针对岩溶地基上高层建筑基础设计与施工的研究

针对岩溶地基上高层建筑基础设计与施工的研究

司清华
（辽宁省第六地质大队，辽宁 大连 116200）

【摘 要】岩溶地区因其特殊地质结构在建设各类高层建筑时必须针对现场情况选择合适基础形式，这对高层建筑的安全性至关重。论文以一个工程为例，对其中持力层的稳定、溶槽、溶洞处理、同一承台下长桩与短桩的应力应变协调等问题进行了研究。

【关键词】岩溶地区；高层建筑；基础；设计与施工

【Key words】karst area; high-rise building; foundation; design and construction

岩溶地质的地区在我国分布较为广泛，随着国民经济飞速发展，岩溶地区对建设高层建筑的需求也日益增加，各类高层建筑施工层出不穷，如何确保岩溶地区高层建筑建设的安全、可靠、舒适，成了困扰建筑师的问题。以下通过一个具体工程进行简单分析[1]。

1 工程概况

某地一住宅项目，为地面25层建筑，地下1层为地下室，地面1层及裙楼做为商业建筑使用，其主体结构为部分框支剪力墙的结构。据《岩土工程勘察报告》，该工程地质情况如下：

1.1 冲积层

1）粉质黏土层：可塑，层厚1.30～4.50m；

2）砾砂层：饱和，稍微密集，层厚0.40～3.10m，承载力特征值fa= 160kPa ；

3）粉质黏土层：呈棕红色，可塑—硬塑，层厚1.30～10.60m，承载力特征值fa= 160kPa。

1.2 人工填土

测试为松散，杂填土层厚0.62～3.61m。

1.3 石炭系下统灰岩

1）中风化灰岩层：在该层已布置的23个地质钻探孔中有14个已经确认处于溶洞空间，即是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果，石灰岩里不溶性的碳酸钙受水和二氧化碳的作用能转化为微溶性的碳酸氢钙[2]。由于石灰岩层各部分含石灰质多少不同，被侵蚀的程度不同，所以，其溶蚀强烈且分布严重不均。

2）微风化灰岩：该层经检测其天然单轴无侧限抗压强度为标准值fa= 160kPa。

1.4 残积土层

粉质黏土为可塑，层厚0.80～9.32m，承载力特征值为fa= 160kPa。

2 基础设计方案

根据《岩土工程勘察报告》，选用了筏板基础设计，不仅充分利用了天然地基的承载力，并且通过设置短而密的桩基，将从基底到岩面间土层的侧阻力和端阻力发挥出来，因为筏板基础具有足够的刚度，刚好可以消除地基的沉降差。

设计中采用Φ500mm的CFG桩，并以1.3m的间距设置桩的位置，桩终孔高于岩面，它的有效桩长为9m。因此，计算得出单个桩竖向承载力特征值Ra=up∑qsili+qpAp=π×0.24×25×8+500×π×0.52/4=412kN。在设计中，复合地基承载力特征值由fapk=m(Ra/AP)+β(1-m)fsk估算出来,其中面积置换率m=0.196/(1.2×1.2)=0.1，桩间距土的承载力折减系数β=0.75，又因为天然地基承载力的特征值fsk=170kPa，所以fapk=0.1×(412/0.196)+0.75×(1-0.1)×170=317kN，此地基承载力满足要求，可以进行施工[3]。因为地基可压缩的土层只有9m深，经过仔细核算，地基的总沉降量是19mm。要想充分利用桩间距之间土的承载力，就要在桩顶和承台之间建立一个厚为200mm的碎石褥垫层。此筏板设计厚度为1000mm，在墙柱根部局部加厚成柱墩。并且柱墩根据规定的冲切要求厚度在1100～1700mm之间。

3 基础施工

3.1 灌注桩桩基的施工

采用反循环回旋钻机钻进成孔，并根据地质情况选用与钻孔直径完全吻合的梳齿钻头。成孔过程中：（1）运用全站仪放射线定位，安装保护筒，护筒的直径要比钻头直径大201mm，护筒高1m，护筒外侧用黏土封堵，以防泥浆的渗漏、迸溅；（2）在开孔时应紧密低锤密击，孔内泥浆面要保持稳定；（3）当在黏土层中成孔时，要经常清除钻头上的泥块，因为中小冲程1～2m，会泵入稀泥浆；（4）当软弱土层或者塌孔回填重钻，需要加黏土块夹小片石，小冲程反复冲击，加固孔壁，以此来提高泥浆密度；（5）在排渣时要采用泥浆循环，控制好泥浆的密度，并及时进行补充；（7）当进入基岩后，非桩端持力层每钻进300～500mm、桩端持力层每钻进100—300mm时，应该清理孔并取样记录;（8）当钻孔达到设计标高时，由专业的单位验收确认同时进行记录；（9）在采用泥浆清洗循环时，清洗后泥浆的密度要控制在1.1g/cm3左右，孔底沉渣厚度≤50mm才能灌注混凝土；（10）保证钢筋笼现场焊接的质量，在不出现上浮或掉落的情况下才可进行安放，并固定牢固；（11）在安装导管的时候，要注意控制导管距孔底0.2～0.4m为最佳，并且导管第一次被封入的长度＞1.0m，混凝土的初灌量要＞1.5m3，首批次混凝土灌注正常之后要连续灌注，直到设计桩顶标高；（12）当混凝土浇筑结束后，空口需要回填，并进行加强保护。根据施工时的勘察，有的桩位上存在着多层溶洞，并且上层基岩厚度不够大，不能作为桩端持力层，而桩身需要穿越上部多层溶洞和岩层，起到支承下部岩层的作用，依此操作的话会使施工进度暂缓，成孔时间达到了19个昼夜，为避免此问题在钻岩方法上应该研究更快捷有效的方案[4]。

3.2 开挖基坑

土层机械完成开挖后，还需要开挖大量的岩层，最大开挖的岩层厚度＞7m，岩石的硬度比较高，抗压强度为42MPa，导致开挖难度很大。可选择成孔直径为70mm，排距为300mm左右，深1m的钻机进行开挖。

3.3 基底毛石混凝土的换填层施工

依据现场勘察报告，结合已经出现的岩土分布，对需要换填的区域进行划分，先挖除表层土，由于土岩交界的不平整，小的岩石凹体中的土需要工作人员进行清理，凸出的石块也要进行凿除。在清理基底外露溶沟溶隙里面的填充物换填的深度应该要＞1m，并测绘记录，以便用于注浆孔定位。在基底软弱层清理完毕后，再进行混凝土的浇筑直到基底标高[5]。

3.4 混凝土的浇筑施工

明确需要注浆的溶槽、溶隙和溶洞的数量和位置，可依据施工勘察报告和换填施工记录进而确定设计注浆孔的数量、深度及准确定位。当基础素混凝土垫层达到50%设计强度之后，需要采用注浆机，而终孔的标准要求是揭露溶洞的填充区，并且穿越粉质黏土层≥1m[6]。注浆孔的直径为70mm，注浆管选用4mm厚，直径为50mm的镀锌钢管，钢管间采用丝扣的方式进行连接。注浆管底部封死，下部开孔，上部外侧用水泥砂浆封住，顶部设置阀门。当注浆管上部穿过筏板，顶标高高出筏板顶标高500mm，安装好后做固定保护，然后正常绑扎筏板钢筋，浇筑筏板基础的混凝土。开始密压注浆施工的时候，筏板混凝土强度要达到50%设计强度。在注浆进行的同时要记录每一层注浆的数据，一般每个孔注浆水泥用量在2～3t即可，少数可能会超过，达到6t。

在岩溶地区建立高层建筑要根据现场勘察情况，结合施工图，为每个桩设立勘察孔，帮助查看每个桩位熔岩情况，给施工提供依据。由于岩溶地区地质环境复杂施工要克服多种困难，采取必要措施以保证桩基建设的质量。

4 结语

岩土地区高层基础建筑施工之前，有关部门和工作人员要能够科学的测量和计算来明确地质条件，并且通过精心勘察、分析来提出评价正确、资料完整的报告。本文通过对基础设计方案以及基础施工加以研究，从而保证相关工作的顺利进行。

参考文献：

[1]王继远.岩溶地基高层建筑桩基设计施工的几个问题[J].建筑技术,2003(3)：181-182.

[2]周含川,李正良.高层结构与岩溶洞穴地基基础共同作用分析[J].重庆大学学报(自然科学版),2006(3)：138-142.

[3]吴掌平,钟昌富,宁志强,等.岩溶地带超高层建筑筏板基础的地基处理[J].建筑施工,2015(12)：1379-1380.

[4]王晓民.关于高层建筑的地基基础设计与施工[J].科技创新与应用,2013(17)：218.

[5]耿培刚,徐维林,刘景义.岩溶塌陷区高层建筑地基基础处理[J].江苏煤炭,2000(4)：46-47.

[6]甘尚琼.复杂岩溶地基的基础设计选型[J].中华建设,2012(7)：126-127.

司清华，（1982～），男，河南商丘人，工程师，从事岩土工程研究。

作者简介：

【 abstract 】karst region because of its special geological structure in the construction of all kinds of high-rise building must be on the scene situation when choosing appropriate foundation forms, it is very important to the safety of high-rise buildings, this article takes a project as an example, the stability of the bearing layer, grooves, karst cave and the same bearing the scenes of long pile and short pile stress strain coordination issues that need to be more careful.