探讨岩溶地区工程的基础设计

发表时间:2016/9/13   来源:《工程建设标准化》2016年7月总第212期   作者:杨珏
[导读] 本文主要结合某一工程实例,通过对该工程岩溶地质情况和场地条件的分析。

(贵州有色地质工程勘察公司)
 
        【摘  要】本文主要结合某一工程实例,通过对该工程岩溶地质情况和场地条件的分析,阐述了其基础设计方面的内容,希望能够为同类工程借鉴和参考。
        【关键词】岩溶;工程;基础;地基;桩基础

        1.工程概况
        某建筑工程建筑面积约28840m2,拟建大楼为地上19层,设有2层地下室,地下室停车位197个,±0.00=1083.5m,地下室底板标高为1075.8m,地下室总高度为7.7m,框架—剪力墙结构,整个建筑平面呈矩形展布,长边呈东西向展布,长为60.7m,短边为57.9m,本工程塔楼最大柱荷重为21000kN ,对差异沉降敏感。经过综合分析研究,拟建筑物重要性等级为二级,场地为二级场地,地基等级为二级,故岩土工程勘察等级为乙级。
        2.岩溶发育基本特征
        场地岩溶较发育,岩溶各向异性明显,竖向、侧向溶蚀交替出现,沿其岩溶发育走向、倾向追踪呈条带状分布特点较明显,以垂直溶蚀为主。
        经统计钻孔遇溶洞(隙)达36个,塔楼部分38个勘探孔中有16个钻孔遇溶隙(洞),钻孔遇洞(隙)率42%;基岩钻探揭露厚度为1692.00m,本次钻孔遇洞(隙)总高度83.6m,平均线线洞隙率为6.00%,表明场地岩溶发育程度为强发育。
        3.岩土分析
        3.1岩土构成
        (1)第四系填土(Qml):主要组成物有粘土、碎石、砼碎块等,结构松散,不均匀,厚度在0.50— 1.00m之间,其中0.00-0.50m为砼地面。
        (2)第四系红粘土(Qdl+el):褐黄色、棕黄色,结构致密、质细、均匀、富韧性,偶见裂隙,含铁锰质氧化物及母岩风化残块,层厚为2.2~20.4m,本次钻探最薄为2.2m,最厚为20.4m,埋深标高为1061.24-1079.88,呈硬~可塑状。硬塑状红粘土层厚为2.2~11.9m,场地内均有分布;可塑状红粘土层厚为0~10.8m,褐黄色,厚度极不均匀,最厚10.8m,场地内局部有分布。
        (3)安顺组(T1a)基岩:灰-灰白色、肉红色白云岩,以中厚层为主,夹部分薄层,细-中晶结构,时夹溶塌角砾岩,节理较为发育,按其风化程度分强风化及中风化。
        3.2岩土体工程单元划分
        根据场地内岩土体的时代及成因,岩体完整性、岩体纵波波速值、岩芯采取率、岩石饱和单轴抗压强度等因素定性、定量指标综合分析,将场地岩土体分为三个单元层,即○1、○2、○3三个单元,然后根据岩土体的物质组成及物理力学性质,将○2单元分为二个亚单元,即○2-1、○2-2单元,○3单元分为三个亚单元层,即○3-1、○3-2,○3-3。现将各单元层工程特性分述如下:
        ①单元:由杂填土组成,其中杂填土层的Vs值在147~149 m/s。
        ②-1单元:为硬塑状红粘土层,场地分布较稳定,且厚度较为均匀,其Vs值在105~488 m/s。
        ②-2单元:为可塑状红粘土层,主要分布在其溶沟溶槽地带,厚度变化大。
        ③-1单元:由强风化白云岩组成,风化强烈,散体状结构,岩芯呈半岩半土状,波速范围为2575—2413m/s,平均波速为1984m/s,完整性指数0.12,平均值为0.16,为破碎岩体。
        ③-2单元:为中风化白云岩及溶塌角砾岩组成,中厚层状,细至中晶结构,节理裂隙发育,岩芯呈碎块状、砂状,波速范围为3210—3849m/s,平均波速为3421m/s,完整性指数0.38,为较破碎岩体。
        ③-3单元:为中等风化的白云岩组成,中厚层状,细至中晶结构,节理裂隙较发育,岩芯呈柱状、短柱状及长柱状,波速范围为3612—4380m/s,平均波速为3919m/s,完整性指数0.49,为较破碎岩体。
        4.地基基础持力层评价
        4.1土层
        场地中○1单元的杂填土厚度极不均匀,且地下室开挖后,全部将被清除,故在本场地无须考虑作持力层。场地中○2单元的红粘土虽有一定的厚度,但承载力较低,地下室开挖后,部分将被清除,拟建物荷载较大,在本场地,不宜作拟建物的持力层。
        4.2岩层
        场地中(○3-1)单元强风化白云岩,由于风化强烈,强度较低、厚度小,分布不均,不能选作持力层。场地中(○3-2)单元中等风化白云岩及溶塌角砾岩,岩芯破碎,岩体较稳定,有较高的力学强度,在上部荷载较小的部位可选择(○3-2)单元岩层作地基持力层。场地中(○3-3)单元中等白云岩,岩芯较破碎,岩体稳定,具有较高的力学强度,是理想的天然地基持力层。
        结合上部建筑结构特征及荷载情况,地下室及电梯井荷载较小的部位,选择(○3-2)单元岩层作地基持力层;塔楼部分应选择(○3-3)单元中等风白云岩作地基持力层。
        5.基础设计
        5.1基础型式确定
        根据拟建物荷载分布特征、地基岩体承载力强度及持力层的埋深,基础型式可选择桩基础或筏形基础。根据场地地质条件,当地下室按1075.80m标高开挖后,场地内基岩由于溶蚀作用,其起伏变化大,且部分基岩有出露,部分为硬塑粘土层,局部为可塑粘土层,地基均匀性较差,如采用阀形基础,要想调整不均匀沉降,显然从技术上比较困难,同时造价亦会相应上升。而下伏基岩承载力高,故建议选择桩基础比较适宜。基础埋深应满足相关规范要求,遇溶洞、溶隙其顶板力学强度不能满足设计要求时,应揭穿其顶板,将基础置于稳定的(○3-2或○3-3)中风化基岩上。
        5.2桩基础方案
        若采用机械成孔灌注桩施工困难,机械振动易形成燥声污染;且采用预应力管桩,不易穿透厚度较大的中密卵石相对硬层,且管桩为挤密桩,存在挤密效应,施工困难,桩长不易控制,难以达到设计要求。建议采用人工挖孔桩基础,可选层位稳定、厚度大、承载力高的中密或密实卵石层作为桩端持力层,桩长宜大于6m,且尽量避免超挖以确保持力层厚度,对少数桩底持力层下存在软弱下卧层的可采用桩底压浆补强方案。根据有关规定,须进行一桩一孔的施工勘察,可据此确定桩长,这种方式具有较高的可靠性,在基础施工时还须考虑降水和护壁措施,施工难度稍大。人工挖孔桩单桩极限承载力标准值估算见表2:
 
        综上所述,所以本工程地下室及电梯井荷载较小的部位,建议选择(○3-2)单元中等风化白云岩层作地基持力层;塔楼部分应选择(○3-3)单元中等风化白云岩作地基持力层。其饱和单轴抗压强度标准值分别为frk=21MPa和frk=27MPa,承载力特征值分别为fa=2700kpa和fa=3500kpa,基础型式采用人工挖孔桩基础。
        结语
        通过对上述工程的分析,主要阐述了岩溶地区进行工程建设的基础设计主要方案和内容。在设计过程中,结合相关设计要求,对工程的基础方案进行了合理的确定,并且制定了有效的施工措施和解决方案。通过实践证明,该工程基础设计具有较好的经济性,并且能够保证工程的质量达到相关要求。
参考文献:
[1]秦美前,刘晓军,商南南;岩溶地区的工程地质勘察与稳定性分区[J];采矿技术;2004年01期.56-57
[2]吴莉;张国海;李开文;;岩溶地区基础设计与处理[J];地球与环境;2005年S1期.78-79
 

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