摘要：本文結(jié)合工程案例根據(jù)場地情況和建筑特點(diǎn)，通過選用合適的基礎(chǔ)形式，對基礎(chǔ)施工問題進(jìn)行了分析，由于選用了CFG樁復(fù)合地基，有效的避開復(fù)雜的地質(zhì)情況，并滿足了工程的設(shè)計(jì)要求。提出巖溶地區(qū)地基處理和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題及采取相對應(yīng)的有效措施。
關(guān)鍵詞： 巖溶地區(qū) , 復(fù)合地基 , CFG樁,  承載力
1 前言
根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，巖溶發(fā)育地區(qū)在我省廣泛分布，此類場地地質(zhì)情況復(fù)雜，有石芽、溶溝等多種巖面形態(tài)及溶洞、土洞存在，因此在設(shè)計(jì)建筑物之前必須對場地情況探明精確。限于篇幅，文章主要就巖溶地區(qū)地基處理及設(shè)計(jì)等相關(guān)問題做了分析探討。
2 工程概況
某住宅小區(qū)由A—E五棟塔樓及一層地下室組成，其中A、B、C三棟為12層小高層住宅，D、E棟為22層高層住宅，地下室做為車庫及設(shè)備用房，戰(zhàn)時(shí)局部設(shè)六級人防，總建筑面積為72000m2。小區(qū)平面圖如圖1
                          
                                                                    圖1    小區(qū)平面圖
3 地質(zhì)條件和基礎(chǔ)選型
 3.1地質(zhì)條件
該建筑場地地貌屬于剝蝕殘丘與沖洪積洼地之過渡地帶，后經(jīng)過人工整平改造，地勢平坦，地面標(biāo)高為45.2～51.92m。勘察期間測得地下水穩(wěn)定水面埋深0.50～3.80m,標(biāo)高為45.2～51.0m,地下水對混凝土結(jié)構(gòu)不具有腐蝕性。據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及現(xiàn)場鉆探結(jié)果，場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有構(gòu)造破碎帶，也無滑坡、崩塌。塌陷等不良現(xiàn)象，但場地內(nèi)的基巖下石巖系石灰?guī)r屬可溶巖類，勘查中在石灰?guī)r中發(fā)現(xiàn)溶洞，在層7中發(fā)現(xiàn)土洞，巖溶特征為覆蓋型，巖溶發(fā)育現(xiàn)象嚴(yán)重。場地各地層的過程特性指標(biāo)表1.
表1   地基土特性指標(biāo)及鉆孔灌注樁建議值  （L為樁入土深度）

 3.2基礎(chǔ)選型
根據(jù)勘察報(bào)告提供的場地情況及各土層地基設(shè)計(jì)參數(shù)，A、B、C三棟小高層住宅可選用天然基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層選用層2，結(jié)合建筑物地下室情況，采用筏板基礎(chǔ)。而D、E兩棟高層住宅，因天然基礎(chǔ)地基承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，擬采用樁基礎(chǔ)。因巖溶地區(qū)基巖情況復(fù)雜，有石芽、溶溝等多種基巖面形態(tài)及土洞、溶洞存在，不宜采用預(yù)應(yīng)力管樁或沉管灌注樁等樁基礎(chǔ)形式，而且基巖埋深較深，加之巖溶地區(qū)地下礦物質(zhì)豐富，可能存在有害氣體或礦物質(zhì)，土層軟弱不均，易塌方，人工挖孔擴(kuò)底灌注樁基礎(chǔ)也不是很好的選擇。最后，考慮沖孔灌注樁成孔深度大，能克服孤石、夾層及溶洞的影響，用作為D、E棟高層住宅的設(shè)計(jì)樁型。
4 基礎(chǔ)施工中的問題
4.1 筏板基礎(chǔ)的施工
場地地質(zhì)狀況復(fù)雜，土洞、溶洞分布多，而場地地質(zhì)勘查鉆孔間距多在20m左右，無法精確判明場地土洞、溶洞分布情況。為了查明筏板基礎(chǔ)下的地質(zhì)條件及淺層土洞、溶洞的具體情況，消除其對基礎(chǔ)的不利影響，前期用地質(zhì)雷達(dá)對場地進(jìn)行掃描，探測布線間距5 m。根據(jù)探測報(bào)告顯示，在B、C棟下均發(fā)現(xiàn)淺埋土洞，洞頂 最淺處距基礎(chǔ)底面約5 m左右，最大土洞容積約200m3，土洞內(nèi)有填充物。采用壓力灌漿處理，純水泥漿的水灰比取0.5，現(xiàn)場泵送水泥漿壓力值為0.2MPa,終止泵送水泥漿壓力值2.8 MPa。開挖基槽后，現(xiàn)場驗(yàn)槽，大部分區(qū)域達(dá)到設(shè)計(jì)持力層，局部夾有軟弱土層，因厚度不大，采用換填法處理，分層夯實(shí)以滿足設(shè)計(jì)要求。
4.2 樁基礎(chǔ)的施工
因場地處于巖溶發(fā)育區(qū)，樁基施工相對復(fù)雜。根據(jù)現(xiàn)場情況，縣進(jìn)行D棟樁基礎(chǔ)的施工。為保證成樁順利及樁基的質(zhì)量，進(jìn)行了每樁一孔施工超前鉆探揭露，每孔鉆探深度超過樁端深度4m以上，以保證樁端持力層基巖下4m深度內(nèi)無土洞、夾層或溶洞存在。
在沖孔樁施工過程中，部分樁因遇到了石芽、溶洞等而成樁困難，就現(xiàn)場實(shí)際情況采用了多種成樁方案，以下就兩根具有代表性的樁作簡要介紹。
第12號樁，樁徑1600mm，基巖深度26m，到達(dá)巖面后，連續(xù)沖擊，發(fā)現(xiàn)整個(gè)巖面傾斜。拋2m塊石再?zèng)_至基巖時(shí)，錘身仍傾斜，后又拋4m塊石再?zèng)_擊方成孔。此樁僅處理巖面斜坡即用時(shí)3d。
第38號樁，樁徑1200mm，沖孔過程中遇到溶洞，施工超前鉆探顯示，基巖深度36m。實(shí)際沖孔時(shí)，沖深為28m時(shí)見基巖，因巖質(zhì)無法滿足終孔條件，后沖至37m終孔，并放鋼筋籠開始清孔，但始終無法成功。后重新放錘做清孔，仍無法完成。此時(shí)孔深為37.5m，而后巖層塌落，錘落至39m深度處見基巖，而后在40.6m終孔。在此深度反復(fù)清孔，仍有大量泥沙流入。鑒于以上情況，提出兩種處理方案：1）灌混凝土至溶洞頂部，待混凝土硬化后形成護(hù)壁，再次清孔；2）回填塊石及粘土至洞頂后，用1.2m直徑?jīng)_錘沖孔，在打入鋼護(hù)筒（壁厚8mm），然后清空。經(jīng)可行性及經(jīng)濟(jì)性比較，最終確定采用第二種方案。
D棟原設(shè)計(jì)共有樁36根，施工歷時(shí)近三個(gè)月，因?yàn)橛龅绞�芽、溶洞等地質(zhì)情況，成樁難度很大。而對E棟超前鉆探顯示，其地質(zhì)情況比D棟更為復(fù)雜，如何選擇更合理的基礎(chǔ)處理方案成為保證工程順利進(jìn)行的關(guān)鍵問題。
5 復(fù)合地基方案的應(yīng)用
 5.1復(fù)合地基處理要求
根據(jù)上述情況，場地復(fù)雜的地質(zhì)情況給樁基礎(chǔ)施工帶來很大困難，對造價(jià)和工期均有很大影響。是否能夠避開下面復(fù)雜巖層，通過處理上部地基形成復(fù)合地基的方法來滿足設(shè)計(jì)要求成為解決這一矛盾的途徑。場地采用復(fù)合地基應(yīng)具備兩個(gè)基本條件：1）在地層中應(yīng)有一連續(xù)可靠、分布均勻德爾硬殼層作為持力層；2）查明土洞的空間發(fā)布，淺埋土洞易于處理，不影響上部基礎(chǔ)的整體特性。根據(jù)勘測報(bào)告，第一個(gè)基本條件是具備的，地層中有一連續(xù)發(fā)布的含礫泥質(zhì)砂巖層，地基承載力為350kPa,可作為復(fù)合地基持力層。根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)探測報(bào)告顯示，大部分土洞埋深在25m以下，部分淺埋土洞可通過壓力灌漿消除其對地基的不良影響。根據(jù)上部結(jié)構(gòu)計(jì)算，復(fù)合地基承載力特征值要求達(dá)到360kPa以上，在上部荷載作用下總沉降量應(yīng)控制在5cm以內(nèi)，沉降差控制在2cm以內(nèi)。由于設(shè)計(jì)要求較高的承載力特征值，而需處理的殘積土天然承載力特征值在160kPa左右，經(jīng)技術(shù)可行性、處理費(fèi)用、工期等方面比較，采用CFG樁處理地基是較佳選擇。
 5.2復(fù)合地基設(shè)計(jì)
CFG樁施工工藝簡單，施工周期短，可全樁長發(fā)揮側(cè)阻力，同時(shí)具有良好的端阻效應(yīng)，對地基天然承載力的提高有較大的可調(diào)性。CFG樁設(shè)計(jì)主要需要確定五個(gè)參數(shù)，即樁長ι，樁徑d，樁間距s，樁體試塊抗壓強(qiáng)度平均值fcu和褥墊層材料及厚度。
（1） 樁長ι  CFG樁要求樁端落在強(qiáng)度較高、壓縮性較小的土層上。根據(jù)場地勘測報(bào)告，確定樁端持力層選擇含礫泥質(zhì)砂巖層，平均樁長16.3m。
（2） 樁徑d  樁徑取決于所選的施工設(shè)備，工程采用長螺旋鉆成孔、管內(nèi)泵壓成樁工藝，樁徑采用d=400 mm。
（3） 樁間距s  根據(jù)上部荷載要求，處理后的復(fù)合地基承載力特征值要求達(dá)到360kPa以上，根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79—2002）,單樁豎向承載力特征值可按以下方式計(jì)算：   Ra=up∑qaiιi+qpAp             (1)
式中，up為樁的周長，qai樁周第i層土的側(cè)阻力，qp為樁周第i層土的樁端端阻力特征值，Ap為樁的橫截面面積。
復(fù)合地基承載力特征值可按以下方式計(jì)算：fapk=mRa/Ap+β(1-m) fak     (2)
式中，fapk為復(fù)合地基承載力特征值；m為樁土面積置換率；β為樁間土承載力折減系數(shù)；fak為處理后樁間土承載力特征值，可取天然地基承載力特征值。
當(dāng)樁正方形布置時(shí)，樁間距可由以下式反求：m=d2/(1.13s)2             (3)
根據(jù)式（1），可以求出Ra=635kN；根據(jù)式（2）可以求出m≥0.052；根據(jù)式（3）可以求出s=1 500 mm
（4） 樁體試塊抗壓強(qiáng)度平均值fcu根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》［3］fcu=3Ra/Ap，可求得fcu≥15.2MPa，據(jù)此，取CFG樁體混凝土強(qiáng)度等級為C25。
（5） 褥墊層材料及厚度，褥墊厚度過小，樁間土承載能力不能充分發(fā)揮，必然增加樁的數(shù)量或長度，造成經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)；褥墊厚度過大，會(huì)導(dǎo)致樁、土應(yīng)力比接近1，此時(shí)樁承擔(dān)的荷載太少，復(fù)合地基中樁的設(shè)置失去意義，而且地基承載力提高不多。根據(jù)實(shí)際工程，褥墊層厚度取200mm，材料采用級配沙石，碎石粒徑8～20mm。
 5.3復(fù)合地基施工技術(shù)要求
通過大量工程實(shí)踐，CFG樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)就承載力而言不會(huì)有太大問題，重要的是施工環(huán)節(jié)。由于工程場地處于巖溶發(fā)育區(qū)，地下水位高，補(bǔ)給豐富，為保證施工過程場地穩(wěn)定性和地基處理效果，施工要求：1嚴(yán)格控制降水深度，施工期水位降至基底標(biāo)高下1cm；2基坑開挖時(shí)應(yīng)預(yù)留保護(hù)土層厚度1m；3工藝采用具有對樁間土無擾動(dòng)、無泥漿污染、無振動(dòng)、低噪音、施工效率高及質(zhì)量容易控制等特點(diǎn)的長螺旋鉆成孔，及管內(nèi)泵壓成樁工藝；4基底開挖的平面尺寸以建筑物的底板邊緣為基準(zhǔn)向四周均擴(kuò)出1cm；5嚴(yán)格按配合比配料，攪拌時(shí)間不小于60s，塌落度控制在16～20cm；6成樁時(shí)，應(yīng)在鉆桿芯管充滿混合料后開始拔管，嚴(yán)禁先提管后泵料，成樁的提拔速度宜控制在2～3m/min；7及時(shí)檢查排氣閥是否堵塞，杜絕樁體充氣；8褥墊層鋪設(shè)采用靜力壓實(shí)，夯填度取0.88.
 5.4地基檢測
復(fù)合地基施工完成后28d，混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，由專業(yè)檢測單位對復(fù)合地基及樁身完整性進(jìn)行檢測。采用平板靜載試驗(yàn)法對復(fù)合地基處理質(zhì)量檢測，平板尺寸1.8m×1.8m，每個(gè)平板下有4根樁，共布置6個(gè)檢測點(diǎn)。測得最小沉降量為0.8cm，最大沉降量為2.3cm，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。采用低應(yīng)變變法對樁身進(jìn)行檢測，抽檢數(shù)量為總樁數(shù)的20%，經(jīng)檢測，樁身完整性良好，未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷的Ⅲ，Ⅳ類樁。
6   結(jié)  語
在巖溶地區(qū)通過處理上部地基形成復(fù)合地基是一種有效的途徑，CFG樁復(fù)合地基在技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性及工期等方面對比其他處理方案具有一定的優(yōu)勢，由于對工程場地事前做了精確勘測，充分準(zhǔn)備，根據(jù)建筑的具體特點(diǎn)，選用了CFG樁復(fù)合地基，取得了良好的效果。
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