自贡市水利电力建筑勘测设计院 四川自贡 643000摘要：岩溶原称喀斯特，有独特的水文特征和地貌特征。采用合理有效的措施改进岩溶区高层建筑的工程地质问题关系到建筑的可靠性和安全性。随着建筑工程质量标准的日益完善，对岩溶区高层建筑稳定性的要求也越来越高。为满足承载力及沉降的要求，本文以某场地岩土工程稳定性较差、地基承载力不足等问题，运用地基加固处理技术，对工程地质问题加以优化改进，对今后同类工程具有借鉴作用。
关键词：岩溶区；工程地质；高层建筑；问题；改进
1.引言
随着人们生活水平的不断提高，我国高层建设工程数量有所增加，在建筑工程施工过程中常常会遇到特殊的工程地质条件，如覆盖型岩溶区。岩溶区多数分布在我国中西部盆地地带，软弱土层在此区域内发育较好，地下水活动比较频繁，地下土层相对比较软弱，极易对浅出土表造成潜蚀、吸蚀、搬运效应，一旦下部石灰岩的岩溶发育较快，就会造成土洞洞体上升和喀斯特区地面塌陷，在此处施工具有一定的不确定因素，施工处理难度较高，对高层建筑的安全会造成很大的影响。因此要求在特殊的岩溶区环境下做好前期的勘察、设计，采用科学有效的地基加固处理技术，从而减少软土岩溶区对于施工稳定性造成的不良影响。
图1 石芽地基示意图
2.岩溶区工程地质问题
2.1石芽地基
溶沟间突起部分石脊被称作石芽，受岩溶作用的长期影响，生于灰岩面的小起伏组合形态纵横交错，形成的一系列石灰岩基而高低不平的独特地貌（详见图1）。在施工中，一般采用土填方式对石芽间溶沟缝隙进行填充，填充厚度不超过10m。实际高层建筑施工过程中，地基同时涉及上覆盖土层与下伏基岩，可能出现下伏溶洞顶板坍塌、地基不均匀、基坑边坡失稳等问题，这些常见的工程地质问题多数是由岩溶土孔隙率比较高造成的。在高层建筑工程项目实施过程之前，对埋藏在土层底部的石芽未能勘测到位，而是按照普通的土层地基来施工，坡角依据浅层图计算方式来运算，鉴于边坡土层与石芽间的裂隙比较不容易发现，就会埋下比较高的安全隐患，出现大规模降雨时甚至会引起滑坡等工程地质问题。
1-石芽、石林；2-塌陷洼地；3-漏斗；4-落水洞；
5-溶沟、溶槽；6-溶洞；7-暗河；8-溶蚀裂缝；9-钟乳石
目前的深基坑支护设计过程中，一般采用土钉支护代替以往采用的锚杆支护。实际工程中，多数工程人员依据锚杆计算方式来设计土钉基础方式，没有考虑到钉土的相互影响，既浪费了材料，又相对保守。对土钉长度和密度的设计过程中，主要借助条分法进行基坑边坡稳定性分析，边坡坡角处容易产生变形破坏。
1.2基坑突涌
基坑土体突涌，主要是指基坑下有饱水带中的有压渗流承压水，随着工程开挖施工的推进，含水层上部不透水层厚度逐渐被削弱，随着不透水层隔水能力的不断下降至不能抵住承压水压力时，承压水就会击穿底板形成土体突涌（详见图2）。对于上覆及下伏岩层的基坑突涌一般以疏导为主要处理方式。岩溶区由于存在着比较多的裂隙和溶洞，在开挖时如果承压水为水量丰富、水质优良的喀斯特水，则地下突水速度快、水量大。如果施工过程中用水泥灌浆在基坑处做防渗帷慕，很容易因为岩溶水量过大引起浆液损失，不但不利于节约成本，还影响了施工安全。
图2 基坑突涌示意图
2.3溶洞地基
从地质构造的角度，岩石裂隙发育的石灰岩，受自身性质及酸性流体溶蚀作用影响，容易形成溶蚀型的溶洞地基详见。这些溶洞大小各异，形态各不相同，如果施工过程中没有充分考虑溶洞规模、形态及深度，就会影响溶洞地基的可靠性。有的溶洞埋深较钱，稳定性差，当工程施工产生了相对集中的负荷时，溶洞上部将无法承载自上而下的负荷，造成地基失稳引发的地质坍塌。在岩溶区施工经常会遇到溶洞地基问题，主要处理方式是了解溶洞规模后，总的来说应采取填实、跨越、避让的方法解决。无法避让时考虑小范围灌浆处理或者视溶洞的规模采用桩基础贯穿溶洞底部进行适当处理，也可以采用清除或盖板跨越的处理方式（详见图3）。对于规模较大的溶洞地基避免将其作为高层建筑地基。
1-排水道；2-浆砌石柱；3-钢筋混凝土梁板；4-片石灌浆；5-石灰岩
考虑到影响岩层安全的客观因素比较多，对溶洞顶板安全厚度极限值的设定必须要谨慎处理。工程中一般采用K.B.鲁别涅依他公式，通过做做室内岩石力学性能测试，得出桩基以下安全厚度应高于5倍桩径，才好做下一步工程。
图3 某高层建筑物溶洞地基处理示意图
3.工程概况
龙岩盆地闽西宾馆某栋高层建筑主楼层共有19层，工程高约72m，场外工程施工组织设计程序合法、规范，施工手续健全。框架剪力墙结构，上部结构竖向总荷载25000kN，结构宽度为15. 2m。附属楼层数为5层左右，高度在25m左右，上部结构竖向总荷载6500kN，总建筑面积为56793m2，设一人防地下室，地下建筑面积30235m2。宾馆作为省级外宾重要接待场馆，施工质量要求高，施工工期比较紧。周边地貌属于龙津河2级堆积阶地，龙门塔河段，地形相对平坦，岩土层特征主要有杂填土、粉质粘土、含卵石粉质粘土、泥质卵石、含角砾碎石粉质粘土、全风化泥岩、强风化泥岩、中风化细砂岩等。 地下水主要含水层为杂填土和泥质卵石。
4.工程地质问题改进措施
4.1石芽地基边开挖边土打加固
考虑到石芽地基的脆弱性，在充分进行地质勘测的前提下，要注意石芽对周边岩层的支护影响，石芽被开挖时周边土体应力也随之释放。解决方案主要是对下部有石芽的地基采取由工程设计确定的边开挖边土打加固方式，在土体应力尚未消失之前加固完成。按照基坑土钉支护技术规程，具体改进方式为：（1）必须结合具体条件，将基坑上部土钉设计为长度最大，且保持比中间层相对密集的间距。这样处理的原因在于上部土体的填土一般都无法固结，并且存在着各式各样的荷载形态，因此采用相对密集的土钉加固可以土层紧密程度得到提升，同时使基坑底部倾覆旋转力矩最大化，从而提升强抗倾覆水平。（2）基坑底部将基坑上部土钉设计为长度最大，且保持相对密集的间距。基坑开挖主要是使周边土体应力得到逐渐释放的过程，而相对于基坑上部来说，基坑底部坡角是应力集中区，引起坑底土体原有应力状态的改变。因此，通过加长加密土钉的方式确保边坡与未扰动的槽底有效衔接，实现加固的目的。
4.2溶洞地基顶板安全厚度的确定
在进行溶洞地基顶板安全厚度的的计算时，首先要假定溶洞顶板处于正常状态，且嵌岩桩为简单端承桩，不考虑顶板岩层自重，使顶板相对简化。根据具体情况可以采用如下厚度：（1）对溶洞上部有桩、洞顶岩层完整、水平的情况下，安全厚度应采用3倍桩径且高于3m，采用此安全厚度的地基顶板在实践中可以确保抗拉、抗减强度满足强度要求。（2）对溶洞上部无桩、洞顶岩层相对完整的溶洞，溶洞地基顶板安全厚度应高于建筑物横跨溶洞距离的1/2。（3）溶洞顶板已有沉陷且直径不大的情况下，可考虑用较大跨度的梁板进行跨越处理，直径较大的情况下可钻孔灌浆后再进行梁板跨越处理。
4.3加强水泥帷幕灌浆施工，避免基坑突涌
利用计算公式测算基坑突涌的概率：
（1）
式（1）表示有基坑底层与承压水头的平衡状态表达式，其中
代表岩层中度，
代表地下水重度，
代表承压水水头值，
代表基坑下部岩层厚度。基坑突涌不会出现，则
，基坑突涌会出现，则
。综合采用帷幕灌浆后排水的方式，采用高浓度浆液（0.5:1）从而防止浆液流失。灌浆过程中可能出现中断，主要原因可能包括停水停电、机器故障、钻孔堵塞、导管破裂等等，其解决措施为确保灌浆方向为自下而上、连续进行，避免中断，运用全孔灌浆封堵法或置换等方法进行封孔，选取0.5:1的水泥浆置换孔内浆液，移除孔内浆液后，继续用该浓度水泥浆纯压0.5h，少灌多复，做好相应记录。
5.结语
通过对岩溶区高层建筑工程地质特征进行研究，发现主要地质问题包括石芽地基、基坑突涌、溶洞地基等方面。基于此，为解决高层建筑施工工程地质的地基处理问题，本文提出了石芽地基边开挖边土打加固、合理确定溶洞地基顶板安全厚度以及加强水泥帷幕灌浆施工从而避免基坑突涌等解决措施。这些措施技术应用性较强，比较容易被施工人员理解，在实际工程中得到验证，该建筑物施工过程中通过采取上述措施，达到了控制沉降的目，建成投入使用5年来，至今没有出现过塌陷等安全问题，因此具有一定的参考价值。
参考文献
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[4]姜燕，杨光华，黄忠铭，乔有梁，张玉成.复杂岩溶场地下的高层建筑地基处理 [J].岩土力学，2015.06
作者简介：
龚茉莉，（1986.4—），男，四川自贡人，工程师，本科，从事工程地质工作。
论文作者:龚茉莉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第1期
论文发表时间:2018/5/21
标签：溶洞论文; 基坑论文; 地基论文; 岩溶论文; 顶板论文; 厚度论文; 高层建筑论文; 《基层建设》2018年第1期论文;