唐 弘， 邢佳安

(1.沈陽鋁鎂設(shè)計研究院，沈陽 110001；2.大連理工大學(xué)土木工程學(xué)院，遼寧 大連 116024)

1 工程概況及工程地質(zhì)概述

位于廣西有色的平果鋁工程廠區(qū)地質(zhì)情況為典型的巖溶地貌，即喀斯特地貌。平果鋁廠施工中對廠區(qū)的一些不良地基進行處理，而主要是對巖溶地基。

從當(dāng)時已開挖的地基來看，常見的不良地基有溶洞、溶溝、溶槽等。我們根據(jù)已有的地質(zhì)資料和有關(guān)規(guī)范，提出相應(yīng)的處理意見。地質(zhì)構(gòu)造千變?nèi)f化，與地勘資料總有不太吻合的地方。這就需要我們在現(xiàn)場對實際開挖后的地基進行處理，以滿足設(shè)計的要求。

地基處理的方法很多，概括起來有7大類：換填、深層密實、排水固結(jié)、化學(xué)固結(jié)、加筋法、膠結(jié)法、熱學(xué)法。這些方法分別適用于不同的情況中，主要決定于地基特點和建筑物的特征。而在巖溶地基中主要使用的方法有：換填、深層密實、化學(xué)固結(jié)與加筋法。

下面就部分地基處理實例來說明幾種地基的處理方案。對以下不良地基的處理，是在認為該場地“巖溶已停止發(fā)育”的前提下進行的。

2 易風(fēng)化白云巖的地基處理

易風(fēng)化白云巖的地基處理采用換填法。

當(dāng)巖溶地基因風(fēng)化作用而使其承載力不足、變形或由于表層溝壑不平滿足不了建筑物的要求，而風(fēng)化層厚度又不大時，將基礎(chǔ)底面下處理范圍內(nèi)不良土層全部挖去，然后分層換填強度較大的砂碎石、素土、灰土、礦渣或其他性能穩(wěn)定的材料，并壓實，這種方法即為換填法。

氧化鋁廠區(qū)地質(zhì)以白云巖為主，夾白云質(zhì)灰?guī)r為輔。白云巖極易風(fēng)化，有的風(fēng)化成砂粉，隨著風(fēng)化程度的加深，其壓縮性將會增加，且遇水容易軟化。就此類基礎(chǔ)地基開挖完后，應(yīng)及時進行處理，并要求施工單位立即施工基礎(chǔ)墊層或基礎(chǔ)，以免基巖裸露或浸水時間過長而降低其力學(xué)性能。

3 溶洞的不良地基處理

溶洞這里指是埋藏于地下的洞穴。根據(jù)其空間形態(tài)可大致分為以下4種類型：平洞型、溶洞型、溶溝—平洞組合型、復(fù)雜組合型。而溶溝型溶洞的存在還較為普遍，從而使廠區(qū)溶洞的頂板厚度變化很大，缺乏規(guī)律性。從地勘資料來看，廠區(qū)溶洞底板的巖石除少數(shù)外，一般都比較完整，從現(xiàn)場部分有溶洞的地基開挖情況來看，也證實了這一點。這對處理溶洞這種不良地基提供了有利的條件。例如：鋁礦卸礦站，從地質(zhì)資料來看在倉壁基礎(chǔ)及擋墻下有一溶洞，根據(jù)地勘資料和現(xiàn)場實際察看，該洞洞周及洞底的巖石均為白云質(zhì)灰?guī)r，而且很堅硬，巖層傾角為53°，巖層走向與臨空面垂直，所以地勘部門認為是穩(wěn)定的，因卸礦站荷載較大，故對該溶洞采用了在礦倉基礎(chǔ)及擋墻范圍內(nèi)采用C10砼從洞底巖石墊至基礎(chǔ)底標(biāo)高，洞內(nèi)其余部分均用C10毛石砼(摻石量可30%)從頂部洞口將空洞填實。

此外，對溶洞的地基處理通常采用以下幾種方法。

3.1 梁板跨越法

適用于洞壁完整，強度較高，而頂板破碎或無頂板的巖溶地基，但需使跨越結(jié)構(gòu)要有可靠的支承面以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

①應(yīng)盡快啟動天津市農(nóng)村水利現(xiàn)代化發(fā)展戰(zhàn)略專題研究。對總體目標(biāo)、發(fā)展模式、指標(biāo)體系、實現(xiàn)途徑、保障措施等進行全面研究，量化指標(biāo)。②編制天津市農(nóng)村水利建設(shè)中長期發(fā)展規(guī)劃。③編制天津市農(nóng)村水利建設(shè)“十三五”發(fā)展計劃。④編制天津市農(nóng)村水利管理中長期發(fā)展規(guī)劃。⑤編制天津市農(nóng)村水利信息化中長期發(fā)展規(guī)劃。

對于持力層內(nèi)存在溶洞切溶洞規(guī)模形態(tài)不宜填充，或溶洞與地下水力聯(lián)系難以確定的情況可考慮梁跨法。圖1為梁跨示意圖。

圖1 梁跨法

該方法類似于橋涵建設(shè)，即在空洞上方設(shè)梁以達到填充目的，梁的設(shè)計方法種類也很多，當(dāng)根據(jù)巖石環(huán)境來決定。如洞身較寬、深度又大、洞形復(fù)雜或有水流的巖溶地基，宜采用拱跨形式。拱分漿砌片石拱、砼拱、鋼筋砼拱。為增強拱身強度，拱下可砌筑垂直支撐柱，對建筑物本身而言，也可加設(shè)拉桿(或錨桿支撐)或其他預(yù)應(yīng)力鋼筋砼構(gòu)造。這些都要根據(jù)工程實際來定奪。

同時梁跨也可以與樁相結(jié)合，這也要根據(jù)巖溶發(fā)育的具體特征來看。圖2為梁樁相結(jié)合的示意。

圖2 梁樁相結(jié)合

3.2 洞底支撐法

適用于跨度較大，頂板完整，洞底巖體穩(wěn)定，而且洞頂板厚度均勻，洞內(nèi)溶水和沉積物較少，并能進入洞內(nèi)的溶洞地基。處理方法是用石砌柱或鋼筋砼柱支撐洞頂，以增加頂板巖體的穩(wěn)定性。

3.3 清爆換填法

適用于處理頂板不穩(wěn)定的，頂板破碎或頂板厚度小于1 m的淺埋型溶洞地基，即清除覆土，爆開頂板，剔除溝槽裂隙內(nèi)的充土，從堅巖上用C10#毛石砼灌滿填實，作為基礎(chǔ)的墊層。例如蒸發(fā)一柱基，在基槽開挖中發(fā)現(xiàn)一小溶洞，因為頂板薄石碎裂，故采用此方法對其進行處理較好。

3.4 化學(xué)加固

化學(xué)加固指利用水泥漿液、黏土漿液或其他化學(xué)漿液，通過灌注壓入、高壓噴射或機械攪拌，使?jié){液與土顆粒膠結(jié)起來，以改善地基土的物理和力學(xué)性質(zhì)的地基處理方法。對于巖溶發(fā)育較強，溶洞、土洞多見的地區(qū)，若溶洞比較小(見圖3)可根據(jù)實際情況采用高壓噴射注漿法。

下面主要介紹該方法的使用。

高壓噴射注漿法是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進至土層的預(yù)定位置后，以高壓設(shè)備使?jié){液或水成為20～40 MPa的高壓噴射從噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體，同時鉆桿以一定的速度漸漸提升，將漿液與土顆粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個固結(jié)體。

如圖3巖溶洞發(fā)育較小同時為提高持力層的承載力采用高壓噴射注漿法，使高壓漿液通過噴管注入洞下巖土達到加固的作用，之后漸漸提升洞壁部分巖土，通過噴漿可使弱化溶洞產(chǎn)生的土體不良力學(xué)性質(zhì)。之后如圖4成樁，可采用。

圖3 高壓噴射注漿法

圖4 灌漿鋼管樁

4 溶溝、溶槽不良地基的處理

溶溝、溶槽是差異性溶蝕的產(chǎn)物，溝、槽中填充著性質(zhì)、厚度不相同的土，形成了不穩(wěn)定、不均勻的巖溶地基。溶溝、溶槽在廠區(qū)內(nèi)甚有發(fā)現(xiàn)，對這類地基的處理方法很多，這里僅用兩個例子來說明其中的兩種處理方法：

1)氧化鋁廠循環(huán)母液槽工段的一號循環(huán)母液槽基礎(chǔ)。基坑直徑為φ14.4 m，根據(jù)地勘資料，此地基范圍內(nèi)，在自然地面以下不深處全部為巖石。故設(shè)計要求基礎(chǔ)位于巖石層上，但在基礎(chǔ)開挖至設(shè)計標(biāo)高后發(fā)現(xiàn)，在基坑內(nèi)只有2/3為巖石，1/3是土，為了滿足設(shè)計要求，請施工單位繼續(xù)往下挖，直至全部挖到巖石。當(dāng)土區(qū)部分被挖至5 m多深時，仍有一較大溶溝，面積約4 m2，內(nèi)填黏土，處理的方法是：在土的范圍內(nèi)打入間距為300的梅花狀布置的鋼管，直打至下部巖石面，共打入平均長度為2.2 m，φ50的鋼管30多根(見圖3)。

2)有關(guān)打入鋼管(或角鋼)的這種處理方法，旨在增加地基安全儲備，需要采用這種輔助性地基處理方法時應(yīng)分別考慮下述兩種情況及其有關(guān)問題：

①無腐蝕廠房的設(shè)計位于巖石上的柱基及設(shè)備基礎(chǔ)，當(dāng)其基槽挖至大部分巖石露出，巖石面積占基礎(chǔ)底面積的80%以上，但基礎(chǔ)范圍內(nèi)仍有小部分面積為土(包括溶溝、溶槽內(nèi)的充土，溝槽寬度≤300內(nèi)可小處理)；而土層厚度在1～3 m范圍內(nèi)(可先用鋼釬試探)，又無法挖掘和不能采用跨越等方法時，可采用在土區(qū)范圍內(nèi)打入鋼管(或角鋼)的處理方法。

②有液相堿性腐蝕廠房的設(shè)計在巖石上的柱基和設(shè)備基礎(chǔ)，當(dāng)其基槽開挖至大部分巖石已露出，巖石面積占基礎(chǔ)底面積的90%以上，基礎(chǔ)范圍內(nèi)只有少部分面積是土 (包括溶溝、溶槽內(nèi)充土，溝槽寬度≤300時可不處理)，且設(shè)計地面與基礎(chǔ)或墊層底面的高差較大，剩余土層本身厚度在1～3 m范圍內(nèi)，又無法深挖和不能采用跨越等方法；而地面及排水溝能按設(shè)計做好防腐防滲時，也可采用這種處理方法。

另外，由于地下水也能使鋼管(或角鋼)逐漸被銹蝕，因而打入鋼管(或角鋼)的方法不宜用于地勢較低，或地下水位較高處的地基處理?？傊诘鼗幚碇?，應(yīng)優(yōu)先采用跨越、園墩和擴大基坑再深挖等的地基處理方法。

③跨越溶洞的處理方法必須要求跨越結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的支承面，也就是說溶溝、溶槽兩側(cè)(或四周)的巖石必須完整且強度較高。強風(fēng)化巖石、孤石及碎裂的巖層等均不宜作為跨越結(jié)構(gòu)的支承面，若遇到此類巖石宜將其清除，直到露出完整的巖石。

一般情況下，只有當(dāng)溶溝、溶槽寬度大于600時，才對其作跨越處理。對于寬度小于600的溶溝、溶槽，只需將溝槽內(nèi)的充土挖去一個溝寬的深度，表面用木夯夯實，填入C10#砼好可，這是由于600寬度溝槽內(nèi)的填土，在外荷載作用下，因受兩側(cè)及底部巖石的限制，其被壓縮變形很小，對基礎(chǔ)的影響不大，故一般不再作跨越處理。但當(dāng)基礎(chǔ)底面積較小時，也應(yīng)對寬度小于600的溶溝、溶槽采用跨越的方法進行處理。如果被處理面積小于基礎(chǔ)底面積的20%時，應(yīng)根據(jù)實際情況而定可以不予處理(跨越處理見圖4)。

5 關(guān)于在土區(qū)采用園墩的處理

對荷載較大的柱基礎(chǔ)及大型設(shè)備基礎(chǔ)均應(yīng)設(shè)在基巖上，而且為了避免不均勻沉降的產(chǎn)生，當(dāng)個別柱基或柱基的局部區(qū)段發(fā)現(xiàn)挖至設(shè)計標(biāo)高仍為土層，且土層較厚時，均可采用園墩處理方法來使基礎(chǔ)坐落到基巖上，以保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

另外對于寬度大于1 000 m以上的溶溝、溶槽也可采用此方法處理。由于地基處理所用的園墩，其深度很少超過5 m，一般不須做護壁(特殊情況除外)?；鶐r一般指中等風(fēng)化以下的石灰?guī)r或白云質(zhì)灰?guī)r，若為強風(fēng)化白云巖則應(yīng)擴大墩頭并嵌入一定深度，嵌入深度的大小應(yīng)根據(jù)實際情況而定。

總之，巖溶地基的正確處理只能建立在對它的正確評價的基礎(chǔ)上。如果建筑場地和地基經(jīng)過工程地質(zhì)的評價，屬于對基礎(chǔ)不利的巖溶地基，又不能避開，就必須進行認真的討論和處理，應(yīng)根據(jù)巖溶的形態(tài)，工程的要求和施工的條件，可選擇不同處理措施，達到預(yù)期的效果。經(jīng)過平果鋁廠投產(chǎn)后幾年的實踐證明，采用以上不同處理溶洞的方案證明：方法是經(jīng)濟可靠的，取得一定的經(jīng)濟效益。

[1]金瑞玲,李獻民,周建普.巖溶地基處理方法[J].湖南交通科技,2002.

[2]JGJ79—2002,建筑地基基礎(chǔ)處理規(guī)范[S].