大直径灌注桩在岩溶地区建筑中的应用

大直径灌注桩在岩溶地区建筑中的应用

孙永刚

广东博意建筑设计院有限公司  广东佛山 528000

【摘要】近年来随着房地产项目开发越来越多，岩溶地区的建设用地日益紧张，在岩溶地区进行项目建设也逐渐变得常规化。岩溶地区的溶洞，隙、沟、槽等不良地质为设计及施工都会带来许多困扰。特别是地基的稳定，如果基础选型不当就会造成地基承载力不足，结构存在极大的安全隐患，甚至造成工程事故。本文通过一个实际案例来介绍一下大直径灌注桩基础选型的过程，以供同行设计时参考。

【关键词】岩溶 大直径灌注桩 基础选型

【引言】岩溶是可溶性岩石的一种化学溶蚀现象，比如碳酸盐，通过水、二氧化碳进行化学作用后，变成可溶性物质。在含有这些可溶性岩石的地区，地层经过综合地质作用后，所形成的地貌国际上通常称为喀斯特地貌。

1岩溶地区地质特点

岩溶地区的岩面起伏较大，同一根桩的不同的超前钻显示的岩面高差可能相差几十米。这些地区的场地覆土层数较多，厚度变化大，往往还有岩土层缺失，地层可能从软土直接从软土层直接到微风化岩石。岩溶的分布不均匀、形状不规则、不确定。在广东韶关地区，大多为裸露型碳酸岩面，岩面附近的开口溶洞半生土洞，岩溶沿岩石节理裂隙走向发育。在这些地区采用大直径灌注桩，往往有很多优势。比如，桩数减少，施工速度快；桩间距增大，避开溶洞的几率大，容易找到满足规范要求的端承桩完整岩，确保基础安全。

2项目简介及场地岩层分布

韶关某项目，位于岩溶地区，总建筑面积7万平米，场地内拟建6栋高层，剪力墙结构。该场地地质复杂，每栋下面的地层分布情况相差较大。地勘报告显示，主要地层有杂填土、淤泥质土、粗砂、卵石、强风化碳质灰岩及中微风化碳质灰岩。局部地层有缺失，岩层内存在碳质灰岩与碳质页岩互层。场地内共计钻探钻孔53个，揭露溶洞的钻孔有13个，揭露溶洞深度合计41.65m，炭质灰岩层厚度299.41m，计算可知钻孔见洞率为24.5％，线岩溶率13.91%，岩溶属于中等发育。从地勘揭露的钻孔资料分析，溶蚀裂隙和溶洞发育较浅，主要集中于炭质含量高的部位。由于距离河流较近，地下水的溶蚀和侵蚀作用强烈，溶洞多呈水平方向扩展，但也有串珠状溶洞垂向上分布。

3基础选型分析

本项目2#楼层数为10层，基底卵石层较厚，且下面无较大溶洞，对较浅溶洞注浆处理后，直接采用筏板基础；4#楼27层，基底开挖后，微风化岩直接裸漏且厚度大于5m，表层存在局部溶蚀，换填处理后采用浅基础；3#楼6#楼7#楼18层，卵石层较厚，局部溶洞较大，采用桩基础穿越处理，然后采用筏板基础。

5#楼层数27层，地层分布复杂，设计底板标高位置有粉质粘土、卵石，有些位置开挖后直接是微风化碳质灰岩，还有的位置直接是全填充的溶洞，填充物为粗砂。卵石层厚度变化很大，从2m到50m不等，地质情况复杂，所以本栋楼的基础选型，设计时尤为慎重。基于以上地层情况判断，本栋楼基础不适合采用天然基础以及管桩基础，故直接采用灌注桩基础。由于地勘报告在本栋的孔点较少，且显示溶洞不多，第一版设计时按常规采用墙下布桩，做承台，桩径1米，混凝土强度C30，桩承载力特征取6000 kN，共56根桩，如右图。用这版图纸进行超前钻钻探，查明溶洞的情况。要求直径1m桩按一桩2孔的原则进行超前钻勘察，超前钻入完整灰岩深度为5m可终孔。若发现有溶洞，要求入溶洞底完整灰岩厚度为5m。设计要求对灌注桩底应力扩散范围内不应出现临空面，同一桩承台桩底的应力扩散角按45度偏安全考虑，桩底高差H0.5+d*tan（a），其中a为岩面斜角，d为桩径。

经过超前钻勘探，结果显示，溶洞的数量及大小，都与原地勘资料相差很大。根据岩土工程勘察规范要求，很难找到5m厚度的完整岩；即使单个钻孔，能够达到条件，另外两个钻孔的同一标高也不满足规范，甚至是溶洞，说明桩端不能全部入岩的情况很多。另外，由于第一版常规设计桩数较多，桩间距较近，桩底高差很大，不能满足临空面的要求。现场也反馈，小直桩施工速度慢，经常卡钻掉钻。经设计讨论，决定采用大直径桩，桩径1.3米（按一桩三孔补超前钻），混凝土强度C35，桩承载力特征取10000 kN，共28根桩，如右图。

4确定桩底完整岩厚度规范依据及静载试验

按照广东省标准《岩溶地区建筑地基基础技术规范》要求，按三种情况确定桩底标高：端承桩桩端下完整岩厚度5m；摩擦端承桩桩端下完整岩厚度4m；端承摩擦桩桩端下完整岩厚度3m，当桩侧摩阻力超过总承载力的70%时，桩端下完整岩厚度按2m控制。同时按照岩溶发育中等，考虑桩侧桩端阻力的效应折减，桩端、桩侧阻力折减系数分别取0.4、0.04。根据地勘破碎碳质灰岩饱和单轴抗压强度取11.4MPa，按桩承载力的70%侧阻要求桩身需要入灰岩的累计总长度为：10000x0.7/(3.14x1.3x11400x0.04)=5.37m，按6m控制。考虑串珠状溶洞的竹节效应，按此长度控制可以满足要求。设计对端承摩擦桩比规范要求多增加一根的要求进行静载检测，检测结果如下表 。

由表中数据可知，承载力特征值对应的沉降量很小，试验最大沉降量满足规范要求。同时，“Q～s”曲线无明显陡降段；“s～lgt”曲线无明显向下弯曲现象，各级荷载沉降均达相对收敛标准。其中5-9#“Q～s”曲线， “s～lgt”曲线如下图：

为了加强基础的整体性，对基础采取以下加强措施：采用1.8m厚筏板进行加强，采用厚板转换的概念设计，同时筏板可以实现对溶洞的跨越；对地下室剪力墙墙身配筋按照地基规范满足水平筋12@200，竖向钢筋10@200配置；同时对地下室长墙按墙梁进行分析，加强墙体配筋。

5总结

本项目设计对地勘及超前钻资料仔细分析，充分理解规范、了解当地岩溶地区的施工经验，确定了大直径灌注桩这种合理的基础形式。通过概念设计、合适的构造措施及准确的计算分析保证结构安全。本设计案例说明，在岩溶地区采用大直径灌注桩，施工速度快，成桩质量高，优越性比较明显，节约了项目的工期，经济性显著。

参考文献

[1]《岩溶地区建筑地基基础技术规范》DBJ/T 15-136-2018

[2]《岩溶地区建筑地基基础》韩建强 陈星 黄俊光 等编著