浅议石灰岩地区基础设计方法

【摘要】石灰岩地区工程常见孤石、溶洞、溶槽（沟）甚至地下暗河等不利条件，造成基础施工困难。本文探讨在石灰岩地区进行基础设计的经验教训，为同类设计提供参考。

【关键词】石灰岩；溶洞；基础设计；冲孔桩

石灰岩广泛分布于广西地区，造就了以喀斯特地貌闻名于世的桂林山水。由于分布在地表浅层，工程上常作为地基持力层。石灰岩地区常会遇到灰岩孤石、溶洞、溶槽（沟）甚至地下暗河等对工程不利的不良地质状况，造成基础施工难度大、持力层不均匀、基础费用超支和工期拖延。本文结合广西武鸣西江河畔的住宅项目介绍石灰岩地区基础设计经验。

1、工程地质条件

1.1杂填土、素填土层①：灰褐、褐黄色，稍湿，松散，以粘性土为主，土质不均匀，属欠固结土，具高压缩性。层厚0.30～3.00m。不能作为持力层。

1.2红粘土②：棕黄、灰黄色，稍湿，硬塑状态为主，土质较均匀，揭露层厚0.70～10m。承载力为100-250kpa，可作为天然基础和桩基础的持力层。不利因素：个别位置存在软弱下卧层或土洞（空洞）。

1.3孤石③：褐灰、灰白、灰色，坚硬，裂隙发育，在场地部分钻孔有揭露，分布于红粘土②层内中、下部。竖向厚度0.30～2.50m。不能作为持力层。

1.4破碎石灰岩④： 灰色、白灰色，强风化，岩质较坚硬，裂隙为方解石充填，局部有少量泥质填充。揭露层厚0.3～6m。承载力为300-400kpa，可作为天然基础和桩基础的持力层。

1.5溶洞充填物⑤-1：全充填状态的溶洞，充填物以硬塑、可塑状红粘土为主，局部为灰岩碎块。溶洞高度为0.30～6m。

1.6石灰岩⑤：灰色、白灰色，主要为碳酸盐，中风化，岩溶稍发育，裂隙为石英方解石充填，岩体较完整，岩质坚硬，为较硬岩。层厚超过15m，承载力为300-400kpa，可作为天然基础和桩基础的持力层。

2、基础设计与施工情况

2.1联排住宅

地上三层和一层地下室，框架结构，柱底荷载较小，采用了天然独立柱基础，基础持力层选择红粘土②层。地基验槽采用钎探不少于5米或至石灰岩⑤层。施工开挖时遇到下列情况进行了处理：a.基础超深，因地势起伏或局部软弱土层造成基础底部悬空或未达持力层，当局部超深部位不大于5米时，回填毛石混凝土至基础底标高；当超深大于5米，则基础底下降至持力层，并每隔3米增设地圈梁与框架柱连接。b.基础持力层下方5米内出现土洞，按基础设计规范，加密钎探，并按超深处理。c.局部出现孤石应挖除处理。d.局部灰岩与粘土混杂，两种土层同时作为持力层时，采取在灰岩持力层上设置200mm厚砂褥垫层处理。

2.2商业及大地下室

为三层框架和一层地下停车库，框架结构，柱底荷载较大，采用了天然独立柱基础。基础持力层为红粘土②层和石灰岩⑤层。根据详勘报告，发现少量有填充物的溶洞。为进一步探明溶洞的分布，进行了一柱一孔施工勘察。超前钻结果发现更多溶洞，有部分溶洞无填充物。根据附近存在落水洞及溶岩漏斗等情况，推断存在地下暗河或连通西江河的裂隙。因此补充了物探勘察。物探成果揭露场地存在较多溶洞、溶沟、溶槽，且绝大多数分布于浅层，个别溶沟、溶槽较大较深，对上部建筑产生较大的安全隐患。根据物探结果进行了整体开挖，局部超深达10米，揭露了数个相互连通溶洞裂隙，最宽达1米，最深达10米。处理方案如下：a.对于洞顶岩石顶盖厚度小于2米的小型溶洞，挖开岩石顶盖，清除洞内软土，再用毛石混凝土回填处理。b.对于洞顶岩石顶盖厚度不小于2米的小型溶洞（沟、槽），分两种情况处理：情况一，对于物探报告或超前钻资料上显示为全充填的溶洞（沟、槽），在其宽度方向两侧钻孔，以查明溶洞（溝、槽）的宽度，设计再根据此宽度验算筏板跨越或采取设梁跨越溶洞（沟、槽）的方式解决。钻孔数量视验证出的溶洞宽度与物探结果吻合情况定。情况二，对于物探报告或超前钻资料上显示为半充填的溶洞（沟、槽），采用注浆填满的方式处理，处理前，先做好注浆方案。c.对于大型溶沟（槽、洞），处理前，如柱位下方的溶沟（槽、洞）存在地下水（或地下河），柱位下方的一定范围内采用毛石+注浆固定的方式处理，其余位置的大型溶沟（槽、洞）采用抛级配毛石回填至筏板底下方2.5米，然后顶部再封闭2.5米厚毛石混凝土的方式处理。处理前，均须清除溶沟（槽、洞）下部的软土。d.对溶沟（槽）较大，岩石发育较强烈及现场情况复杂的部位，基础采用筏板+柱下暗梁的基础形式；对岩石完整性较好的部位，基础采用天然独立柱基础，并根据开挖和入岩情况，加强验槽。

2.3高层住宅

分11+1层、18+1层两种，无地下室。为框剪结构，柱底荷载较大。根据超前钻结果，存在部分溶洞，但溶洞均有粘土填充，土层分布均匀，地下水位低于10米。由此设计采用了人工挖孔桩墩，直径0.8～1.5米，墩长不超过6米。实际施工过程中，约总数一半的桩墩未能顺利进入石灰岩⑤持力层。原因：一是超前钻结果与实际开挖土层情况相差较大，未能完全揭示孤石位置和石灰岩层真实标高，造成桩墩超深；二是石灰岩硬度高，人工无法施工，需爆破处理；三是出现桩孔出现地下水，推断地下水在12M左右可能延溶洞形成贯通水系，影响人工施工。经分析研究，对存在问题的桩增加2个孔超前钻，查明溶洞，采用机械旋挖桩和冲孔桩试钻。最后决定以下四种情况采用冲孔成孔施工工艺：a.溶洞埋深超过15米的，成孔困难，并且存在不安全因素的桩孔；b.溶洞高度超过1.5米，护壁成孔困难的桩孔。c.桩孔及周边与溶洞相连的桩孔存在地下水抽不干情况的；d.超过20米深的桩孔。冲孔桩施工过程出现了混凝土超灌量大、桩底沉渣厚、持力层难判断、工期长、场地脏乱和成本高等问题，但最终基础工程得以顺利完成。 后续高层住宅均调整了基础方案，采用筏板基础或补偿地下室筏板基础，施工较为顺利。后期沉降观测结果均符合规范要求。

总结：

（1）石灰岩地区基础设计应重视施工勘察。对可能存在溶洞的桩孔或柱底，宜增加勘探孔数量。

（2）石灰岩地区基础宜尽量浅埋和利用粘土层为持力层。承载力都能满足情况下，采用天然基础和筏板基础的施工可控性、便利性和经济性均优于桩基础。

（3）石灰岩地区桩基础采用冲孔工艺比较容易实现。

（4）石灰岩地区基础宜采取褥垫层等技术措施解决持力层不均匀问题。

作者简介：

杨青，广西交通投资集团有限公司。