岩溶地基的地质勘察与地基基础方案研究

GXF360 2018-01-01

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邓军

(贵州省地质矿产勘查开发局114地质大队，贵州遵义 563000)

摘要：在岩溶地区，溶洞、暗河、裂隙等发育会对建筑物及地基的稳定产生直接影响，因而必须做好岩溶地基的地质勘察及地基处理，保证建筑物的质量和安全。本文结合实例，阐述了岩溶地基的地质勘察和地基基础方案，希望能够为同类工程借鉴和参考。

关键词：岩溶地基；地质勘察；持力层

1 工程概况

某勘察工程为某建筑工程1#、2#楼及幼儿园，拟建建筑物工程特征见表1。

表1 拟建建筑物工程特征表

建筑名称结构形式层数(F)基础形式基础荷载(kN/柱)一般最大1#框架-1+33F桩基础150002#框架-2+33F桩基础15000幼儿园框架-2+3F桩基础5000

本次勘察工作方法为采用地面地质测绘﹑钻探、钻孔超声波测试、地微震测试及室内岩土测试等手段相结合的综合勘察方法。

2 岩溶与地下水

2.1 岩溶

场地内局部地段岩面高差5.0～8.5 m，综合判定场区为岩溶中等发育～强发育区，岩溶各向异性明显，竖向、侧向溶蚀交替出现，沿其岩溶发育走向、倾向追踪呈条带状分布特点较明显，以垂直溶蚀为主。除了已经形成空间形态的溶隙、溶洞外，地层中还有一些微小溶蚀晶洞发育，破坏岩体质量，降低岩体工程性能。场地岩溶形态发育特征如下：(1)基岩表面溶蚀：基岩表面经长期溶蚀风化形成由溶槽、溶沟、石芽组成的起伏面，是在古地貌基础上发育的结果；(2)溶洞和裂隙：本次勘察共完成223个钻孔，其中有10个孔发育溶蚀裂隙和溶洞，钻孔见洞率为4.5%。其中绝大部分为全充填或半充填，充填物为可塑-软塑状红粘土，局部由风化碎块充填。

2.2 地下水特征

场区地下水类型主要为杂填土中的上层滞水和寒武系下统清虚洞组(ε1q)白云岩中的岩溶裂隙水。

(1)上层滞水主要赋存于松散杂填土层中，该类地下水主要靠大气降水及居民生活废水、施工用水补给为主，一般为季节性水，为主要渗入成因。水量不大，主要以向场地西侧的河流排泄为主，其水位、水量动态变化受气候影响显著，填土层含水量小，对基坑施工和建筑影响不大。

(2)场地下伏寒武系下统清虚洞组(ε1q)白云岩，为含水性较好的岩层，其发育的节理裂隙为地下水贮存和渗流提供了条件，使场地基岩中富存了较为丰富的岩溶裂隙水。水位高程在244.23～246.68 m之间，与场地西侧的河流相互连通，高于常年河水位0.11～2.23 m。

3 地基岩土参数

3.1 岩土单元划分

根据场地土层的成因、物质组分及其物理力学性质的差异性，将场地土层划分为：杂填土层(①单元)，可塑红粘土(②1单元)，软塑红粘土(②2单元)三个土质单元。根据场地岩层的物理力学性质差异，将场地岩层划分为：强风化白云岩(③1单元)，中风化白云岩(③2单元)两个岩质单元。

3.2 土质单元承载力计算

场区内可塑红粘土，厚度小，分布不匀。按《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)的规定，对本次所采集的8件土样进行室内试验，然后对试验资料进行整理统计。据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)第5.2.5条，计算场地土的地基承载力特征值：

fak=Mbγb+Mdγmd+McCk

γm取上覆土层的加权平均值；取b=3 m，d=0.5 m，Ck为粘聚力标准值；Mb、Md、Mc为承载力系数；b为基础底面宽度。

可塑粘土承载力特征值：

fak=0.097×17.038×3+1.215×17.0×0.5+3.517×35.659=140.698 kPa

软塑红粘土在场区内分布零星，物理力学性质差，不宜作基础持力层，根据当地建筑经验提供经验值。

3.3 岩石承载力的确定

场区内中风化白云岩，厚度较大，分布均匀，是场地良好的基础持力层。根据所采集的18件中风化白云岩岩样所进行的饱和单轴抗压强度试验，统计成果见表2。

表2 岩石主要物理力学指标统计表

岩石单元指标饱和容重/(kN·m-3)饱和单轴抗压强度/MPa统计数1818区间值26.8～27.920.4～38.4平均值27.230.0中风化白云岩标准差0.5674.613变异系数—0.154统计修正系数—0.938标准值—28.15

饱和单轴抗压强度标准值为frk=28.15 MPa，岩体基本质量等级为Ⅳ类，依据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)第5.2.6条规定，取折减系数φ=0.15，计算得场地中风化白云岩地基承载力特征值为：fa=φ×frk=0.15×28.15=4.22 MPa。根据各方面因素对地基承载力的影响，建议承载力特征值取值如下：

中风化白云岩fa=4 200 kPa γ=27.2 kN/m3

综合得出各岩土层地基参数建议值见表3。

表3 岩土层地基参数建议值表

重度/(kN·m-3)承载力特征值/kPa内摩擦角/(°)内聚力/kPa备注杂填土15.050——经验值可塑红粘土17.01405.935.6试验值软塑红粘土16.960——经验值中风化白云岩27.24200——试验值

4 地基基础方案

4.1 持力层选择及建议

(1)杂填土。场区分布不均，厚度小、承载力低，不宜作为基础持力层。

(2)可塑红粘土。场区分布广泛，但分布不均匀，平场后厚度小，不宜作为基础持力层。

(3)中风化白云岩。分布连续，地基承载力较高，是理想的基础持力层。

4.2 地基基础方案选择及建议

拟建物为框剪结构建筑，最大柱荷载15 000 kN/柱，沉降敏感。根据场区工程地质条件，地基岩土层工程性质，综合分析建议采用中风化白云岩作为基础持力层，基础方案采用端承桩，基础施工采用人工挖孔桩，对发育有较大规模溶洞且桩端以下基岩厚度不满足规范的桩位应揭穿溶洞，以溶洞底板完整基岩作持力层。对两桩间距较小，而岩面高差较大的，建议加大桩端埋深，基底持力层厚度不能满足规范要求时，补做施工勘察工作。对新增柱位或柱位有变动的桩建议进行补充勘察。挖至持力层标高后应清除护壁上的泥土和孔底的残渣、积水，并应进行隐蔽工程验收，验收合格后，应立即封底和灌注桩身混凝土。

4.3 成桩的可能性及其对环境的影响

根据周边建筑经验，场区地层适合人工挖孔桩或机械成孔桩方案进行成孔。但场区内填土为机械回填，回填均匀性差，在成桩过程中有可能出现垮孔。若选用人工挖孔桩方案需要确保护壁的厚度满足要求，若采用机械成孔桩方案需要使用钢护筒或者泥浆护壁防止垮孔。场地周围无地下管线及精密仪器设备等设施，人工挖孔桩或机械成孔桩为非挤土成孔工艺，施工时噪音较小，对周围其他设施无危害影响。