地质工程师论文岩溶地质基础的选择思路

　　摘要：我国是世界上岩溶地质发达的国家之一。岩溶地质指碳酸盐类等可溶性基岩受水流溶蚀，有时再加上沉淀作用而形成的地貌。岩溶地质上覆土层被地面水冲蚀或经地下水潜蚀就形成图洞，进一步发育便形成地表塌陷。岩溶地质的的特点可概括为复杂和危害，如何面对，归根结底是一个方法论的问题。处理复杂问题，首先考虑能否回避，其次考虑能否简化，最后才是考虑用多个手段来应对；处理危害，首先也是考虑能否回避，其次考虑能否分散发生危害的概率，最后才是考虑危害的根源能否消除。本文将对上述问题进行详细探讨。

　　关键词：岩溶,基础设计,地质危害,钻孔桩,加固

　　1从岩溶的特点出发，可以按以下思路解决岩溶地区基础设计所遇到的问题：

　　（1）岩溶埋藏较深是时，考虑回避；岩溶中埋时，考虑采用合适的基础选型分散地质风险；岩溶浅埋时，则需要直接消除岩溶地质带来的危害。

　　（2）根据岩溶地质地下水通常很丰富的特点，首先采用不必降水的基础方案。考虑到岩溶地质土洞存在，应采取能避免浅捣时混凝土流失的基础形式和施工方案。

　　（3）由于下卧岩溶的复杂性，采用桩基处理时选择能发挥桩侧阻力的桩型，提高桩土共同作用的能力；或者考虑如何消除桩断持力层地质的复杂性，提高桩端承载力。

　　（4）考虑复合多个桩型的施工工艺来寻求一种适合岩溶地质条件的桩型。

　　（5）为回避地质条件的复杂性，桩基检测应简单直接。

　　2回避岩溶地质危害的基础选型

　　如果岩溶地质埋藏很深，上覆土层具有足够的承载力，或经过处理能达到建筑物的承载力要求，或就有某种可以利用的潜质，就可以回避岩溶地质危害，使基础不触及岩溶。此时，场地中如有土洞存在，可根据土洞的埋深和发育程度及场地的稳定性，通过挖填、灌砂或用整体基础跨越，也可以用大能量强夯来夯塌土洞，改善地质性能。

　　如上部结构承载力要求不大时，可以考虑采用浅基础，但必须注意场地内土洞的处理和土洞的发育速度，以及场地的稳定性；天然基础不能满足或土洞较发育时，考虑地基处理，如强夯、复合地基等；多层建筑可采用夯扩桩和深层搅拌法负荷地基，也可以采用预制桩；高层建筑可采用CFG桩或预应力管桩等，或形成桩筏。重点在于如何充分利用上覆土层的潜力，尽可能降低基础工程造价。对于桩来说，由于岩溶的存在，承载力不好利用，必须充分挖掘桩侧阻力，关键是不触及岩溶的情况下选择合适的桩型，得到最大的经济效果。不管是浅基础还是桩基础，为提高上覆土层的性能，都可以通过强夯或砂桩等地基处理手段来增强产地的稳定，消除土洞等地质危害，从而获得较大的地基承载力和桩侧阻力。

　　土的黏性是桩侧阻力的关键，也就是如何提高桩侧表面与土的结合程度是提高桩侧阻力的着力点。众所周知，摩擦力的大小与压力和表面的粗糙程度有关，桩表面的粗糙度也直接关系到桩与土的结合和侧阻力的传递，桩侧阻力的形成必定是桩周土与桩表面相对运动受到制约的结果，即使是无时效性的砂土，表面粗糙度高的桩也应该有较高的侧阻力。对此，可以通过滚砂和刻痕等做法在管桩的生产过程中将桩表面做得更粗糙些，效果如何有待在工程实践中验证。目前对桩侧阻力的形成机理的认识尚不成熟，对此的研究也是认识土共同作用和超长桩承载性能的关键。

　　除目前广泛应用的CFG桩和预应力管桩等较成熟的、成本较低的桩型以外，如有机会可在岩溶地区使用推广程度较差的竹节桩、挤扩多支盘桩、载体桩等。对于缺少黏性土的场地，竹节桩、挤扩多支盘更能发挥桩侧阻力。特别是竹节桩，在岩溶地区使用效果可能会更好。

　　3消除岩溶地质危害的基础选型

　　当岩溶裸露，对于承载要求不大的多层建筑可直接对岩溶地质进行处理，对不稳定的岩溶进行爆破、清理、换填和填塞。

　　对于承载要求更大的高层建筑采用嵌岩桩，这也是长期以来岩溶地区惯用的基础设计方法，但效果不尽如人意，且桩基验收常常不顺利。

　　在岩溶地区，除基岩浅埋和地下水不丰富的情况外，通常不宜采用人工挖孔桩，而且建设主管部门也对挖孔桩的使用有较严格的限制。岩溶地质一般存在软夹层和较丰富的地下水，大面积降水也会对邻近建筑物、管网和道路造成不良影响，易出现涌水、涌砂、掉入土洞等现象。挖孔桩试桩施工中就存在这样的现象：在深度1～4cm的砂层范围内涌水量很大，有流沙现象，挖孔进度缓慢；抽水量大，无法降水，桩护壁脱节，护壁沉降达2～3cm；桩护壁的混凝土浇筑因受地下水流动的影响，质量得不到保证。

　　钻（冲）孔桩是在岩溶地区高层建筑中应用最为广泛的一种桩型，但常常存在施工困难。在冲孔入岩深度难判断，溶洞分布密集、桩端下的抽芯检测合格率无法保证等情况。尽管费用高，对场地环境污染大，但由于岩溶地质地下水丰富、岩面高低起伏，几乎所有的地勘报告在相比之下排除挖孔桩和预制桩，都建议采用冲（钻）孔桩，但存在的问题是孔底清渣困难，发育的溶洞给冲桩施工带来困难，也会造成漏浆、漏水、卡钻（锤）、掉钻（锤）、埋钻、塌孔、偏孔等现象。在较多溶岩浅埋地区的工程中，冲（钻）孔桩与挖孔桩相结合是较常见的一种做法。

　　如果嵌岩桩岩走够深，嵌岩段桩侧已完全可以满足桩的承载要求，而不必顾及桩底情况。消除岩溶危害的另一根本手段是将桩嵌入基岩足够深，对此，《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）［6］第8.5.5条“嵌岩灌注桩桩端以下三倍桩径范围内应无软弱夹层、断裂破碎带和洞穴分布；并应在桩底应力扩散范围内无岩体临空面”的措辞有必要作出调整，在岩溶较发育时该条款很难满足。

　　由于嵌岩桩施工中困难较多，可在未来的浅埋岩溶处理中实践这样的设想：借鉴载体桩的施工工艺用大能量的柱形夯锤对不均匀的岩溶进行强夯，轰塌溶洞、加固地基。这很可能是解决浅埋岩溶地基的较有效的方法。

　　4建议

　　（1）在较复杂的岩溶地区选择基础类型，可先考虑有无办法避开复杂的地质环境，其次考虑能否分散载荷到溶岩上，最后才是考虑如何处理岩溶。

　　（2）当上覆土层足够深，或有黏土等某种可利用潜力的土层时，根据承载力要求，可作如下选择：如上部结构承载要求不大时，可以考虑采用浅基础；天然基础不能满足时，考虑地基处理，如强夯、复合地基等，多层建筑可采用夯扩桩和深层搅拌法复合地基，也可采用预制桩；高层建筑可采用CFG桩或预应力管桩等，或形成桩筏。对于上覆土层存在土洞等不稳定地质现象时，可考虑强夯或砂桩等处理来消除地质危害，加强地基性能。

　　（3）如基岩埋藏较浅或上覆土层无法提供有效的桩侧阻力，只能按端承桩设计桩基时，就应该考虑分散上部结构的荷载，减小溶洞塌陷的风险，采取低承载力的群桩加局部或整体筏板的做法。同样，采取用预制桩时也要通过试桩来取得在合适废桩率下的合适的沉桩力，以确定单桩承载力。可以尝试采用薄壁预应力管桩，桩中孔全长灌注混凝土，有可能取得更理想的经济效果。

　　（4）岩溶地区地下水一般较丰富，采用灌注桩较难保证桩身质量，应优先考虑采用预应力管桩或预制桩，管桩的抗折能力优于一般的预制桩。

　　（5）岩溶地质复杂、岩面起伏极大，且溶洞内多有填充物，尚无可靠办法探明地下岩溶的分布以规避桩底存在溶洞的风险，应慎用一株一桩。

　　（6）选择能发挥桩侧阻力的桩型，提高桩土共同作用的能力，或者考虑如何消除桩端持力的复杂性，提高桩端承载力。有必要实践竹节桩、挤扩多支盘桩、载体桩等在岩溶地区的应用。特别是可借鉴载体桩的施工工艺用大能量的柱形夯锤对不均匀的岩溶进行强夯。可考虑复合多个桩型的施工工艺，如预应力管桩、载体桩和冲孔桩，来寻求一种适合岩溶地质条件的桩型。

　　（7）应研究桩侧阻力的形成机理，理清桩表面粗糙度、桩周土的性质、成桩方式和土层对桩侧阻力的影响。通过滚砂或刻痕等做法在管桩的生产过程中让桩表面粗糙，能否较大幅度地提高桩侧阻力值得在工作中实践。

　　（8）如桩底地质条件复杂，嵌岩桩应加深嵌岩深度，降低桩地底受力。对此降低《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2002）［6］第8.5.5条中有关对桩端以下岩体的要求。

　　（9）回避地质的复杂性，桩基检测避免采用桩底抽芯，宜采用锚桩或锚索对嵌岩桩做静载检验。

　　（10）有必要从概率论的角度来研究承台下桩数对安全度的影响，这对于桩筏等群桩有很大的经济意义。