浅析武汉市岩溶地段建筑地基处理与基础选型

左义华

(中南勘察设计院集团有限公司，湖北武汉 430071)

岩溶是一种不良地质现象，是可溶性岩在地下水的溶蚀作用下产生的不同地质形态。岩溶发育须具备三个基本条件:1)场地分布有可溶性岩层，如石灰岩、白云岩等碳酸盐岩类;2)具溶蚀能力的地下水;3)地下水具有良好的循环流通条件。

1 武汉市区岩溶种类与空间分布

1.1 武汉市岩溶种类特征

武汉市岩溶主要有覆盖型和埋藏型两种，裸露型岩溶在市区极少分布。覆盖型岩溶，由于碳酸盐岩类之上直接覆盖着第四系松散堆积物，故对建筑场地及地基稳定影响较大。埋藏型岩溶，碳酸盐岩类之上有较厚的白垩～下第三系岩层，由于埋深大，其上有较大厚度的非可溶性岩层覆盖，故对场地稳定性影响很小。

1.2 武汉市覆盖型岩溶空间分布

武汉市地处长江中游，长江大致由南向北穿过武汉市区，武汉市地貌以长江为基准向两侧延展可划分为长江Ⅰ级阶地、长江Ⅱ级阶地、长江Ⅲ级阶地(垄岗地段)三个大的单元。受区域地质构造控制，武汉市覆盖型岩溶分布大致分北、中、南三个条带，走向均近东西向，基本上跨越了三个大的地貌单元，因而武汉市三大地貌单元都有覆盖型岩溶分布，只是范围大小不同而已。

1.3 覆盖型岩溶主要形态

武汉市覆盖型岩溶地段分布的碳酸盐岩类主要为石灰岩和白云岩，岩溶一般在岩层表面或岩层上部一定深度内发育，岩层表面岩溶形态一般有石芽、溶沟、溶槽，岩层内岩溶形态一般为溶洞、裂隙，溶洞内大多被软～可塑状粘性土充填。

2 武汉市不同地貌单元岩溶区地层分布特征

武汉市岩溶地段所处的地貌单元不同，其上第四系覆盖层地层分布及性质亦有所不同，主要有以下三种情况:

1)长江Ⅰ级阶地:长江Ⅰ级阶地第四系覆盖层具典型的二元结构特征，上部为可～软塑的粘性土，下部为稍密～密实的砂类土，长江Ⅰ级阶地上的岩溶往往与砂层直接接触，砂层为承压水含水层，砂层承压水与长江有水力联系，而砂土无粘聚性，容易受地下水流动而坍塌至岩溶孔洞中，造成地面塌陷。武汉市地面塌陷大多发生在此种岩溶地段。

2)长江Ⅰ级阶地后缘与长江Ⅱ级阶地:此种地貌单元覆盖层上部为可～软塑粘性土，其下为稍密～密实砂类土，砂土以下为可～硬塑粘性土，故此种地貌单元上的岩溶没有与砂类土直接接触，岩溶之上覆盖有粘性土，粘性土有一定粘聚力，具跨盖作用，又是隔水层，将砂层承压水与岩溶水隔开，使二者无水力联系，此种岩溶地段一般不发生地面塌陷。

3)长江Ⅲ级阶地(垄岗地段):长江Ⅲ级阶地(垄岗地段)覆盖层以第四系老粘性土为主，此种地貌单元上的岩溶覆盖层上部有厚度不大的可塑状一般粘性土，下部大多是硬塑～坚硬状态的老粘性土，石灰岩层面上一般分布有可～硬塑状红粘土。此种岩溶地段也不是武汉市地面塌陷区。

3 不同地貌单元岩溶区地基处理方式

在岩溶区进行工程建设，首先要通过工程地质勘察查明场地岩溶发育情况，必要时辅以地球物理勘探。根据国家规范，岩溶区工程地质勘察，除与施工图设计阶段相对应的详细勘察外，还需要进行施工勘察，针对具体的基础型式，在基础施工前，准确查明基础下岩溶发育情况。基础采用天然地基浅基础(如独立基础、筏板基础)时，施工勘察逐柱布置勘探孔，基础采用桩基础时，施工勘察逐桩布置勘探孔。对施工勘察发现的岩溶情况通常作如下处理:

1)长江Ⅰ级阶地上与砂层直接接触的岩溶，需在场地四周设置落底式隔水帷幕，在场区内对一定深度内的砂土层进行深层搅拌封底，并对溶洞进行灌填处理，确保场地稳定，不发生地面塌陷，在此类岩溶区进行工程建设，代价较大。

2)对于没有与砂土层直接接触的长江Ⅰ级阶地后缘、长江Ⅱ级阶地及长江Ⅲ级阶地(垄岗地段)上的岩溶，可只对施工勘察时发现的溶洞进行灌填处理。

4 不同地貌单元岩溶区基础选型原则

4.1 长江Ⅰ级阶地上直接覆盖砂类土的岩溶区

武汉市相关文件规定，此种地段是潜在地面塌陷区，原则上不宜作为建设用地，如进行工程建设，在通过必要的地基处理后，不论建筑物规模大小、层数高低，基础一律采用钻孔嵌岩桩，桩基施工前采用一桩一孔或一桩多孔进行施工勘察(超前钻)，桩端进入完成基岩(石灰岩或白云岩)不小于2.0 m，且保证桩端下5.0 m范围内无溶洞存在。

4.2 长江Ⅰ级阶地后缘与长江Ⅱ级阶地上岩溶区

此类地段可溶性基岩表面覆盖有一定厚度的粘性土，砂土与岩溶没有直接接触，但上部覆盖层一般为软弱土层，低承载力，高压缩性，不能作天然地基。当岩层上粘性土层厚度经验算满足稳定性要求时，对层数不高、荷载不大的建筑物可采用复合地基或摩擦型桩基，以覆盖层下部强度较好的砂土层作复合地基或摩擦型桩基持力层。

4.3 长江Ⅲ级阶地(垄岗地段)的岩溶区

此类地段可溶性基岩之上覆盖层大多为强度较好的老粘性土，基础型式选择可分为以下三种情况:

1)天然地基及浅基础:当基底下土层厚度满足岩溶稳定性要求，且在覆盖层上部能找到满足荷载要求的持力层时，可直接采用天然地基浅基础，如独立基础或筏板基础。

2)复合地基或摩擦桩:当基底下土层厚度满足岩溶稳定性要求，但上部土层不能作天然地基时，可采用复合地基或摩擦型桩基。为避免下部岩溶对桩端的影响，复合地基单桩、摩擦型桩桩端与岩层之间土体厚度应满足岩溶稳定性要求。石灰岩、白云岩等可溶性碳酸岩层面一般分布有一定厚度的红粘土，红粘土上硬下软，是上部持力层的相对软弱下卧层，采用复合地基，不仅提高了持力层的承载力，同时提高了软弱下卧层的强度。

3)嵌岩桩:对超高层建筑，当采用天然地基、复合地基及摩擦型桩基均不能满足承载力或变形要求时，只能用嵌岩桩。

5 岩溶区各种勘察阶段钻孔的回填处理

5.1 岩溶区勘察钻孔不作回填处理的危害

如前所述，岩溶发育的一个基本条件是良好的水的循环流通条件。岩溶场地地下水一般分下部岩层岩溶水及上部上层滞水(由地表水及大气降水补给)，长江Ⅰ级、Ⅱ级阶地砂层还含有长江承压水，自然状态下，上层滞水与承压水、岩溶裂隙水有粘性土层阻隔而无水力联系，而勘察钻孔钻穿了隔水层，打开了各含水层水力联系通道，给岩溶发育创造了便利条件，时间久了，上部土层还会从这种水流通道中流失，破坏了原始状态下地层稳定，形成土洞、落水洞，造成地面沉降。

5.2 岩溶区钻孔的回填处理方法

原则上，所有勘察钻孔均需进行回填，尽量恢复地层原状，而岩溶区钻孔回填质量则要求更高。

详细勘察钻孔要求“以土还土、以砂还砂”方式回填，重点是封堵上、下含水层之间的联系。

天然地基、复合地基“一柱一孔”施工勘察钻孔，处于基础范围内，应采用高标号水泥浆注浆灌填，一方面，土层段注浆，恢复地基土强度，另一方面，岩层段注浆，对潜在岩溶进行了处理，对地基整体稳定性有利。

嵌岩桩“一桩一孔或一桩多孔”施工勘察(超前钻)钻孔，因随后要原位进行钻孔桩施工成孔、灌注混凝土成桩，可不进行钻孔回填。

6 结语

岩溶地基是工程地质勘察和设计人员必须严肃对待的一个难题，问题的难在于岩溶发育的无规律性和深埋在地层深处的不可预见性。本文尝试从武汉市各种地貌单元着手，通过分析不同地貌单元上的地层分布及特征，归纳总结了不同地貌单元上岩溶地段地基处理方式与基础选型，不求计算精确，但求判断准确，供从事工程地质勘察和设计人员参考。