羅信豪

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一〇四地質(zhì)大隊，貴州 都勻 558000）

我國有超30%的地區(qū)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(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)水平大幅度提高，城鎮(zhèn)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(wěn)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(xué)地分析巖溶對地基的影響，結(jié)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(jié)約工程造價。

1 工程地質(zhì)條件

擬建建筑為地下2 層、地上26 層的高層建筑，建筑結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)荷載最大為9 000 kN/柱，建筑底板標(biāo)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(cè)，勘察前進(jìn)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(biāo)高為773.5 m，豐枯季節(jié)變化為3～5 m，場地勘察深度內(nèi)未見地下水發(fā)育，故工程建設(shè)不受地下水影響。

1.1 地層巖性

根據(jù)工程地質(zhì)勘察結(jié)果，場地土層已全部被挖除，場地范圍內(nèi)基巖出露，巖性為二疊系茅口組（P2m）石灰?guī)r，呈中厚層狀，其巖體較完整，節(jié)理、裂隙較為發(fā)育。通過室內(nèi)試驗，場地巖石飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為38.9 MPa，根據(jù)鉆孔聲波測試成果，結(jié)合相關(guān)規(guī)范及地區(qū)工程經(jīng)驗，地基承載力特征值按0.15 進(jìn)行折減，經(jīng)折減，其為5 835 kPa，建議按5 800 kPa 設(shè)計使用。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

場地位于華南板塊揚(yáng)子陸塊江南復(fù)合造山帶黔南坳陷區(qū)的都勻南北向隔槽式褶皺變形區(qū)。結(jié)合實地調(diào)查及都勻幅地質(zhì)圖（比例尺1 ∶50 000），該場地范圍內(nèi)無活動斷層通過，場地內(nèi)基巖層呈單斜產(chǎn)出，傾向為97°左右，傾角為60°左右，地質(zhì)構(gòu)造條件簡單。

2 巖溶發(fā)育特征及地基穩(wěn)定性評價

2.1 勘探點(diǎn)的布置

根據(jù)《貴州省建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范》（DBJ 52/45—2018）的相關(guān)規(guī)定，預(yù)估基礎(chǔ)底面積小于2 m2，按巖溶地基“一樁一孔”的原則布置勘探點(diǎn)[2]。

2.2 巖溶發(fā)育特征

實地調(diào)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(fā)育深度最大為19.9 m。綜合考慮，判定本場地巖溶發(fā)育程度為中等發(fā)育[3]。巖溶發(fā)育特征如表1 所示。

表1 巖溶發(fā)育特征

2.3 地基穩(wěn)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(chǔ)穩(wěn)定性的影響，采用定性分析+定量分析的方式進(jìn)行綜合判定，若溶洞對基礎(chǔ)穩(wěn)定性無影響，則無須進(jìn)行處理，如有影響，則應(yīng)對溶洞進(jìn)行處理或采用安全合理的基礎(chǔ)處理方案。

2.3.1 定性分析

場地巖層為石灰?guī)r，屬硬質(zhì)巖組，呈中厚層狀，場地?zé)o斷裂、褶曲發(fā)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(jīng)綜合判定，巖溶發(fā)育區(qū)溶洞對地基穩(wěn)定性的影響較大。

2.3.2 定量分析

場地頂板巖層為石灰?guī)r，其強(qiáng)度較高，本次分析通過抗剪、抗彎結(jié)果對溶洞頂板進(jìn)行穩(wěn)定性評價[4]。根據(jù)頂板厚度及裂隙切割情況、巖體物理力學(xué)指標(biāo)、建筑荷載等情況進(jìn)行計算[1]，如彎矩小于抗彎強(qiáng)度、所受剪力小于其抗剪強(qiáng)度，判定其溶洞洞室頂板為穩(wěn)定，反之則為不穩(wěn)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(dāng)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(jù)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(qiáng)度，按巖石允許抗壓強(qiáng)度的1/2 取值，KPa。

根據(jù)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(qiáng)度，按巖石允許抗壓強(qiáng)度的1/8 取值，KPa。

3 基礎(chǔ)方案及施工方案的確定

3.1 基礎(chǔ)方案分析

根據(jù)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(wěn)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(wěn)定性無影響。結(jié)合場地地質(zhì)條件，建議擬建建筑采用穩(wěn)定中風(fēng)化石灰?guī)r層作為地基基礎(chǔ)持力層，相應(yīng)基礎(chǔ)形式為獨(dú)立基礎(chǔ)（ZK29 除外），由于基槽開挖難度小，為節(jié)約成本，建議選用人工開挖方式。

針對ZK29 溶洞，提出兩種基礎(chǔ)方案。方案一采用樁基礎(chǔ)，樁底需要穿越溶洞底板；方案二通過補(bǔ)充鉆孔查明柱位周邊巖溶發(fā)展規(guī)模與趨勢，采用梁板結(jié)構(gòu)跨越溶洞。由于其他基礎(chǔ)均為獨(dú)立基礎(chǔ)，施工方式均為人工開挖，如果，ZK29 基礎(chǔ)選用樁基礎(chǔ)，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(bǔ)充勘察

為查清巖溶發(fā)育規(guī)模與趨勢，結(jié)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(bǔ)充6 個勘探孔（編號ZK29+1～ZK29+6），補(bǔ)充勘察平面布置如圖1 所示，補(bǔ)充鉆孔地質(zhì)剖面分析如圖2、圖3 所示。

圖1 ZK29 補(bǔ)充勘察鉆孔平面布置

圖2 ZK29 接近巖層傾向方向補(bǔ)充勘察剖面圖

圖3 ZK29 接近巖層走向方向補(bǔ)充勘察剖面圖

結(jié)合前期勘察及補(bǔ)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(kuò)展范圍較大；其他溶洞規(guī)模較小，擴(kuò)展范圍均較小。

3.3 基礎(chǔ)方案的確定

根據(jù)勘察成果，結(jié)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(chǔ)均在原位進(jìn)行施工，基礎(chǔ)形式為獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)嵌巖深度不小于500 mm[5]。同時，針對ZK3、ZK25 以及ZK32，其基礎(chǔ)底部應(yīng)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(jié)構(gòu)在巖石上的支撐結(jié)構(gòu)高度不小于梁高的1.5 倍。

4 結(jié)論

巖溶地區(qū)地基穩(wěn)定性分析主要是評價巖溶溶洞對地基穩(wěn)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(nèi)是否有填充物等巖溶特征，結(jié)合水文條件、巖石強(qiáng)度、巖石完整程度及裂隙發(fā)育情況等地質(zhì)條件，采用定性分析+定量分析的方法進(jìn)行綜合評價，根據(jù)影響程度的不同，采用安全、科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)施工方案，做到勘察技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，確保工程質(zhì)量，提高投資效益[3]。