条件，旋挖成孔也难作业时，宜 采用冲击成孔灌注桩工艺，此时应重点控制孔底沉渣，水下混 凝土浇筑质量及充盈系数。 ５）岩溶区尚可采用长螺旋气旋成孔灌注桩、长螺旋强扭 成孔灌注桩工艺，此２种工艺除进入基岩的成孔方式采用高 压气动锤头或强力切割钻具钻进外，其余均与长螺旋钻孔压 灌注桩相同嘲。本工艺施工深度可达３０ｍ，不产生或较易清理 孔底沉渣，桩身质量易于保证，曾在一些项目应用并取得较好 效果，属新型工艺，处于研发推广阶段。 ４桩基检测建议 ， １）普通减沉复合疏桩按静载荷试验确定其单桩承载力， 桩身质量采用低应变法进行检测印。 ２）人工挖孔桩当持力层为强风化岩时，采用深层平板载 荷试验进行桩端持力层检验；当持力层为中、微风化岩时，可 直接采用施工勘察时桩端位置处的岩石饱和单轴抗压强度作 为桩端持力层的检验结果；桩身质量建议采用声波透射法检 测，最终单桩承载力可根据上述持力层检验报告结合桩身质 量检验报告进行综合判定，而不必做静载荷试验，可大节约试 桩成本及工期。 ３）干作业旋挖成孔灌注桩清底干净且桩端嵌入中、微风 化岩时，桩端持力层亦可采用施工勘察时取得的桩端位置处 的岩石饱和单轴抗压强度作为桩端持力层检验结果，桩身质 量可采用声波透射法或钻芯法验证，两者综合判定单桩承载 力，而不必进行静载荷试验。 ４）其他条件下的大直径嵌岩灌注桩，其单桩承载力建议 采用静载荷试验，桩身质量检查建议采用钻芯法，以便同时判 定桩身混凝土强度及孔底沉渣情况ｒ７】。 由于基岩面倾斜，施工机械切割能力不足或旖工机械控 制不好导致入岩深度不足、孔斜过大，从而引起桩端失稳，此 种情况在实际工程中较为常见。处理办法是： １）采用大功率（３６０ｋｗ及以上）旋挖设备，增强设备切割 能力。如某项目持力层为白云质灰岩，饱和单轴抗压强度达 ７４ＭＰａ，采用８００ｒａｍ干作业法旋挖成孔工艺，仅半小时钻 人持力层２ｍ，且清底干净，经静载荷试验其承载力远大于设 计要求，效果良好。 ２）发现孔斜时应停止钻探进，回灌混凝土，回灌面应高出 钻探面ｌ～１．５ｍ，待其强度达７５％以上时（一般５～７ｄ后）重 新钻进，通过回灌混凝土的端部及侧向约束校正钻孔垂 直度。 ３）入岩深度应按施工勘察资料判定基岩面倾角，逐孔计 算全断面进入岩石的设计深度唧。 ５．２．２底沉渣超过规范要求 大直径嵌岩桩基本上均为端承型桩基，按《建筑桩基技 术规范）（ＪＧＪ９４－－２００８）要求，其孔底沉渣厚度应￣＜５０ｍｍ；实 际工程中，当上覆地层中有砂、砾层或软土，且地下水较高 时，常规泥浆护壁很难满足规范要求，根据工程实践经 验，建议上述类似地层中采用大直径旋挖成孔灌注桩时， 尽量使用全护筒跟进工艺，并提高泥浆密度（１．２０以上）， 同时预埋注浆管采用桩底后注浆工艺处理，以提高单桩承载 力保证率。 ５．２．３越无充填溶洞 采用旋挖成孔工艺时，当溶洞较小时，采用混凝土回灌复 钻处理；当溶洞较大时，建议埋敷永久性刚套管进行穿越处 理。采用冲击成孔工艺穿越较大溶洞时，可采用抛石筑壁（抛 入水泥、黏土、块石）处理。 （下转第７１页） ６７ 基础工程设计ｌ Ｅ婚ｍ。 ｇＤｅｓ 妇Ｇｒｏａｎｄｌ 滑桩可与地下车库桩共用，锚索施工过程中应确保避开４ 楼 ７结论 基础，同时提高车库设计标高以降低边坡高度，使泥化夹层２ 不临空。 １）岩质深基坑开挖后应及时校核岩层产状，并加强对裂 ２）对于ＯＷ段基坑边坡，因 楼基础正在施工过程中， 隙、层面及层间软弱夹层的调查和核实。 ２）探井是直观查明岩体中泥化夹层必要的勘探手段，泥 建议降低６ 楼设计标高和提高南侧地下室标高，确保６ 楼基 础位于泥化夹层和临空泥岩层面以下，且泥化夹层和临空泥 化夹层的抗剪强度主要取决于夹泥的强度。 ３）存在外倾泥化夹层的岩质基坑边坡中稳定极差，应采 岩层面以上的基础采用隔离措施，确保荷载不传递到泥化夹 层临空泥岩层面以上的岩体中，并对该段边坡采用桩板墙支 用桩锚等主动受力、变形较小、对边坡稳定性和建筑物地基基 础扰动小的支护结构进行支挡。 护。 ４）对于呈阶梯状、长断面的岩质深基坑，建议从最低处进 ３）若６ 降低设计标高，则在北东、南西和北西侧均形成 边坡，对建议采用逆作法施工的锚杆挡墙支挡。 行主体结构施工并对基坑边坡采用逆作法分段支护。 ４）应先采用逆作法施工完成各段边坡工程之后，才做房 【参考文献】 【Ｉ】肖树芳，杨淑碧．岩体力学【 ．北京：地质出版社，１９９３． 屋主体工程施工。 【２】周思孟．复杂岩体若干岩石力学问题【Ｍ】．北京：中国水利电力出版 ５）因场地内已在泥岩中发现多层泥化夹层，对未发现泥 社。１９９８． 化夹层的边坡应进一步加强现场核实有无泥化夹层，加强施 【３］ＧＢ５０３３０－－－２０１３建筑边坡工程技术规范【ｓ】． 工期的地质工作，信息法施工、动态设计，并对周边边坡及建 构筑物加强监测。 ．【收稿日期］２０１７．０４．１１ （Ｉ－接第６７页） 平有限，不妥之处还望业界人士指正。搬 ５．２．４特殊地质条件预处理 【参考文献】 根据施工勘察报告，对某些特殊地质条件，如基坑中局部 【１】常士骠．张苏民．工程地质手册（第四版）【Ｋ］ Ｅ京：中国建筑工业出 承压水位过高，局部范围有连续饱和软土分布等情况需要进 版社，２００７． 行预处理。针对承压水位过高的情况，建议局部回填基坑，或 【２】ＧＢ ５０００７－－２０１ １建筑地基基础设计规范【ｓ】． 垫高设备，保证护筒内泥浆液面高于承压水头１．５ｍ，这样方 【３】ＪＧＪ ７９—２Ｏ１２建筑地基处理技术规范【ｓ】． 能顺利施工；当局部范围有连续分布的饱和软土时，可对其进 【４】孔垂烛，邓安福刚性下卧层对上部土层变形的影响【Ｊ】．岩土工程 行高压旋喷注浆处理后，再正常施工；当同一建筑个别桩孔按 技术，２００５（６）：３０３－３０６． 施工勘察出现异常超长桩时，可考虑局部调整周边桩位及基 【５】ＪＧＪ９４－－２００８建筑桩基技术规范【ｓ】． 础梁、板配筋，取消异常桩嘲。 【６】ＪＧＪ １０６－－２０１４建筑桩基检测技术规范【ｓ］． 【７］ＪＧＪ／Ｔ２２５－－２０１０大直径扩底灌注桩技术规程［ｓ】． ６结语 【８】ＧＢ厂ｒ ５Ｏ７８３—２Ｏ１２复合地基技术规范【ｓ】． 岩溶作为在我国尤其是黔、桂、滇一带广泛分布的地质现 【９】李国胜．建筑地基基础及地下室结构疑难处理与实例［Ｍ】．北京：中 象，如何在工程建设中科学地进行勘察、设计、施工、检测，确 国建筑工业出版社，２０１４． 保工程安全、经济，合理利用土地资源，是工程界不断探索、研 究的一项长期课题，本文是作者通过工程实践对岩溶地基基 础设计所进行的一些概念总结，希望能给同行从事岩溶地区 工程地基基础设计与施工提供一些借鉴或参考，笔者由于水 【收稿日期］２０１ ７—０３－２８ ７１
