岩溶地区的地基处理和基础设计分析

文/杨志勇 广东华方工程设计有限公司 广东东莞 523000

岩溶地区普遍存在漏斗、暗河、溶槽、溶洞等地质情况，存在形式十分隐蔽。岩溶作用指的是流水对岩石造成腐蚀与冲击，部分情况下表现为机械式的侵蚀，使岩石形态发生变化。岩溶不良地质所构成的岩溶地基普遍存在不均匀沉降、承载力不足等方面的问题，严重情况下还可能会导致地基塌陷或地基滑动。在我国建筑工程领域不断发展的过程中，在岩溶地区兴建高层建筑方面的技术也取得了一定的进展。设计单位需要对岩溶地基建设房屋时所存在的关键问题进行重点的解决，做好岩溶地基稳定性分析工作，对岩溶地基基础形式进行有针对性的设计，使所制定的地基处理方案更具合理性与经济性。

1、岩溶地基相关方面的评价

设计单位需要重点设计好岩溶地区的房屋基础，选择正确的处理方法对于工程的造价与施工安全性有着十分重要的意义。施工区域或周围所存在的岩溶均会在一定程度上影响到施工安全，需要对岩溶进行勘察，综合性地对岩溶地基进行评价，根据评价结果科学客观地制定地基处理方案。计算方法、数学模型以及力学模型是最为重要的评价步骤，在我国建筑行业不断发展的过程中，岩溶地基分析评价流程得到了进一步的简化，尤其是在稳定性分析方面已经可以由以往十分繁琐的定量分析转化为直观、简化的定性分析。

定性评价法通常应用于常规工程地基稳定性分析与初勘阶段的场地选择，具体包含经验比拟法与综合分析法两种。依照对洞体稳定性造成影响的有关因素与与洞隙边界条件做出合理的评价与综合性的分析。

半定量评价法是定性评价法的延伸与补充，具体包含顶板厚跨比法和顶板安全厚度计算法。其中顶板厚跨比法不需要考虑顶板性质、荷载和大小，选取顶部最薄处厚度和水平投影跨度两项数值，能够计算出厚跨比，该数值能够用来对顶板厚度的安全性做出评价。

定量评价法涉及到边界条件和岩土体力学参数存在许多不确定性，需要事先依照现有的假定条件建立物理力学模型，再根据模型进行计算，再按照计算结果来判断和评价岩溶空洞的稳定性。

2、常用的地基处理方法

2.1 地基的填垫

2.1.1 充填法

在选择岩溶地基处理方法的过程中需要综合考虑上部结构、基础与地基之间的共同作用。对于影响范围大、水文、地貌条件复杂的地段，需要综合运用各种不同的方法进行处理。充填法适用于裸露岩溶土洞，其上部附加荷载不大的情况。最底部须用块石、片石作填料，中部用碎石，上层用土或混凝土填塞，以保持地下水的原始流通状况，使其形成自然的反滤层。或用砂、石等材料充填采空区，形成充填体支撑顶板、围岩，防止和减少顶板垮落和变形，减轻工作面的压力。

2.1.2 换填法

对于已经得到充填的岩溶土洞宜采用换填法，对于物理力学较差的岩溶土洞，需要事先将洞中填充物清除干净，再用混凝土、砂、片石以及块石等材料进行换填。

2.1.3 挖填法

对于浅埋的岩溶土洞，需要事先爆破揭顶或将其挖开，若存在松软塌陷土体，需要将其挖除，再填入砂、片石、块石等，夯实粘性土体，此之谓挖填法。

2.1.4 褥垫法

石芽、槽、沟、隙、等岩溶突出物，很容易造成不均匀性的地基沉降，在凿去突出物后再设置厚度为30～50cm的砂土褥垫，此之谓褥垫法。

2.2 地基的加固

2.2.1 灌浆法

灌浆法具有造价低、应用范围广等方面的特点，应用场景十分丰富。溶洞的填充密实是其最主要的填充原理，所形成的稳定体有着比较大的强度。在施工过程中，需要将地下水、土层与溶洞三者之间的联系切除，使溶洞停止发展并保持稳定，进而提高建筑物本身的稳定性。该处理方法通常应用于软弱土层处理与浅层溶洞处理。

2.2.2 压力注浆法

部分岩溶土洞有着比较大的埋深，加固方法主要为压力注浆法。该加固方法的作用原理在于以压浆泵为主要工具，于岩土层中注入混凝土，再以挤密、渗透以及填充等方式，将土颗粒间的气体、水分挤出，同时完成对于空白位置的填充。在混凝土凝固后，将形成一定具有良好稳定性和渗透性的新岩土体。另外注浆体的压力注入，可在基岩面封堵岩开口洞隙，防止地下水位腐蚀岩溶土洞，从而使岩溶地基得到加固。

2.3 跨越法

跨度较大的溶蚀、溶沟、溶洞等岩溶地基，需要采用拱、板、梁等结构跨越；若溶槽、溶沟以及洞隙的规模比较大，可以采用调整结构柱距、沟槽底部连续支撑等方法进行处理。在采用拱、板、梁等结构跨越的情况下，梁式结构在支撑体或岩石上的支撑长度需要维持在梁高的1.5倍以上。

对于裸露岩溶土洞则可以采用充填处理方法，该处理方法的另一个优点在于能够处理上部附加荷载有限的问题。底部可供选用的填料有片石、块石等。中间充填材料宜选用碎石，用混凝土充填上层，使原始的地下水流得以保留，自然形成一道反滤层。

2.4 桩基法

在溶洞多层发育、塌陷漏斗较深的情况下，可以采用桩基础。

2.4.1 冲孔灌注桩

该桩基通常应用于上部洞穴顶板较薄、溶洞洞穴小并存在多层溶洞的地质情况，能够到达下层溶洞顶板并且冲穿上层溶洞顶板。施工经验比较丰富的施工人员能够通过冲击声音来判断出顶板的厚度。然而，需要确保稳妥，需要于桩位位置进行超前钻处理，对洞穴情况有一个全面的了解，再依照设置要求将冲击钻冲至岩层。

2.4.2 钻孔桩

钻孔桩通常应用于岩溶表面不平、地下有夹层分布或孤石、单桩荷载较大等情况，钻孔桩能够将夹层、孤石击穿，准确于持力层上支承桩端，同时也能够获取比较良好的桩端嵌岩情况。然而钻孔桩不适用于溶沟较多、岩溶裂隙较多的基岩中，在施工过程中也可能会出现打偏、钻杆偏斜、卡钻等方面的问题。

2.4.3 群桩

群桩通常可应用于十分复杂的岩溶表面，然而在岩溶表面存在许多覆盖物的情况下，采用群桩可能会影响到施工现场的人员安全与最终的施工质量。

3、基础设计

3.1 基础设计所需要遵循的有关原则

在整体结构设计中基础设计有着十分关键的作用，由于岩溶地区存在着十分复杂的地质情况，基础设计的质量往往会受到多方面因素的影响。因此，设计人员需要严格遵循以下几方面的原则进行设计。

第一，需要严格控制对地基变形量，避免破坏上部结构；第二，在外来荷载的影响下，需要确保地基的稳定性不受影响；第三，所制定的施工方案一方面需要保证切实可行，同时也要考虑到施工方案的环保性。

3.2 对地质勘察的要求

地质勘察工作的根本目的在于为接下来的设计、施工提供数据支持。然而，岩溶地区存在大量不规律且不连续的岩石露头，同时也有着比较大的高低起伏。常规的地质钻探勘察结果无法将岩溶情况全面地反映出来，需要在设计、施工前进行施工勘察。

3.3 基础形式的选择

3.3.1 选用独立基础

对于层数不多的多层房屋，可采用处理地基独立基础，当地基为较硬的岩石地基或者较为完整的硬土持力层，同时不存在浅层土、溶洞时可直接采用天然地基独立基础；当地基为较差的填土且厚度较大时可采用水泥土搅拌桩或其它桩处理地基，再采用独立基础，具有浅层土洞时可采用前述方法处理。

3.3.2 选用桩基础

由于对于岩溶稳定性的判断仍然需要依赖施工经验，当基础设计等级为甲、乙级且建筑物地基不是较完整的坚硬岩 ；或者基础设计等级为丙级但需考虑岩溶对地基稳定性影响时，基础宜选择桩基础，采用钻孔、冲孔桩（或旋挖桩）。

3.3.3 选用处理地基+筏板基础

对于层数较多的高层建筑，柱墙底力通常较大，如地基持力层为较好的粘性土层，且该土层厚度较大，溶洞较深时，可采用处理地基+筏板基础。地基处理可采用水泥粉煤灰碎石桩、素砼桩、预应力高强砼管桩等。

结语：

当前我国已经进入到现代化建设的关键阶段，如何做好岩溶地区的基础设计工作已经成为设计单位十分重要的研究课题。因此，设计单位需要对各种勘察方法有一个全面的了解，综合运用各种处理方法，采用各种手段提高地基的稳定性，使得在岩溶地区所建造的房屋更加安全、合理、经济。

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