羅愛忠

在巖溶及空區(qū)地區(qū)進行土木工程施工,不可避免地將遇到許多新的課題。隨著西部大開發(fā)的不斷推進,廣大的西部地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)必然遇到越來越多的巖溶基礎(chǔ)問題,而巖溶地區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展,地基穩(wěn)定和變形問題成為了工程建設(shè)中的突出問題。因此,基礎(chǔ)類型的合理選擇,對建筑物的穩(wěn)定性起到非常重要的作用。

1 巖溶地基特性及其分析方法

由于在喀斯特地區(qū),巖石內(nèi)廣泛分布大小、形狀、分布各異的各種溶洞,溶洞的存在破壞了巖體的連續(xù)性與均一性。從而為建立地基的物理模型提出挑戰(zhàn)。對于只存在少量大型溶洞的地基,可以通過較準(zhǔn)確的勘探查清溶洞分布情況,從而在地基建模時考慮溶洞的存在。由于溶洞的形狀分布是千差萬別的,現(xiàn)代數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展及其較高的計算精度、方便性和靈活性使其成為工程結(jié)構(gòu)中不可或缺的一種方法,因此通過數(shù)值建模辦法可以較準(zhǔn)確的模擬地基。同時由于溶洞的存在而導(dǎo)致的復(fù)雜性,為了準(zhǔn)確的分析,一般采用上部與地基基礎(chǔ)共同作用的分析方法;而對于溶洞尚不發(fā)育,溶洞小而分散的地基可以通過修正參數(shù)的均一連續(xù)化的模型進行模擬分析。一般來說,地基的破壞形式歸納起來有三種,分別是整體剪切破壞、局部剪切破壞、沖剪破壞。這幾種破壞形式在有巖溶存在時,又會出現(xiàn)各種特殊的衍生破壞形式,針對這些破壞形式,合理的選擇基礎(chǔ)的類型對于保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定及上部建筑物的安全性尤為重要。

2 巖溶基礎(chǔ)類型選擇

貴州巖溶山區(qū)的地基相對于其他巖溶地區(qū)的地基又有其特殊性,由于大部分地區(qū)是高山峽谷地貌,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)都只能在山間盆地進行。而山間盆地內(nèi)多為第四紀(jì)湖沼澤沉積和坡積土所覆蓋。相對地質(zhì)年代較近,固結(jié)較低,壓縮性較大。在盆地的邊緣,巖石的風(fēng)化物和地表有機物經(jīng)水流搬運,沉積于低洼處,經(jīng)長期泡水軟化和微生物作用而形成當(dāng)前的應(yīng)力狀態(tài),表層的粘土厚度較薄,巖溶土洞發(fā)育,接近巖面的粘土一般處于一種軟塑狀態(tài);在盆地的中部,土體為湖沉積和洪沖積而成,土層較厚,基巖的埋藏相對較深,基巖比較穩(wěn)定,但部分地區(qū)由于泉水的存在,土壤長期浸泡于水中,壓縮性較高,承載力較低。因此巖溶基礎(chǔ)選型的原則在首先保證建筑安全耐久的前提下盡量降低造價、方便施工、加快進度,所以合理選擇基礎(chǔ)的類型至關(guān)重要。針對不同的場地工程條件和周圍環(huán)境,選擇不同的地基基礎(chǔ)類型對地基的穩(wěn)定及變形控制具有重要的作用,對保證上部建筑物的穩(wěn)定和人民生命財產(chǎn)安全具有重要的作用。

2.1 巖溶強發(fā)育地區(qū)基礎(chǔ)的選用

樁基礎(chǔ)具有承載力大,設(shè)計計算簡單,相對成本比較低的特點,是高層建筑基礎(chǔ)的首選。巖溶地區(qū)的樁基礎(chǔ)一般選用端承樁,上部建筑荷載通過樁身直接傳至巖面,大多采用人工挖孔樁和泥漿護壁錘擊成孔鋼筋混凝土灌注樁的施工工藝,錘擊預(yù)制樁和鉆孔灌注樁由于無法入巖而無法使用。在巖溶強發(fā)育地區(qū),在選用樁基礎(chǔ)時還要綜合考慮下面幾個因素:

1)必須根據(jù)地質(zhì)勘查資料的基巖埋藏深度情況,基巖巖溶的發(fā)育情況進行判斷。如果基巖埋藏比較淺,且?guī)r溶發(fā)育不嚴(yán)重,則可選用人工挖孔樁或泥漿護壁錘擊成孔鋼筋混凝土灌注樁。對于巖層埋藏很深,而且?guī)r溶發(fā)育強的地基,則要慎重考慮,如果選用樁基礎(chǔ)必須采用泥漿護壁錘擊成孔的施工工藝,由于巖層復(fù)雜,規(guī)范要求樁身必須入巖 500mm以上,樁身下的完整巖必須大于 3倍樁徑且不小于 5m,這就要求在成孔施工中錘頭必須穿過溶洞、溶溝,不可預(yù)見性大,成孔困難,施工難度大,直接導(dǎo)致造價大幅升高,進度緩慢,工期難以控制。碰到地質(zhì)結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜情況,如果要使用樁基礎(chǔ),可考慮采用新型的鋼管混凝土樁。

2)必須考慮建筑地基周圍的建筑和市政公用設(shè)施的情況。人工樁的施工基本沒有振動和噪聲,但成孔施工時必須大量抽取地下水,以保持井下工人挖掘工作的進行,在地下水位比較高,長期在地下水中浸泡的土壤一旦失水就會產(chǎn)生收縮,特別是巖層和土層交界處的淤泥,失水后收縮量更大,導(dǎo)致周圍地面下沉,嚴(yán)重的甚至引發(fā)地下溶溝、土洞的塌陷,造成周邊建筑和市政設(shè)施的重大損失。錘擊成孔灌注樁在成孔作業(yè)時雖然不用抽取地下水,但在錘擊時特別是施工至巖石層時會有一定的振動,也會對周圍的土層產(chǎn)生影響,對于周圍的敏感建筑及構(gòu)筑物也將有一定的影響,所以在巖溶強發(fā)育地區(qū)當(dāng)已有建筑物和市政設(shè)施與擬建建筑物距離很近時,必須慎用樁基礎(chǔ)。

2.2 巖溶地區(qū)天然地基基礎(chǔ)的選用和處理

2.2.1 填墊法

充填法適用于裸露巖溶土洞,其上部附加荷載不大的情況。最底部須用塊石、片石作填料,中部用碎石,上層用土或混凝土填塞,以保持地下水的原始流通狀況,使其形成自然的反濾層。

當(dāng)已被充填的巖溶土洞,如充填物物理力學(xué)性質(zhì)不好,可采用換填法。須清除洞中充填物,再全部用塊石、片石、砂、混凝土等材料進行換填。

對淺埋的巖溶土洞,將其挖開或爆破揭頂。如洞內(nèi)有塌陷松軟土體,應(yīng)將其挖除。再以塊石、片石、砂等填入,然后覆蓋粘性土并夯實,稱挖填法。此法適用于輕型建筑物,并要估計到地下水活動再度掏空的可能性。為提高土體強度和整體性,在填入塊石、片石填料時,注入水泥漿液點于重要工程基礎(chǔ)下或較近的溶洞、土洞,除去洞內(nèi)軟土,將鋼筋或廢鋼打入洞體裂隙后再用混凝土填洞,對四周的巖石裂隙注入水泥漿液,以粘結(jié)成整體,并阻斷地下水。

對巖溶洞、隙、溝、槽、石芽等巖溶凸出物,可能引起地基沉降不均勻、將凸出物鑿去后做 30cm～50cm砂土墊褥處理,稱為墊褥法。

2.2.2 加固法

對埋深較大的巖溶土洞,宜采用密鉆灌漿法加固。應(yīng)視巖溶洞隙含水程度和處理目的來選擇材料。用于填塞時,可用粘土、砂石、混凝土、水泥砂漿等;用于防滲時,可用水泥漿和瀝青作帳幕,灌漿順序可先外圍后中間,先地下水上游后下游;用于充填加固時,用快干材料或砂石等將洞隙先行填塞,開始時壓力不宜過高,以免漿料大量流出加固范圍。當(dāng)洞頂板較薄、裂隙較多、洞跨較大,頂板強度不足以承擔(dān)上部荷載時,為保持地下水通暢,條件許可時采用附加支撐減少洞跨,稱頂柱法。一般在洞內(nèi)做漿砌塊石填補加固洞頂并砌筑支墩作附加支柱。在覆蓋形巖溶區(qū),處理大面積土洞和塌陷時,“強夯法”是一種省工省料、快速經(jīng)濟且能根治整個場地巖溶地基穩(wěn)定性的有效方法。對巖洞土洞中軟土較深地段,適宜于擠密性。采用砂柱、石灰柱、松土樁、混凝土樁或者鋼管等打入洞內(nèi),形成復(fù)合地基,提高地基穩(wěn)定性和強度。

2.2.3 跨越法

深度較大、洞徑較小不便入內(nèi)施工或洞徑雖大、但內(nèi)有水的溶洞,可據(jù)建筑物性質(zhì)和基底受力情況,用混凝土板或鋼筋混凝土板封頂,稱板跨法。

對埋藏較深但仍位于地基持力層內(nèi)的規(guī)模較小的塌陷或土洞,可用彈性地基梁或鋼筋混凝土梁跨越土洞或塌陷體。

在地下建筑工程的邊墻、塹式擋墻、堤式坡腳擋墻及橋墩、橋臺等地基下常見洞身較寬、深度又大、洞形復(fù)雜或有水流的巖沼地基,宜采用拱跨形式。拱分漿砌片石拱、混凝土拱、鋼筋混凝土拱。

3 結(jié)語

巖溶地基的穩(wěn)定和變形問題是巖溶地區(qū)工程實踐中所遇到的關(guān)鍵問題,穩(wěn)定和變形問題的解決主要通過選取一定的基礎(chǔ)類型,基礎(chǔ)類型選擇的合理與否關(guān)系到上部建筑的穩(wěn)定與人民生命財產(chǎn)的安全。因此,巖溶地區(qū)基礎(chǔ)類型選擇一直是廣大巖土工程師在工程實踐中必須注意的問題?；谝陨系脑?本文從巖溶地基的特點著手,提出了巖溶地基的分析方法和巖溶基礎(chǔ)選型的關(guān)鍵,以期望在巖溶地區(qū)巖溶工程實踐中對廣大的巖土工程工作者有所幫助。

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