巖溶地區(qū)的樁基選型探析
2016-10-21
一、巖溶地質(zhì)特征及發(fā)育規(guī)律
溶巖指可溶性基巖，包括石灰?guī)r、大理石等易溶解的巖層，受流水溶蝕，有時再加上沉淀作用而形成的地貌，舊稱喀斯特地貌。溶巖形成的時代久遠，存在相當大的復雜性。
?。ㄒ唬r溶地質(zhì)特征
中國巖溶地貌類型復雜多樣，面積大、典型、生物生態(tài)豐富，分布廣泛。由于受冰期與間冰期氣候的影響，中國巖溶地帶性的差異也較大。巖溶地質(zhì)淺部石牙、溶溝、溶洞等巖溶裂隙發(fā)育，基巖面起伏較大，缺失殘積層、全風化、強風化、中風化等風化程度較高的過渡性巖土層，微風化巖層直接上覆較軟土層，或形成雙層和多層溶洞、洞內(nèi)充填軟土，巖溶地質(zhì)往往具有較強的透水性。
?。ǘr溶發(fā)育規(guī)律
巖溶化程度隨著深度的增加而逐漸減弱。巖溶發(fā)育的速度、程度及其空間分布不一致性。巖溶的發(fā)育受到巖性、地質(zhì)構造和巖溶水循環(huán)交替的控制。此外，巖溶的發(fā)育是一個緩慢的地質(zhì)過程，必有其發(fā)生、發(fā)展和消亡過程。在巖溶發(fā)育條件長期穩(wěn)定的條件下，它要經(jīng)過幼年、青年、中年期到老年期，完成一個巖溶的發(fā)育旋回。每個階段都有相應的巖溶形態(tài)類型。實際上，巖溶的發(fā)育大多是多旋回的，且有些旋回在時間上有重疊。溶洞成層的原因在于作為巖溶水排泄基準面的河流，因地殼構造運動在上升―穩(wěn)定―再上升的交替變化過程中，河流地質(zhì)作用相應地產(chǎn)生下蝕―旁蝕―再下蝕的交替變化，由此巖溶水的運動產(chǎn)生垂直―水平―再垂直的變化，溶洞也就具有垂直的管道和水平的溶洞交互出現(xiàn)，從而形成相互疊置的成層溶洞。不同氣候帶內(nèi)，巖溶發(fā)育各具不同的形態(tài)和特征。我國巖溶類型主要有熱帶、亞熱帶、溫帶三大類。此外，還有高寒氣候帶、干旱區(qū)、海岸巖溶類型等。
二、巖溶地區(qū)常見樁基選型
?。ㄒ唬_（ 鉆） 孔灌注樁
在高層建筑和重要建筑中，沖（鉆）孔灌注樁是常用樁型。它能有效穿過土洞和溶洞，樁長可達40米以上，一般為端承樁，能提供較大的單樁豎向抗壓承載力。
在采用沖（鉆） 孔灌注樁灌注前，通常采用一樁一孔或多孔的超前鉆，對樁底持力層的地質(zhì)情況進行勘察。由于樁底持力層3D范圍內(nèi)存在溶洞、溶溝或裂隙等，導致樁基礎不能滿足設計要求。樁底持力層地質(zhì)資料勘查不準，是引起沖（鉆）孔灌注樁型工程質(zhì)量問題的主要原因。
?。ǘ┏凉芎粩U灌注樁
近幾年，巖溶地區(qū)場地空曠工地采用沉管夯擴灌注樁型較多，樁徑400～580mm，單樁承載力可達500～1600kN，符合巖溶地區(qū)宜淺不宜深的處理原則，樁長一般為7～20m，可做成摩擦樁或摩擦樁端承樁，樁長較靈活，成樁質(zhì)量可靠。但是噪音和振動較大，只適用于場地空曠的情況。
?。ㄈ╈o壓預制樁
靜壓預制樁因具有樁身質(zhì)量易保證、壓樁時可控制承載力、無泥漿污染、無振動、低噪音、快速等優(yōu)點，在珠江三角洲地區(qū)得到了廣泛應用。若灰?guī)r大部分強風化巖未明顯過渡到中風化巖即直接進入微風化巖層，且?guī)r面起伏變化大，甚至可能是斜面時，這種方式慎用。端承樁施工時易發(fā)生斷樁，而摩擦樁則要注意巖溶地區(qū)土洞的不利影響。部分設計單位因對上述巖溶地質(zhì)特點不了解而使用靜壓預制樁，施工時發(fā)生大量的斷樁，阻礙了樁基工程的順利施工，這種情況在實際工作中是經(jīng)常遇到的。
三、巖溶地區(qū)樁基實例選型分析
?。ㄒ唬痘x型背景
本文以廣東省深圳市某二期小區(qū)作為樁基選型實例進行分析。該小區(qū)總建筑面積約為248800平方米，是17至30層的塔樓，設1層地下室，局部為2至4層的裙樓，共計14棟。地質(zhì)報告顯示該場地分布有大小、形狀不等的溶洞，充填軟塑狀黏性土；地下水豐富，基巖埋藏大多在10 米以內(nèi)。
?。ǘ┳畛醯臉痘O計
樁基選型參考專家意見，最初的擴初設計采用以微風化巖為端承的挖孔和沖孔相結合的大直徑樁，樁端入巖深度0.5米，超前鉆探的收鉆標準是微風化巖連續(xù)大于6米。超前鉆探的見溶洞率36.2%，其中40%左右為2-5個溶洞呈串珠狀，最大洞高14.7米，普遍洞高1-3米。上覆土層厚薄不均，巖面起伏很大、傾斜陡峭。而試樁施工結果證明，此場地的地質(zhì)環(huán)境不宜采用機械沖孔樁和人工挖孔樁，原因如下：
沖孔樁試樁兩根，存在以下問題：①成孔質(zhì)量不穩(wěn)定；②地下溶洞貫通，澆注時混凝土大量流失的風險很大；③巖面傾斜陡峭，沖孔入巖深度難判斷；④溶洞分布密集，樁端下的抽芯檢測合格率無法保證。
人工挖孔樁試樁30根，大部分在深度1-4米的砂層范圍內(nèi)涌水量很大，有流砂現(xiàn)象，進度緩慢，每天進深0.5米。試樁進行了20d后，出現(xiàn)了以下問題：①施工抽水量大，樁護壁脫節(jié)；②樁護壁出現(xiàn)了沉降，沉降達2～3 cm；③大部分樁底涌水量逐漸增大，無法降水；④樁護壁的混凝土澆注因受地下水流動的影響，質(zhì)量得不到保證。
?。ㄈ痘O計和施工方案的更改
由于最初的試樁失敗，將原來的沖（挖）孔樁改為低承載力的預應力管樁加筏板。設計人員在現(xiàn)場進行了大量的試樁，以檢驗設計效果。依據(jù)試樁結果，并控制爆樁率，樁基設計及施工方案確定為：
?。?）靜壓管樁采用PHC-ABФ500，單樁豎向承載力特征值為550 kN，帶十字形有尖角樁靴，壓樁的終壓值按9 MPa（壓力1440 kN）控制，大于2.5倍單樁豎向承載力特征值Ra（1375 kN）。
?。?）在廢樁位置兩邊（或兩側）補壓兩根樁，補樁的位置不影響其它樁的位置，補樁的壓樁終壓值不低于正?？刂浦档?0%（720 kN），以此方法解決廢樁問題。
?。?）對樁身質(zhì)量不作要求，以靜載檢測合格為最終驗收標準；但要求監(jiān)測樁頂標高，對上浮的管樁復壓。
四、關于巖溶地區(qū)樁基選型的個人建議
（1）選擇樁基時，對于相對復雜的巖溶地區(qū)，首先要想辦法避開復雜的地質(zhì)環(huán)境，再想辦法將荷載分散到溶巖上，最后考慮選擇“一樁一柱”的樁型。
?。?）若上覆土層深度足夠且能提供高樁側摩阻力的黏土層時，可選擇合適的單樁承載力和樁徑，使用摩擦樁，不觸及基巖，來避開巖溶。當采用預制樁時，設計前應進行試樁，以期了解黏土時效性的強弱，得到相對準確的沉樁壓力，最大化單樁承載力。若條件不滿足時，只能按端承樁設計樁基，這樣應考慮分散上部結構的荷載減少溶洞塌陷的風險，采用低承載力的群樁加局部或整體筏板的做法。采用預制樁時，也要通過試樁來取得在合適廢樁率下的合適沉樁力，以確定單樁承載力。
?。?）在溶巖淺埋、地下水又不豐富時，可選擇挖孔樁，但應做好超前鉆探，探明下臥溶洞的發(fā)布，承載力不能取大，應充分考慮樁基局部失效的可能性。
結語
隨著巖溶地區(qū)大量高層建筑的新建，根據(jù)巖溶特征及發(fā)育分布規(guī)律，合理選擇建筑場地和基礎型式，找到一種合理、經(jīng)濟、成熟而有效的樁基選型方法及施工方法，形成一套完整的應對復雜地質(zhì)的整體思路可從根本上防治巖溶現(xiàn)象的危害。
