某岩溶场地工程适宜性及基础选型分析

付经刚，欧阳竹青

（江西省地质矿产勘查开发局九0二地质大队，江西 新余 338000）

1 工程概况

分宜某重点建设工程项目地块面积86609m2，拟建1栋6层的生活楼和10栋4层的标准厂房，建筑高度为24.6～20.4m，单柱最大荷载分别为3900kN和5700kN，结构类型均为框架结构，设计初期拟采用浅基础型式。

拟建场地位于萍乐坳陷带袁水复向斜中部偏南翼，区内二叠系茅口组（P2m）灰岩发育，分布广泛。场地原始地貌为荒地、稻田、蔬菜地等，现已填土整平。

2 岩土工程地质条件

根据地质勘察资料，场地内自上至下揭露的地层岩性主要有第四系人工填土（Q4ml）、冲洪积形成的粉质黏土（Q4al+pl）和含砾黏土（Q4al+pl），底部为二叠纪茅口组灰岩夹薄层碳质页岩（P2m），溶洞发育。各岩土层工程地质特征分述如下：

（1）人工填土（Q4ml）。分布于地表，全场地均有分布，系近期场地平整人工堆填而成，主要由粉质黏土、碎石、砖块等建筑垃圾等组成，局部有生活垃圾，结构松散，成分含量等不均匀。厚度变化较大，普遍为3～6m，局部可达8～11m。属高压缩性土，工程性质差。

（2）粉质黏土（Q4al+pl）。埋藏分布于人工填土底部，系全新世冲洪积而成，层位分布基本稳定，土层结构均匀，干强度中等，韧性中等，呈硬或可塑状，但厚度变化较大，为1.1～20.6m，平均厚度8.3m，土层顶底面起伏较大。属中等压缩性土，工程力学性质较好，地基承载力特征值推荐为180kPa。

（3）含砾黏土（Q4al+pl）。埋藏分布于人工填土及粉质黏土层底部，层位分布不稳定，不连续，土层结构均匀，韧性中等或低等，干强度中等或低等，呈软塑状，局部含水饱和呈流塑状。土层厚度变化较大，为1.8～21.0m，平均厚度为8.58m，土层顶底面起伏较大。属高压缩性土，工程性质差，力学强度低，地基承载力特征值推荐为110kPa，属于场地底部的软弱下卧层。

（4）灰岩（P2m）。为二叠纪海相沉积形成的碳酸盐岩，局部夹灰黑色薄层碳质页岩，隐晶质结构，块状构造，裂隙较发育，多见有方解石脉充填，岩性较坚硬，单轴饱和抗压强度标准值为24.16MPa，推荐承载力特征值为2800kPa，岩体基本质量等级为Ⅲ～Ⅳ级。根据规范要求，所有钻孔控制深度均进入底部完整灰岩5～8m（遇溶洞则穿透溶洞进入底部完整灰岩5～8m），稳定完整灰岩实际揭露厚度为5.05～10.30m[1]。稳定完整灰岩面标高在42.59～79.17m。

3 岩溶发育特征

根据钻探揭露情况：该场地隐伏岩溶现象特别发育。岩面起伏较大，相邻钻孔间存在陡坡临空面，具有溶沟、溶槽、石牙等不良地质现象。底部溶洞也特别发育，部分地段形成向上开口型溶洞而成为土洞。溶洞的形态变化不规则，顶底面起伏较大，溶洞内多充填有稀泥夹碎石，普遍含水饱和呈流塑状。各钻孔溶洞之间连通性较好，钻进时均全孔漏水。

全场地135孔有76孔揭露有大小不同的溶洞，部分钻孔还揭露有串珠状溶洞。钻孔揭露溶洞深度大小为0.2～14.6m，平均揭露深度3.38m。其中：揭露深度不大于1m的溶洞有24个；1～5m的溶洞有50个；大于5m的溶洞有24个。根据统计结果，该场地岩溶见洞率为56.3%，线岩溶率为23.5%，依据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）第6.6.2条判定岩溶发育程度为强发育[2]。

4 场地水文地质条件

场地岩溶裂隙水丰富，具有一定的承压性，主要接受大气降雨补给，通过岩溶裂隙通道及溶洞补给、径流、排泄，水位随季节的变化而变化，年变幅为1.00～2.00m，尤其是在每年的4—6月补给量相对充分，属于地下水补给的丰水期。每年11月到来年的3月份为补给的枯水期。场地内地下水综合稳定水位埋深为0.00～2.50m，地下水综合稳定水位高程为82.43～86.30m。

5 场地适宜性分析

从场地空间分布而言，场地上覆土层均匀性受隐伏岩溶微地貌的控制，仅粉质黏土层基本稳定，上部人工填土层松散、厚度大，底部的含砾黏土层位不稳定、不连续，参照《建筑抗震设计规范（2016年版）》（GB 50011—2010）该场地土类型为中硬土和软弱土[3]。下伏二叠系茅口组灰岩，为该区的基底岩石，区域厚度＞220m，层位稳定，但该场地揭露岩面起伏较大，溶洞发育不规律，存在较大的不均匀性。

综合场地岩土工程地质条件，场地内岩土层变化较复杂，层面起伏变化较大。粉质黏土层较稳定，工程力学性质较好，但因上部覆盖有较厚的松散填土，底部还存在软弱土层及岩溶等不良地质现象，地下水对工程建设有一定影响，可能引起地面岩溶塌陷等地质灾害，场地地基需经加固处理或采取适宜的桩基础方案才能使用，综合评价场地适宜性为一般。

6 基础选型

根据拟建项目工程性质及场地内岩土层工程地质条件，针对该项目工程提出了两种基础方案：复合地基基础方案[4]和桩基础方案。

（1）复合地基基础方案。拟建项目工程中6F生活楼单柱最大荷载为3900kN，4F标准厂房单柱最大荷载为5700kN，根据场地岩土层工程地质条件，场地内粉质黏土层工程力学性质较好，地基承载力特征值推荐为180kPa，是为较好的浅基础持力层，但是由于上覆填土层厚度较大，底部还存在有软弱下卧层，因此拟建工程不能直接采用天然地基基础型式，需加固处理上部人工填土层，选择加固处理后的复合地基作为浅基础持力层，复合地基可采用较密集的夯扩桩、碎石挤密桩或搅拌桩等型式，与桩间土共同形成复合地基，桩端穿透上部的松散填土层，以粉质黏土层作为复合地基基础持力层，复合地基之上再采用独立基础或筏板基础。综合该场地地质情况，复合地基基础方案仍存在以下不足之处：（1）拟建建筑荷载较大，采用夯扩桩、碎石挤密桩或搅拌桩（柔性桩）等处理后的复合地基承载力可能难以满足设计要求。（2）场地内人工填土较厚，呈松散状态，欠固结，在地面堆载及自重作用下会发生沉降，对复合桩基产生负摩阻力，难以与柔性桩共同受力形成复合地基。（3）场地内地基均匀性较差，且松软土层厚度较大，下伏基岩面起伏很大，处理后的复合地基也会存在不均匀性，易引发较大的差异沉降，难以满足上部建筑对沉降变形的要求。且下伏基岩岩溶发育，局部发育土洞，易发生岩溶塌陷。为此，拟建场地采用复合地基基础方案仍难以达到设计要求，故建议采用大直径嵌岩桩基础方案。

（2）桩基础方案。考虑拟建场地岩土工程地质条件的复杂性，为确保建设工程的安全性，采用大直径嵌岩桩可穿透上覆土层和溶洞，选择底部完整灰岩作为桩基持力层。该场地底部完整灰岩单轴饱和抗压强度标准值为24.16MPa，推荐承载力特征值为2800kPa，岩层刚度大，大直径嵌岩桩桩身采用钢筋混凝土灌注，属于刚性桩，可消除地基的不均匀性而产生的差异沉降，满足工程设计要求。由于底部完整灰岩埋深较深，因此桩基础型式宜采用冲击成孔灌注桩，根据《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008），桩端宜嵌入底部完整灰岩不小于2m，且桩端底部完整灰岩不小于5m，遇有溶洞或薄层夹层，需穿透溶洞或夹层，进入底部完整灰岩上。

7 桩型选择

（1）冲击成孔灌注桩具有设备简单、钻进速度快、能克服地下障碍物（如孤石）、穿过溶洞及夹层、桩身变形小、单桩承载力高等优点，以底部完整灰岩作为桩基础持力层，可有效解决地基不均匀沉降等问题，为此该工程可使用冲击成孔灌注桩。

（2）预制管桩具有质量可靠、工期短、成本适中、单桩承载力高等优点，但遇有硬夹层、孤石时较难穿过或易出现断桩现象，且施工过程中会产生挤土效应、遇饱和黏性土大面积沉桩会造成地面隆起、桩体上浮及造成断桩现象。该场地基岩为较硬岩，且存在岩溶洞穴和夹层、临空面，采用该种桩型桩端无法穿过溶洞及夹层进入底部完整灰岩，故不宜采用。

（3）人工挖孔灌注桩，其优点是可平行施工，可有效保证质量，其缺点是松散土层、软弱土层及地下水对挖孔桩施工会带来较大困难，且施工过程中必须持续抽排地下水，容易造成地面塌陷，施工人员安全保障较困难，故不宜使用人工挖孔桩。

8 成桩可行性分析

（1）拟建场地分布有较厚的人工填土层，结构松散、欠固结，且地面有一定的大面积堆载，采用桩基础可能会在桩侧产生负摩阻力，故桩基施工前需先对填土层进行夯实处理，然后再成桩，可消除负摩阻力对桩基的影响。

（2）桩基施工时，相邻桩孔较近时宜跳孔施工，避免引起桩孔塌陷，且不宜大量降排和扰动地下水，防止导致可能的不均匀沉降或岩溶塌陷。

（3）由于底部灰岩层面起伏较大，采用冲击成孔灌注桩成桩过程中会遇到倾斜岩面，给桩基施工带来困难，因此可采用回填块石等措施重复冲击成孔进行纠斜处理，依次保证桩身垂直度满足设计要求。

（4）场地内基岩为可溶岩，岩溶强发育，冲击成孔时如遇溶洞、溶槽等溶蚀现象，易发生瞬间漏浆导致桩孔坍塌，需及时补浆，防止孔壁坍塌。混凝土灌注过程中也往往会遇到超灌现象。

（5）采用冲孔工艺成孔，孔底沉渣厚度对桩基承载力影响较大，施工过程中在混凝土灌注前应严格检测孔底沉渣厚度，满足设计要求。

9 结论

该场地岩土工程地质条件复杂，岩溶现象强发育，上覆土层存在较厚的人工填土和软弱下卧层，场地工程适宜性一般，不宜直接采用浅基础型式。文章通过分析论证，提出了两种基础方案，一是复合地基基础型式，二是大直径嵌岩桩基础型式。通过基础选型对比和桩型选择分析，最终确定采用大直径嵌岩桩基础，桩型采用冲击成孔灌注桩，可满足设计要求。最后该工程设计采用冲击成孔灌注桩基础，设计桩径为0.8～1.0m，以完整灰岩为桩端持力层，桩端进入底部完整灰岩不小于2m，且桩端底部完整灰岩厚度不小于5m。该项目桩基施工前进行了一桩一孔勘察，桩基施工完成后，经专业桩基检测机构检测均达到设计要求。