岩溶地区桩基工程的岩土工程勘察分析与探讨
作者：徐青
来源：《砖瓦世界·下半月》2019年第06期
摘要：溶岩发育地区对工程建设影响较大，可通过适当的基础形式及地基处理方式消除其不良影响，一般采用嵌岩桩基方案。
可根据拟建场地的岩土特征及分层，进行桩基持力层比选，并进行岩溶地基评价，验算溶洞顶板的抗冲切承载力，同时需考虑成桩可行性。
关键词：岩溶地区，桩基工程，岩土工程勘察
岩溶地区由于长时间的岩溶作用导致岩石表面有很多的溶沟溶槽，岩石上面有很多的由于湿热条件下形成的红黏土。
其中包含有可溶性岩层，如碳酸类岩层、硫酸类岩层和卤素类岩层等，这些岩层受水的化学溶蚀和物理侵蚀作用而形成洞穴沟槽、空隙以及被切割成各种形态的岩体。
溶沟溶槽的很多表面都是凹凸不平的，一般都是红黏土填充其中，导致一般条件下不能够形成良好的建筑物地基基礎，溶岩发育地区对工程建设影响较大。
岩溶地区的工程建设一般可采用桩基工程，嵌岩桩方案，当桩身范围内岩溶发育，往往存在成孔质量不稳定、浇注时混凝土大量流失等风险，当桩端范围内遇溶洞时，使得桩基对竖向变形极为敏感，一旦出现过量变形，将直接影响桩端岩溶顶板厚度的稳定性，情况严重时可能导致溶洞塌陷，对整个工程建设产生致命危害。
一、拟建场地简介
拟建场地位于贵阳构造溶蚀盆地东缘，根据地层岩性、地质构造及塑形营力性质等因素，区内地貌类型可分为溶蚀地貌、溶蚀—侵蚀地貌两大成因类型，其中，溶蚀地貌类型占主导地位。
拟建场地地貌类型属溶蚀峰丛谷地地貌，现状为斜坡沟谷地段，地面标高1100m左右，地势总体两端高、中间低，有一定起伏。
根据区域地质资料及实地工程地质测绘，拟建场地位于扬子准地台黔中腹地贵阳复杂构造变形区，具体位置为贵阳向斜轴部北端东侧，地质构造较复杂。
贵阳地区以碳酸盐岩为主，次为碎屑岩，第四系覆盖层一般较薄，下伏侏罗系、三叠系、二叠系、石炭系、泥盆系、志留系等地层，岩性以灰岩、白云岩为主，次为泥质灰岩、泥质白云岩、砂岩、泥岩、页岩等。
二、勘察目的及工作方法
岩溶地区工程一般需查明场地的区域地质、水文地质及工程地质条件并进行分析与评价;需详细查明场区范围内岩溶发育情况，评价岩溶对工程的影响;评价可能的桩基持力层，提供桩基设计参数，为确定桩型、桩长、估算单桩承载力等提供依据;并进行成桩可行性分析，评价桩基施工对周围环境的影响。
对于可溶岩地区的桥梁桩基工程，勘探孔一般按一桩一孔布置。
揭露溶洞时，钻探深度应根据工程需要适当加深。
勘察工作方法一般按照有关规范并结合地区工程实践进行，主要采用：工程地质调绘、钻探、波速测试、电阻率测试、标准贯入试验等多种勘察手段，并同时采取一定数量的土样、岩样进行室内岩、土试验。
三、岩土特征及分层
拟建场区处于岩溶槽谷中，碳酸盐岩分布较广，因城市建设其原始地貌形态大部分已改变，未见明显岩溶洼地、落水洞、漏斗等。
根据勘察揭示，场地下伏基岩以灰岩为主，岩面附近多发育溶沟、溶槽、石芽，岩体内发育溶洞、溶蚀破碎带、溶蚀裂隙。
场区岩溶基本位于厚1～10m的覆土之下，属覆盖型岩溶。
场区岩溶形态为沿裂隙、层面溶蚀扩大为岩溶化裂隙或小型洞穴，裂隙连通性差，少见集中径流，常有裂隙水流，岩溶发育强度分级总体为弱发育。
根据勘察揭示，拟建场地的岩性特征由新至老主要包括第四系覆盖层（人工填土层（Qml）及残坡积层（Qedl））及基岩（三叠系下统罗楼组（T1l））。
人工填土层以杂填土为主，含大量碎石，夹少量红黏土，结构中密～密实;残坡积层为灰黄、褐黄色红黏土，可塑状;三叠系下统罗楼组为灰色薄～中厚层泥晶灰岩，偶夹砾屑及瘤状灰岩，见遗迹化石及扰动构造，岩层呈单斜状，地质构造简单，岩层产状105°∠10°，与下伏岩层整合接触。
四、桩基工程分析与评价
（一）基础持力层选择
杂填土层具高压缩性，承载能力及均匀性较差，稳定性差;红黏性层具中等压缩性，承载力及均匀性较一般，稳定性较差，遇水后各项指标急剧下降，工程性质急剧变差，具膨胀性;洞穴堆积层主要以软塑或流塑状黏土为主，稳定性及均匀性差;强风化灰岩（溶蚀破碎带），溶蚀现象强烈发育，稳定性及均匀性差，均不能作为拟建工程的基础持力层。
中风化岩层呈薄～中厚层状，地层分布连续稳定，岩层层面较平缓，地层均匀性相对较好;场地内基岩不存在临空条件，不具备滑移条件，基岩地基整体稳定性较好。
场地下伏基岩为可溶岩，局部有溶洞分布，经适当的工程处理后，可作为建筑物桩基的持力层。
（二）基础型式建议
根据勘察成果，对中风化基岩埋深浅的桥梁墩台，可比选采用明挖扩大基础或桩基础，对中风化基岩埋深较深的，可采用桩基础。
设计可根据桩板结构实际的基础型式、荷载条件及场地地层分布特征，结合工程地质剖面图，确定适宜的桩端入土深度，考虑基岩面起伏情况，建议适当增加嵌入深度。
（三）地基稳定性评价
拟建工程采用中风化基岩作为桩基持力层，中风化岩体连续稳定，厚度较大，对岩溶发育地段可采用穿越处理，使桩端位于地基稳定、均匀、无岩溶发育地层。
（四）岩溶地基评价
依据《贵州建筑岩土工程技术规范》（DB22/46-2004）第7.3.2条当基底面积小于溶洞平面尺寸时，可按冲切锥体模式验算溶洞顶板的抗冲切承载力。
岩石极限抗拉强度标准值初步确定时可取0.05倍岩石饱和单轴抗压强度，基础底面以下的溶洞顶板厚度h大于1.7d（d为溶洞直径）时，可不考虑溶洞的影响。
参照重庆地方规范《建筑地基基础设计规范》（DBJ50-047-2006）进行抗冲切承载力计算：
顶板岩体抗冲切承载力计算公式：Fl=0.24flumh/（λ+0.5）
对于矩形基础：um=2（b+l+2λh）;对于圆形基础：um=（d+λh）π
验算时应符合下式要求：Fl≥F+G+Vmγ
式中：Fl—顶板抗冲切承载力特征值;F—相应于荷载效应基本组合（分项系数取0.1）
时，上部结构传递至基础顶面的竖向力值，本工程按设计取8000kN;G—基础自重和基础上的土重;λ—冲跨比，λ=tanθ，取λ=0.3～0.5;um—冲切破坏锥体在h/2高度处的周长;Vm—冲切破坏锥体的体积;l，b—矩形基础的长边与短边边长;d—圆形基础的地面直径;h—基础地面以下洞穴顶板的厚度;γ—洞穴顶板岩石的重度;fl—岩体抗拉极限强度标准值。
顶板岩体抗冲切承载力计算见下表：
根据上表计算结果，对中风化灰岩，岩体抗冲切厚度不小于3.0m，但考虑其溶洞侧壁可能存在顺层临空面，地基附加应力作用范围较深、时间效应等因素，建议岩溶顶板厚度在基底以下不小于4.0m。
基础下浅埋岩溶洞隙呈开口状或顶板不满足稳定性要求时，可炸开洞隙顶
端，清除填充物，回填素混凝土（洞体较小）或回填毛石混凝土（洞体较大），对基底下宽度不大的深溶槽，可清除槽内一定深度的填充物，洗净岩壁，横截刻槽，嵌入钢筋，回填混凝土或水泥砂浆，必要时，对于基底的破碎岩体可采用灌浆加固。
若溶洞顶板有效岩体厚度不足，可采用桩基穿过溶洞置于洞底稳定岩体内。
（五）桩型选择及成桩可行性评价
根据本次勘察成果资料，拟建场地主要分布土层为杂填土和红黏土，部分区域土层厚度较大，开挖过程中容易出现孔桩侧壁垮塌，采用人工挖孔具有一定的安全隐患。
场地下伏基岩为中风化基岩，为含水层，勘察期间场地稳定地下水位埋置于设计路面标高以下，但是部分基础底面标高低于地下水水位标高，孔桩开挖后揭露的水体以潜水为主。
拟建场地岩溶弱发育，对桩基的施工有一定的影响。
在常见桩型中，钻孔灌注桩具有较好的可钻性，能够在各种地层条件中施工。
钻孔灌注桩以其低噪音、对周围环境影响较小、无挤土效应、工效快、相对安全等特点，在基础工程中得到广泛应用。
考虑到以上条件，建议采用机械钻孔灌注桩。
考虑到填土层容易垮塌，成孔难度大，建议采用套管跟管钻进，保证孔桩侧壁的稳定性。
（六）桩基施工注意事项
1、浅部土层以人工填土及可塑状红黏土为主，施工过程中容易出现孔桩侧壁垮塌或缩径，施工过程中应加强监控，及时采取钢护筒跟进或回填片、块石（混凝土）处理垮塌;
2、桩基浇筑过程中出现混凝土超方问题时，为避免断桩，应做好相应的应急处理方案;
3、在桩基施工过程中，严格控制施工质量，避免坍孔、扩孔和沉渣过厚等问题;
4、对质量控制应注重预防为主，即在施工前做好充分准备工作，制定相应的防范措施;
5、施工过程发现与勘察报告有异时或岩性变化较大时，应与勘察单位及时联系，必要时进行施工勘察;
6、加强对施工质量的监管及施工单位的自监。
（七）地质环境风险分析
1、拟建场地不良地质及特殊岩土发育，主要地质风险因素有：岩溶、地面塌陷以及杂填土和红黏土。
2、拟建场地岩溶弱发育，岩溶水径流、排泄条件复杂，施工时易发生岩溶突水（突泥）等现场，甚者引发地面沉降、岩溶塌陷。
3、红黏土层分布区，遇水后物理力学性质会急剧变差;局部杂填土，钻孔灌注桩成孔时容易塌孔，在开挖出现临空面以后，施工支护处理不当易引起边坡溜坍，甚者对既有建（构）筑物产生影响。
五、结语
岩溶是拟建场地的重要岩土工程问题，工程建设施工过程中可能会存在不可预见的地下隐伏岩溶形态发育，成孔过程中根据施工勘察揭示的不同岩溶发育情况采取相应处理措施。
拟建场地的地质环境风险因素主要为岩溶、地面塌陷和杂填土，施工时针对不同的风险因素，应采取合理有效的工程措施，做好各类应急预案。
岩溶地区的基础一般采用承台+桩基的基础型式，桩型拟采用钻孔灌注桩，承台埋深较浅、尺寸较小，建议采用明挖施工。
施工过程中需注意地下水的作用与控制，同时尚需对周边环境进行相应监测工作，并根据监测结果及时调整设计和施工参数，保证周边环境的安全。
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