巖溶地基穩定性評價及基礎處理方案

羅信豪

（貴州省地質礦產勘查開發局一〇四地質大隊，貴州 都勻 558000）

我國有超30%的地區以巖溶地貌為主[6]，其中湘、貴、黔、滇、川為主要分布地。隨著近年來我國經濟的飛速發展，基礎建設水平大幅度提高，城鎮人口密度及建筑密度變得越來越大。工程勘察中，巖溶對地基穩定性的評價就顯得尤為重要，而最有效的方法就是查清巖溶的空間分布情況，科學地分析巖溶對地基的影響，結合工程情況，在保證安全的前提下采取針對性處理方案來降低施工難度，節約工程造價。

1 工程地質條件

擬建建筑為地下2 層、地上26 層的高層建筑，建筑結構為框架結構，基礎荷載最大為9 000 kN/柱，建筑底板標高為792.50 m，屬于沉降敏感建筑。擬建場地位于都勻市西山大道東側，勘察前進行平整，屬山地斜坡巖溶地貌。場地附近地表水體為其東面的劍江河，流向為自北向南，二者相距約700 m，勘察期間河水位標高為773.5 m，豐枯季節變化為3～5 m，場地勘察深度內未見地下水發育，故工程建設不受地下水影響。

1.1 地層巖性

根據工程地質勘察結果，場地土層已全部被挖除，場地范圍內基巖出露，巖性為二疊系茅口組（P2m）石灰巖，呈中厚層狀，其巖體較完整，節理、裂隙較為發育。通過室內試驗，場地巖石飽和抗壓強度標準值為38.9 MPa，根據鉆孔聲波測試成果，結合相關規范及地區工程經驗，地基承載力特征值按0.15 進行折減，經折減，其為5 835 kPa，建議按5 800 kPa 設計使用。

1.2 地質構造

場地位于華南板塊揚子陸塊江南復合造山帶黔南坳陷區的都勻南北向隔槽式褶皺變形區。結合實地調查及都勻幅地質圖（比例尺1 ∶50 000），該場地范圍內無活動斷層通過，場地內基巖層呈單斜產出，傾向為97°左右，傾角為60°左右，地質構造條件簡單。

2 巖溶發育特征及地基穩定性評價

2.1 勘探點的布置

根據《貴州省建筑巖土工程技術規范》（DBJ 52/45—2018）的相關規定，預估基礎底面積小于2 m2，按巖溶地基“一樁一孔”的原則布置勘探點[2]。

2.2 巖溶發育特征

實地調查及鉆孔資料顯示，場地及周圍地表無巖溶塌陷、漏斗、泉眼等，相鄰鉆孔基巖面高差均小于2 m，共施工32 個鉆孔，其中6 個鉆孔遇見溶洞，鉆孔遇溶洞率為18.75%，串珠狀溶洞發育深度最大為19.9 m。綜合考慮，判定本場地巖溶發育程度為中等發育[3]。巖溶發育特征如表1 所示。

表1 巖溶發育特征

2.3 地基穩定性分析

通過鉆探資料分析，建筑場地共有5 個柱位與溶洞位置重合。針對溶洞對基礎穩定性的影響，采用定性分析+定量分析的方式進行綜合判定，若溶洞對基礎穩定性無影響，則無須進行處理，如有影響，則應對溶洞進行處理或采用安全合理的基礎處理方案。

2.3.1 定性分析

場地巖層為石灰巖，屬硬質巖組，呈中厚層狀，場地無斷裂、褶曲發育，不受地下水影響，地震基本烈度為6度，擬建建筑荷載大，為重要建筑物，而部分溶洞頂板厚度較小。經綜合判定，巖溶發育區溶洞對地基穩定性的影響較大。

2.3.2 定量分析

場地頂板巖層為石灰巖，其強度較高，本次分析通過抗剪、抗彎結果對溶洞頂板進行穩定性評價[4]。根據頂板厚度及裂隙切割情況、巖體物理力學指標、建筑荷載等情況進行計算[1]，如彎矩小于抗彎強度、所受剪力小于其抗剪強度，判定其溶洞洞室頂板為穩定，反之則為不穩定。下面分析滿足條件的巖層最小厚度計算方法。

裂隙在支座處，頂板巖層較完整時，按簡支梁計算彎矩，如式（1）所示。當頂板巖層和支座均較完整時，按兩端固定梁計算彎矩，如式（2）所示。頂板有裂縫且頂板兩端的支座巖石堅硬完整時，按懸臂梁計算彎矩，如式（3）所示。

式中：M為彎矩，kN·m；p為溶洞頂板承載的總荷載，為頂板巖體自重、頂板上部土體自重、建筑荷載及其他附加荷載之和，kN/m；l為巖溶溶洞的跨度，m。

根據頂板巖層抗剪能力計算方法，溶洞頂板巖層的安全厚度計算公式為

式中：H為溶洞頂板巖層的安全厚度，m；fs為支座處的剪力，kN；S為巖體計算抗剪強度，按巖石允許抗壓強度的1/2 取值，KPa。

根據頂板巖層抗彎能力計算方法，溶洞頂板巖層的安全厚度計算公式為

式中：b為計算彎矩位置處梁板的寬度，m；σ為巖體計算抗彎強度，按巖石允許抗壓強度的1/8 取值，KPa。

3 基礎方案及施工方案的確定

3.1 基礎方案分析

根據分析，ZK3、ZK25、ZK29 及ZK32 溶洞頂板巖層厚度小于安全厚度，溶洞對地基穩定性影響大；ZK6 及ZK25 溶洞頂板巖層厚度大于安全厚度，對地基穩定性無影響。結合場地地質條件，建議擬建建筑采用穩定中風化石灰巖層作為地基基礎持力層，相應基礎形式為獨立基礎（ZK29 除外），由于基槽開挖難度小，為節約成本，建議選用人工開挖方式。

針對ZK29 溶洞，提出兩種基礎方案。方案一采用樁基礎，樁底需要穿越溶洞底板；方案二通過補充鉆孔查明柱位周邊巖溶發展規模與趨勢，采用梁板結構跨越溶洞。由于其他基礎均為獨立基礎，施工方式均為人工開挖，如果，ZK29 基礎選用樁基礎，其深度較大，屬于危險性較大工程，因此建議采用方案二。

3.2 補充勘察

為查清巖溶發育規模與趨勢，結合建筑柱位分布情況及前期勘探資料，在ZK29 鉆孔周圍沿軸線方向共補充6 個勘探孔（編號ZK29+1～ZK29+6），補充勘察平面布置如圖1 所示，補充鉆孔地質剖面分析如圖2、圖3 所示。

圖1 ZK29 補充勘察鉆孔平面布置

圖2 ZK29 接近巖層傾向方向補充勘察剖面圖

圖3 ZK29 接近巖層走向方向補充勘察剖面圖

結合前期勘察及補充勘察成果分析，ZK29 柱位豎向上有5 個溶洞分布，呈串珠狀，僅接近地表有1個溶洞高度較大，且溶洞向外擴展范圍較大；其他溶洞規模較小，擴展范圍均較小。

3.3 基礎方案的確定

根據勘察成果，結合巖溶溶洞的定性與定量分析，最終確定除ZK29外，其余柱位基礎均在原位進行施工，基礎形式為獨立基礎，基礎嵌巖深度不小于500 mm[5]。同時，針對ZK3、ZK25 以及ZK32，其基礎底部應穿越溶洞底板以下不小于500 mm。針對ZK29，該柱位溶洞對外影響范圍有限，建議沿巖層走向在柱位外2 m 處（ZK29+1 和ZK29+2 處）分別做一個承臺，用梁板跨越溶洞處理，梁式結構在巖石上的支撐結構高度不小于梁高的1.5 倍。

4 結論

巖溶地區地基穩定性分析主要是評價巖溶溶洞對地基穩定性的影響，需要查明巖溶分布、溶洞頂板厚度、洞體高度、洞內是否有填充物等巖溶特征，結合水文條件、巖石強度、巖石完整程度及裂隙發育情況等地質條件，采用定性分析+定量分析的方法進行綜合評價，根據影響程度的不同，采用安全、科學、經濟的基礎施工方案，做到勘察技術先進、經濟合理，確保工程質量，提高投資效益[3]。