岩溶地区的地基处理和基础设计分析

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1、岩溶地区的地基处理和基础设计分析摘要：近年来，随着我国经济的快速发展以及城市化水平的不断提高，在 岩溶空洞软弱地基上修筑的高层建筑越来越多，做好岩溶地区的地基处理和基础 设计具有重要意义。本文首先针对岩溶地貌及其危害展开分析，其后详细探讨了 岩溶场地评价与地基处理、基础设计要点，最后围绕工程案例分析了 CFG地基基 础在岩溶地区设计应用，以期可供参考。关键词：岩溶地区；危害；地基处理；基础设计；工程案例1 引言岩溶发育地貌是一种危害性和处理难度均较大的不良地质，在岩溶发育的地 区内多种多样的地质灾害频繁发生，威胁着各类土建工程的安全。随着现代城市 的发展，越来越多的建筑新建于岩溶地区之上，如何

2、科学进行地基处理，选择合 适的基础型式，对于每个岩溶上盖项目都至关重要。2 岩溶地貌及其危害分析岩溶地貌（KarstLandform，KL）是指场地的可溶性基岩（包括碳酸盐类岩 石、硫酸盐类岩石以及及卤盐类岩石）在不良溶蚀作用下形成的一种地质现象。 我国已在 23个省份或地区发现岩溶地貌，据统计我国岩溶区面积约为 3.44X106m2高达整个国土面积的三分之一以上。岩溶不良地质内沿地基不同深度处往往分布着较多数量的溶洞或土洞。在岩 溶空洞（包括溶洞和土洞）软弱地基上建造多层或高层建筑物时，由于土洞和溶 洞使得基础的地基承载力不足，稳定性变差，极易出现地面塌陷、地基承载力不 足、不均匀沉降和地基

3、滑动等灾害，对基础之上的面层以对整个工程建设安全产 生不利影响。我国每年由于岩溶塌陷所致的经济损失超过亿元，岩溶不良地质上 发生地质灾害的原因可归结为以下几点：（1）岩溶基岩不平整导致的上覆土层 压缩变形不均匀问题；（2）岩溶不良地基承载力不足问题；（3）渗透和突水问 题；（4）岩溶不良地基中分布复杂的土洞和溶洞，稳定性较差；（5）土洞和溶 洞的坍塌问题。3 岩溶场地评价与地基处理、基础设计要点3.1 岩溶场地评价3.1.1 不利建筑地段的评判条件当场地或地段存在下列情况之一时，一般可判定为工程地质条件不良，或对 建筑不利的地段。（ 1）洞体大、顶板破碎且有变形迹象、洞底有新近崩塌物等， 或处

4、于溶洞群分布地段。（2）在较大规模的暗河、漏斗、落水洞等岩溶通道成 片或呈带状分布的地段。（3）规模较大的浅层隐伏岩溶，并充填有软弱土体或 地面出现明显变形的地段。（4）地表水沿土层中的裂隙下渗或地下水的自然升 降变化，可使上覆土层受冲蚀，易产生密集土洞塌陷的地段。（5）岩溶通道排 泄不畅通，或可能发生堵塞而涌水，易造成暂时性淹没的地段。（6）抽取岩溶 地下水时，降落漏斗内的最低动水位超过基岩面，活动于上覆土层中，由于人工 改变地下水动态而可能出现塌陷问题的地段。3.1.2 可以不考虑岩溶稳定性的情况当场地的地质条件符合下列条件之一时，对于二级建筑物一般可不考虑岩溶 对地基稳定性的不利影响：（

5、1）基础底面以下土层厚度超过 3 倍单独基础宽度或是 6 倍条形基础宽度 且不具有形成土洞、塌陷和其他地面变形现象的条件。（2）场地不符合条件（1）,但具有下列有利边界条件：洞体属于微风化 岩石，岩体质量好，顶板岩石厚度超过（或等同）洞跨。洞体规模小，基础底 面积超过洞平面尺寸，且支承长度足够。基础置于微风化硬质岩石上，而近旁 溶蚀裂隙、落水洞、漏斗等竖向岩溶通道的宽度Vl.Om。洞隙或是岩溶漏斗填 充了密实的沉积物，且不可能被水冲蚀。3.1.3应考虑岩溶稳定性的条件当地基的地质条件不能满足前述（ 2）的条件或因建筑物的安全等级要求时， 则需按照洞体大小、顶板形态、岩体结构与强度、洞内堆填及岩

6、溶水活动情况等 开展稳定性分析工作。视边界条件和取得的参数，一般可从以下途径进行分析或 计算：（1）收集、调查已有建筑经验，通过地基地质条件和上部建筑结构特征 的类比分析进行评价。（ 2）把洞体顶板作为结构自承重体系开展力学分析工作， 综合分析顶板形态、成拱条件以及裂隙的分布、切割情况，按梁、板受力情况开 展稳定性计算工作。（3）若是有条件获得有代表性的参数，可进行有限单元数 值分析。（4）按照已经查明的地质条件，分析溶洞稳定性影响因素，同时考虑 基底的实际荷载情况，进行有利和不利的比较分析，作出稳定性评价。3.2岩溶洞隙处理当岩溶洞隙判断为对地基的稳定性存在影响，应根据其分布位置、形体大小、

7、 埋藏深度、围岩稳定性以及水文地质条件，针对具体情况分别采取以下处理措施： （1）洞口较小的洞穴，可选择镶补、嵌塞、跨盖等方法处理。（2）针对围岩不 稳、风化严重、节理裂隙发育的破碎岩体，可选择灌浆加固、清理填塞等方法进 行处理。（3）洞口较大的洞隙，可利用梁、板、拱等结构进行跨越，保证跨越 结构支承面可靠。（4）对规模大、无法采取嵌塞和跨越处理结构的情况下，可 选择洞底支撑、柱网间距调整等方法方法进行处理。3.3岩溶场地上基础设计鉴于岩溶场地基岩面起伏变化大，平面间距相差米余，基岩埋深可相差数米、 十数米或数倍、十数倍的现象。因此，当基础形式选定桩基、墩基时，宜遵照下 列原则：宜选择大直径嵌

8、岩桩或墩基，一柱一桩或一柱一墩。大直径嵌岩桩或墩基设计要点如下：（1）当基底下3倍基础宽度范围内无 倾斜或水平状的岩溶洞隙时，对浅层洞隙可按冲剪条件验算顶板其稳定性。（ 2） 当桩、墩底面处基岩面起伏较大时，对不利角度的裂隙面，需按照滑移条件对其 稳定性进行验算。（3）当桩、墩底面处基岩起伏较大时，应清除不稳定石芽， 桩、墩嵌岩深度需保证基底与岩体良好接触。4 CFG地基基础在岩溶地区设计应用分析4.1工程概况本项目为某住宅工程，用地面积总计3515m2，共计2栋住宅楼，地上17层、 地下1层，高度53.6m,框剪结构，复合地基筏板基础形式。此工程抗震设防烈 度为6度，建筑场地类别为II类，设

9、计特征周期0.35s。4.2工程地质条件本工程属于河床冲积阶地，岩土层自上而下分布如下：第四系人工填土层（Q ml ）、第四系冲积土层（Q 4 al ）、第四系残积土层（Q el ）、石炭系 基岩层（C），具体如下表1所示。场地局部地段发育溶洞，溶洞高度4.1m,见 洞率6.6%；场地总体岩面起伏大，影响地基稳定性。表1 岩土层基本情况组成情况岩土层描述灰褐、黄褐、灰黄稍湿一湿、松散一稍密状灰褐、黄褐，局部棕红、灰黑以可塑状为主，局部硬塑状，土质不均黏性土砂砾、碎石、卵石黏粒、粉粒为主,局部夹腐殖质、薄层粉砂灰褐、黄褐、灰白，局部红褐粉细粒石英砂为质黏-2土以松散状为主，局部稍密状主，局部泥质

10、含量高灰黄、灰黑，局部灰白局部混夹漂石（粒径210cm），卵石母岩成分为砂岩、花岗岩等，卵石间充填砂粒、粘粒-5 | 石灰黄、灰褐稍密一中密状黏粒、粉粒为质黏灰褐、黑褐，局部灰黑主，局部含较多卵石、中风化岩块，黏由下伏石灰岩残积形成，软塑状为主，局部可塑状，土质不均性较高结合建筑物结构特点、场地条件，基础类型选择如下：4.3.1天然地基浅基础可行性分析基坑底土层为素填土、粉质黏土层-1、粉细砂-3、卵石-4,承载力 无法满足上部荷载、强度等要求，因此天然地基浅基础不适用。4.3.2旋挖、钻（冲）孔灌注桩基础本项目若采用旋挖、钻（冲）孔灌注桩,需以微风化石灰岩作为持力层,为 了保证桩底下3倍桩径

11、且不小于5米深度范围内无溶洞且无软弱夹层的存在,部 分桩长超3 5m ,施工难度大,施工质量难以保证,且成本较高。综上所述不宜采 用旋挖、钻（冲）孔灌注桩基础。4.3.3复合地基筏板基础结合勘察结果分析，本工程第四系土层卵石层-4承载力、变形性质不满足 设计要求，地基处理后可满足设计要求。对此，选择CFG桩进行复合地基加固， 根据建筑层高与上部荷载要求，选择卵石层-4、卵石层-5或微风化石灰岩层 -1为桩端持力层。CFG桩选择长螺旋成孔方法，施工机械设备噪音、土方清运 对周围环境影响不大，CFG桩复合地基筏板基础的应用具有可行性。4.4 CFG桩桩基设计计算参数根据地区标准对复合地基承载力特征

12、值进行估算，在正式施工前做好现场试 桩工作，对成桩的可行性加以论证。在地基处理工作结束后，采用现场浅层平板 载荷试验方法确定复合地基承载力特征值。刚性桩在试桩完成后进行单桩静载荷试验，确定承载力特征值RA；钻芯法+ 低应变法检测桩的完整性，本工程CFG桩桩基设计参数如下表2所示。表2 CFG桩桩基设计参数表特征值qsa土的名称桩周摩阻力粉质黏土14微风化石frk二frs二frp=31.00MPa, Cl=0.40, C2=0.05灰岩4.5 效果检测经由施工过程、竣工后观测，建筑物主体沉降量最大为15.3mm，计算预估值 14.9mm，两者基本接近；整体沉降差达标，现已基本稳定；CFG桩进行桩

13、身低应 变检测，经由平板静载试验检测复合地基特征值，显示满足设计要求。5 结语综上所述，随着我国建筑工程的发展，岩溶地区新建工程数量不断增加，安 全、经济地开展岩溶地区地基处理和基础设计十分关键。在工程实践中，岩溶地 质对高层建筑基础设计的影响较大，必须根据地质情况进行综合分析，科学制定 地基处理方案、合理选择基础形式，保证上部建筑物的安全性。参考文献：1 岳鹏飞，蒋大园岩溶地区高层建筑桩基设计探讨J.工程建设,2020,52(12):53-56.2 欧国华.岩溶地基岩土工程勘察及地基处理分析探讨J.资源信息与工程，2017，32(02):90-91.3 韩建强，李伟科，黄俊光，王维俊，张晓伦.岩溶地区复合地基承载力的计算J工业建筑,2019,49(03):132-140.作者简介：欧阳恒(1987-)，男，湖南 娄底人，工程师，本科，工作方向：建筑结构。