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(shí)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(shí)代久遠(yuǎn)，存在相當(dāng)大的復(fù)雜性。
?。ㄒ唬r溶地質(zhì)特征
中國巖溶地貌類型復(fù)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(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化等風(fēng)化程度較高的過渡性巖土層，微風(fēng)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(qiáng)的透水性。
（二）巖溶發(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(gòu)造和巖溶水循環(huán)交替的控制。此外，巖溶的發(fā)育是一個(gè)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(gè)巖溶的發(fā)育旋回。每個(gè)階段都有相應(yīng)的巖溶形態(tài)類型。實(shí)際上，巖溶的發(fā)育大多是多旋回的，且有些旋回在時(shí)間上有重疊。溶洞成層的原因在于作為巖溶水排泄基準(zhǔn)面的河流，因地殼構(gòu)造運(yùn)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(yīng)地產(chǎn)生下蝕―旁蝕―再下蝕的交替變化，由此巖溶水的運(yùn)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
（一）沖（ 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(dá)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(jìn)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(dǎo)致樁基礎(chǔ)不能滿足設(shè)計(jì)要求。樁底持力層地質(zhì)資料勘查不準(zhǔn)，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(kuò)灌注樁
近幾年，巖溶地區(qū)場地空曠工地采用沉管夯擴(kuò)灌注樁型較多，樁徑400～580mm，單樁承載力可達(dá)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。
（三）靜壓預(yù)制樁
靜壓預(yù)制樁因具有樁身質(zhì)量易保證、壓樁時(shí)可控制承載力、無泥漿污染、無振動、低噪音、快速等優(yōu)點(diǎn)，在珠江三角洲地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。若灰?guī)r大部分強(qiáng)風(fēng)化巖未明顯過渡到中風(fēng)化巖即直接進(jìn)入微風(fēng)化巖層，且?guī)r面起伏變化大，甚至可能是斜面時(shí)，這種方式慎用。端承樁施工時(shí)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(shè)計(jì)單位因?qū)ι鲜鰩r溶地質(zhì)特點(diǎn)不了解而使用靜壓預(yù)制樁，施工時(shí)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(shí)際工作中是經(jīng)常遇到的。
三、巖溶地區(qū)樁基實(shí)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(shí)例進(jìn)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(shè)1層地下室，局部為2至4層的裙樓，共計(jì)14棟。地質(zhì)報(bào)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)。
（二）最初的樁基設(shè)計(jì)
樁基選型參考專家意見，最初的擴(kuò)初設(shè)計(jì)采用以微風(fēng)化巖為端承的挖孔和沖孔相結(jié)合的大直徑樁，樁端入巖深度0.5米，超前鉆探的收鉆標(biāo)準(zhǔn)是微風(fēng)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(gè)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(jié)果證明，此場地的地質(zhì)環(huán)境不宜采用機(jī)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(shí)混凝土大量流失的風(fēng)險(xiǎn)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(jìn)度緩慢，每天進(jìn)深0.5米。試樁進(jìn)行了20d后，出現(xiàn)了以下問題：①施工抽水量大，樁護(hù)壁脫節(jié)；②樁護(hù)壁出現(xiàn)了沉降，沉降達(dá)2～3 cm；③大部分樁底涌水量逐漸增大，無法降水；④樁護(hù)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(shè)計(jì)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(yù)應(yīng)力管樁加筏板。設(shè)計(jì)人員在現(xiàn)場進(jìn)行了大量的試樁，以檢驗(yàn)設(shè)計(jì)效果。依據(jù)試樁結(jié)果，并控制爆樁率，樁基設(shè)計(jì)及施工方案確定為：
（1）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(cè)）補(bǔ)壓兩根樁，補(bǔ)樁的位置不影響其它樁的位置，補(bǔ)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(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；但要求監(jiān)測樁頂標(biāo)高，對上浮的管樁復(fù)壓。
四、關(guān)于巖溶地區(qū)樁基選型的個(gè)人建議
?。?）選擇樁基時(shí)，對于相對復(fù)雜的巖溶地區(qū)，首先要想辦法避開復(fù)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(cè)摩阻力的黏土層時(shí)，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(dāng)采用預(yù)制樁時(shí)，設(shè)計(jì)前應(yīng)進(jìn)行試樁，以期了解黏土?xí)r效性的強(qiáng)弱，得到相對準(zhǔn)確的沉樁壓力，最大化單樁承載力。若條件不滿足時(shí)，只能按端承樁設(shè)計(jì)樁基，這樣應(yīng)考慮分散上部結(jié)構(gòu)的荷載減少溶洞塌陷的風(fēng)險(xiǎn)，采用低承載力的群樁加局部或整體筏板的做法。采用預(yù)制樁時(shí)，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(shí)，可選擇挖孔樁，但應(yīng)做好超前鉆探，探明下臥溶洞的發(fā)布，承載力不能取大，應(yīng)充分考慮樁基局部失效的可能性。
結(jié)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(chǔ)型式，找到一種合理、經(jīng)濟(jì)、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(yīng)對復(fù)雜地質(zhì)的整體思路可從根本上防治巖溶現(xiàn)象的危害。
