浅析岩溶强发育区低层厂房地基基础方案选型

陈朝华

摘 要：西部地区以山地地形为主，工业厂房的工程建设普遍出现大挖大填、岩溶强发育地段现象。以贵州某工业厂房工程建设为例，通过勘察，确定工程区岩土构成以第四系填土、红粘土和三叠系大冶组薄至中厚层石灰岩，石灰岩为可溶岩，工程区处于岩溶强发育地段。结合相关规范及地区工程经验，对于厂房基础方案选型做浅析。

关键词：石灰岩；岩溶强发育；基础方案选型

中图分类号：TU475.9                               文献标识码：A                               文章编号：2096-6903（2023）06-0013-03

0 引言

贵州地区岩土以石灰岩、白云岩及粘土岩为主。工程建设中，在石灰岩、白云岩的可溶岩地区，常常存在岩溶强发育地段，建筑基础穿越岩溶进入完整基岩施工难度大，费用高，基础施工质量难以控制，施工工期长。因此，对于低层厂房，在建筑荷载不大情况下，从经济、施工、质量等方面控制采用地基处理，尽可能利用处理后的岩土体采用浅基础。

1 工程概况

项目总用地面积97 449.45 m2（约146.17亩），建设用地面积73 265.62 m2（约109.89亩），包括24栋3～5层厂房及一栋宿舍楼，建筑结构形式均为框架结构，建筑物对地基不均匀沉降敏感。其中13号厂房建筑高度18.3 m，建筑层数为-2+3F，最大单柱荷载7 000 kN，设计基准±0.00为1 254.70 m，地下室底板标高为1 242.00 m。

2 地形地貌及工程地质

场地为溶蚀残丘、冲沟、溶蚀洼地、坡地地貌单元，整体呈北低南高，地势起伏较大，原始地形标高为1 279.20～1 233.80 m，场地最大高差为45.4 m，场地内自然坡率约为10％～30％。

拟建场区位于斗篷山背斜东翼南端，南侧距场区50～100 m有一条断层穿过，西南-东北走向为逆断层，场地下伏基岩主要为三叠系大冶组（Td）石灰岩。受区域地质构造影响，场区内微局部小型褶皱发育，产状较为凌乱，现场实测产状为350°～30°∠54°～67°；210°～220°∠30°～40°。优势产状355°∠54°。场地内岩体构造及风化节理裂隙较发育，以浅部风化节理为主，发育规模小，构造节理较少，以闭合隐节理为主，贯通性多较差，结构面结合差。

根据钻探成果，拟建场区覆盖层主要为杂填土、红粘土，下伏基岩为三叠系大冶组（Td）薄至中厚层石灰岩。岩土构成自上而下构造如下。

第一，耕植土（Pd）。灰黄色-灰黑色，含大量植物根系，结构较松散。局部零星有分布，厚度为0.5 m。

第二，杂填土（Q4ml）。杂色，结构松散，分布于场地表层范围内，主要为房屋拆迁堆积的建筑垃圾，分布极无规律性，场地大部分地段均有分布。钻探揭示该层厚约为0.2～6.0 m，平均厚度为1.80 m。

第三，淤泥、淤泥质粘土（QPd）。灰色-灰黑色，有腐臭味，长期受水浸泡软塑-流塑状，主要分布在 17#、19#厂房范围内溶蚀洼地区域内鱼塘及水田里，为确保建筑及施工安全，根据场平时工程建设条件，需进行清除。

第四，红粘土（Q4el+dl）。褐黄色，可塑状，残坡积成因，含强风化团块，裂隙较发育，厚度不均，致密-块状结构，偶见铁锰质结核，土质均匀， 根据室内试验液限大于50%，为原生红粘土。场地内大部分地段均有分布，厚度变化较大，钻探揭示厚度为0.3～22.5 m，平均厚度为5.5 m。

第五，三叠系大冶组（Td）石灰岩。强风化石灰岩，灰色，薄-中厚层，节理裂隙发育，岩体极破碎，岩芯呈砂状。仅部分钻孔有分布，钻探揭示厚度为0.4～4.3 m，平均厚度为1.9 m。岩体基本质量等级为Ⅴ级。

第六，中风化石灰岩。灰色、深灰色，薄厚-中厚层，节理裂隙发育，岩体较破碎，岩芯呈柱状、短柱状、块状、少量碎块状。根据钻孔波速测及室内岩块波速测试，计算出岩石完整性指数为0.41，为较破碎岩体。根据室内岩石实验，岩块饱和单轴抗压强度标准值为34.747 MPa，属较硬岩，岩体基本质量指标为306.741，岩体基本质量级别为IV级。

3 水文地质

3.1 气象、水文

贵阳市属亚热带湿润季风气候，冬季受北部寒潮影响较弱，夏季受东南海洋季风气候影响显著，具有四季温和、雨量丰富、热量充足、日照率低、风力较弱及逆温天多的特点[1]。

年平均气温15.3℃，一月平均气温4.9℃，七月平均气温24.0℃，最高气温39.4℃，最低气温-7.8℃。年平均降雨量1 197～1 248 mm。年平均日照时数1 277.74 h。年平均相对相对湿度77%，年平均无霜期261 d。年平均风速2.2 m/s，全年以NE风为多，全年静风频率为24%，30年一遇最大风速21.9 m/s，基本风压值为0.35 kN/m2，自然地理气候良好。

3.2 地表水

拟建场区范围外北西侧约300 m处有一出水点，水流顺既有排水沟（宽约1.2 m、深约1.5 m）从场地北侧由西向東侧低洼处径流，水量受季节及降水影响较大。勘察期间，测得流量约为12 L/s。水渠在后期场平施工前将进行设计改迁，水流大致由西向东，途径拟建场区散排，经场区向北侧距场地约100 m处落水洞排泄。

场区南侧约100 m左右位置存在出水点，经询问及现场调查原位泉点为断层泉，常年溢水，枯水季节水量约4～10 L/s，水流自南向北沿冲沟向场区内散排。因工程建设场平，该泉点已填埋。在填土与原始地面交界面上溢出地下水，出水标高1 252.87 m，降雨后溢流地下水量约4 L/s，水流大致由南向北途径拟建场区散排经场区向东北侧距场地约100 m处落水洞排泄。

场区西北角有一鱼塘，水深约0.5～0.8 m，实测水位1 236.07 m。拟建场区25#生产厂房范围内存在一岩溶漏斗，北侧距22号生产厂房60 m处存在一落水洞，标高为1 232.65 m，周边地表水均汇入该落水洞。

3.3 地下水

3.3.1 第四系松散土层孔隙水

本场区孔隙水均賦存于杂填土孔隙中和红粘土裂隙中，水位、水量具明显的季节性特征，丰水和枯水季差异大，主要分布于场区溶蚀沟槽或低洼地带，富水性弱，埋深深浅不一。

3.3.2 碳酸盐岩岩溶水

拟建场地区域下伏基岩石灰岩，为可溶岩，为区域性含水岩组，含水层为碳酸盐岩，主要为周边地表水体、大气降雨通过溶蚀裂隙渗入补给，属潜水。多以岩溶裂隙、管道形式赋存和运移，向北侧地势较低的低洼地带排泄。岩溶水赋存于石灰岩基岩中，属溶洞-裂隙型含水层，富水性中-强，埋藏较浅，受大气降雨影响变化明显。

通过钻孔水位观测，地下水位标高在1233.0～1238.0 m。拟建场地稳定水位埋深较浅，受大气降雨影响变化明显，其主要来源于大气降雨、泉点、生活用水等，地下水季节性变幅为1.0～2.0 m。

4 岩溶强发育地段

13#厂房区域地下水埋藏较浅，区域地表水体丰富，降雨丰富，地表水向下渗流形成流动的地下水为岩溶发育提供必要条件。受区域地质构造影响，13#厂房区域地质情况差，岩溶不良地质情况强烈发育。

13#厂房现场钻探结果钻孔见洞率达82.8%，为岩溶强发育，岩溶以串珠状的竖向岩溶为主，竖向岩溶发育深度30～60 m不等，岩溶软塑粘土充填，局部无充填。13#厂房场地表面回填土厚度2.5～5.5 m，填土厚度分布不均匀，以建筑垃圾和生活垃圾为主，结构松散。填土以下基岩表面以上存在4～12 m红粘土，根据室内试验成果判别为可塑红粘土，含强风化团块，裂隙较发育，厚度不均，致密-块状结构，偶见铁锰质结核，土质均匀。

根据勘察资料钻孔水位观测资料，13#厂房位置区域地下水水位埋深3.0～4.0 m，如图1所示。

5 基础方案分析

13#厂房基础方案技术经济对比如表1所示。

5.1 天然浅基础

13#厂房地下室底板标高为1 242.00 m，勘察阶段现场标高1 239.00～1 239.50 m，场平需回填约3 m。根据勘察成果资料，可塑红粘土地基承载力特征值fak=150 kPa，小于建筑设计筏板基础均布荷载要求的180 kPa地基承载力，且红粘土厚度分布不均匀，地基均匀性较差，不宜采用天然筏板基础、条形基础或独立基础。

5.2 桩基础

根据现场钻探揭露，竖向岩溶发育深度多在1.5～45 m，局部深度最深将达到约60 m，平均深度超30 m。13#厂房区域施工区域较狭小，多台桩基施工设备难以施展开，地下水位埋藏较浅，易产生垮孔现象，桩基础成本高、难度大，从工期、经济、可实施性均不太具备可实施性。

5.3 地基处理后浅基础

综合上部荷载，最大柱荷载约7 000 kN，建筑结构设计筏板基础荷载180 kPa。结合场地地质情况，对填土及部分原状土挖除采用级配碎石分层碾压回填后，对地基进行强夯处理，基础采用浅基础，从工期、经济性、施工质量控制、可实施性方面看，较桩基础更优。

对于桩基础与地基处理后筏板基础从工期、经济性、施工质量控制、可实施性比较，地基处理费用浅基础较桩基础节约573.9万元，工期缩短约20 d，浅基础施工质量可控性可实施性优于桩基础，故采用地基处理后筏板基础更适合于13#厂房基础方案。

6 地基设计要求

经同建筑设计单位确认，地基处理目标值：压实系数≥0.97，承载力≥180 kPa，压缩模量≥20 MPa。填料采用级配碎石，地基处理采用碾压（6～8遍）回填后再强夯，地基处理深度6.8 m，采用强夯能级5 000 kN·m。根据设计提供需求的岩土指标，工程回填要求如下。

6.1 开挖回填深度及范围

根据设计提供的初步基础方案，本次换填开挖底标高为1 235.0 m，考虑夯沉量0.8 m，回填顶标高为1 241.8 m，换填及回填范围为设计筏板基础边外扩不小于5 m。

6.2 填料土石比例

本次仅13#厂房的面积达3950㎡，考虑混合回填工序对工期的影响，本次回填均采用级配碎石回填及换填。

6.3 填土分层厚度

填筑地基采用分层堆填，分层厚度一般为1.2～1.5 m，推平回填碾压后碾压6～8遍。

6.4 粒径要求

根据回填高度，回填区为主要受力层，最大粒径30 cm，不均匀系数Cu＞10，曲率系数1＜Cc＜3。

6.5 强夯能级

根据场地回填的深度，初步判断采用能级为5 000 kN·m，后续出具体地基处理方案。

6.6 基础形式

考虑上部荷载及避免建筑不均匀沉降情况，设计方案为筏板基础。

7 施工质量检测

现场采用灌砂法进行压实系数检测，处理后填土选取3点检测压实系数分别为0.974、0.975、0.979，压实度满足要求。

7.1 现场载荷实验

现场进行三点平板载荷实验[2]，要求最大加载量不小于设计承载力特征值的2倍，载荷实验加载至360 kPa均未出现以下4点情况即可：①地基荷载无法保持稳定且逐渐下降情况，承压板周边土层侧向挤出。②本级沉降量大于前一级荷载的5倍，沉降曲线明显陡降。③某级荷载下，24 h内沉降速率不能达到相对稳定。④累计沉降≥承压板直径6%，或累计沉降≥150 mm。

最终，载荷实验检测结果显示，地基处理后地基承载力特征值大于180 kPa，计算地基压缩模量大于20 MPa，满足设计要求。

7.2 实验验算

软弱下卧层验算[3]结果为267 kPa，验算结果＞180 kPa，满足设计要求。

8 结束语

随着西部地区制造产业发展，越来越多单层、低层厂房拔地而起，在经过经济性、工期、施工质量控制、可实施性比较下，西部山地地形、岩溶强发育区域厂房利用填土作为地基也越来越普遍。制定出合适的地基基础方案，并严格按设计进行施工，能满足工程要求，可确保建设工程顺利实施，早日为经济建设作出贡献。

参考文献

[1] DBJ22-01-87，贵州省建筑气象标准[S].

[2] JGJ 79-2012，建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3] GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.