岩溶地区的桩基选型探析
2016-10-21
一、岩溶地质特征及发育规律
溶岩指可溶性基岩，包括石灰岩、大理石等易溶解的岩层，受流水溶蚀，有时再加上沉淀作用而形成的地貌，旧称喀斯特地貌。溶岩形成的时代久远，存在相当大的复杂性。
（一）岩溶地质特征
中国岩溶地貌类型复杂多样，面积大、典型、生物生态丰富，分布广泛。由于受冰期与间冰期气候的影响，中国岩溶地带性的差异也较大。岩溶地质浅部石牙、溶沟、溶洞等岩溶裂隙发育，基岩面起伏较大，缺失残积层、全风化、强风化、中风化等风化程度较高的过渡性岩土层，微风化岩层直接上覆较软土层，或形成双层和多层溶洞、洞内充填软土，岩溶地质往往具有较强的透水性。
（二）岩溶发育规律
岩溶化程度随着深度的增加而逐渐减弱。岩溶发育的速度、程度及其空间分布不一致性。岩溶的发育受到岩性、地质构造和岩溶水循环交替的控制。此外，岩溶的发育是一个缓慢的地质过程，必有其发生、发展和消亡过程。在岩溶发育条件长期稳定的条件下，它要经过幼年、青年、中年期到老年期，完成一个岩溶的发育旋回。每个阶段都有相应的岩溶形态类型。实际上，岩溶的发育大多是多旋回的，且有些旋回在时间上有重叠。溶洞成层的原因在于作为岩溶水排泄基准面的河流，因地壳构造运动在上升―稳定―再上升的交替变化过程中，河流地质作用相应地产生下蚀―旁蚀―再下蚀的交替变化，由此岩溶水的运动产生垂直―水平―再垂直的变化，溶洞也就具有垂直的管道和水平的溶洞交互出现，从而形成相互叠置的成层溶洞。不同气候带内，岩溶发育各具不同的形态和特征。我国岩溶类型主要有热带、亚热带、温带三大类。此外，还有高寒气候带、干旱区、海岸岩溶类型等。
二、岩溶地区常见桩基选型
（一）冲（ 钻） 孔灌注桩
在高层建筑和重要建筑中，冲（钻）孔灌注桩是常用桩型。它能有效穿过土洞和溶洞，桩长可达40米以上，一般为端承桩，能提供较大的单桩竖向抗压承载力。
在采用冲（钻） 孔灌注桩灌注前，通常采用一桩一孔或多孔的超前钻，对桩底持力层的地质情况进行勘察。由于桩底持力层3D范围内存在溶洞、溶沟或裂隙等，导致桩基础不能满足设计要求。桩底持力层地质资料勘查不准，是引起冲（钻）孔灌注桩型工程质量问题的主要原因。
（二）沉管夯扩灌注桩
近几年，岩溶地区场地空旷工地采用沉管夯扩灌注桩型较多，桩径400～580mm，单桩承载力可达500～1600kN，符合岩溶地区宜浅不宜深的处理原则，桩长一般为7～20m，可做成摩擦桩或摩擦桩端承桩，桩长较灵活，成桩质量可靠。但是噪音和振动较大，只适用于场地空旷的情况。
（三）静压预制桩
静压预制桩因具有桩身质量易保证、压桩时可控制承载力、无泥浆污染、无振动、低噪音、快速等优点，在珠江三角洲地区得到了广泛应用。若灰岩大部分强风化岩未明显过渡到中风化岩即直接进入微风化岩层，且岩面起伏变化大，甚至可能是斜面时，这种方式慎用。端承桩施工时易发生断桩，而摩擦桩则要注意岩溶地区土洞的不利影响。部分设计单位因对上述岩溶地质特点不了解而使用静压预制桩，施工时发生大量的断桩，阻碍了桩基工程的顺利施工，这种情况在实际工作中是经常遇到的。
三、岩溶地区桩基实例选型分析
（一）桩基选型背景
本文以广东省深圳市某二期小区作为桩基选型实例进行分析。该小区总建筑面积约为248800平方米，是17至30层的塔楼，设1层地下室，局部为2至4层的裙楼，共计14栋。地质报告显示该场地分布有大小、形状不等的溶洞，充填软塑状黏性土；地下水丰富，基岩埋藏大多在10 米以内。
（二）最初的桩基设计
桩基选型参考专家意见，最初的扩初设计采用以微风化岩为端承的挖孔和冲孔相结合的大直径桩，桩端入岩深度0.5米，超前钻探的收钻标准是微风化岩连续大于6米。超前钻探的见溶洞率36.2%，其中40%左右为2-5个溶洞呈串珠状，最大洞高14.7米，普遍洞高1-3米。上覆土层厚薄不均，岩面起伏很大、倾斜陡峭。而试桩施工结果证明，此场地的地质环境不宜采用机械冲孔桩和人工挖孔桩，原因如下：
冲孔桩试桩两根，存在以下问题：①成孔质量不稳定；②地下溶洞贯通，浇注时混凝土大量流失的风险很大；③岩面倾斜陡峭，冲孔入岩深度难判断；④溶洞分布密集，桩端下的抽芯检测合格率无法保证。
人工挖孔桩试桩30根，大部分在深度1-4米的砂层范围内涌水量很大，有流砂现象，进度缓慢，每天进深0.5米。试桩进行了20d后，出现了以下问题：①施工抽水量大，桩护壁脱节；②桩护壁出现了沉降，沉降达2～3 cm；③大部分桩底涌水量逐渐增大，无法降水；④桩护壁的混凝土浇注因受地下水流动的影响，质量得不到保证。
（三）桩基设计和施工方案的更改
由于最初的试桩失败，将原来的冲（挖）孔桩改为低承载力的预应力管桩加筏板。设计人员在现场进行了大量的试桩，以检验设计效果。依据试桩结果，并控制爆桩率，桩基设计及施工方案确定为：
（1）静压管桩采用PHC-ABФ500，单桩竖向承载力特征值为550 kN，带十字形有尖角桩靴，压桩的终压值按9 MPa（压力1440 kN）控制，大于2.5倍单桩竖向承载力特征值Ra（1375 kN）。
（2）在废桩位置两边（或两侧）补压两根桩，补桩的位置不影响其它桩的位置，补桩的压桩终压值不低于正常控制值的50%（720 kN），以此方法解决废桩问题。
（3）对桩身质量不作要求，以静载检测合格为最终验收标准；但要求监测桩顶标高，对上浮的管桩复压。
四、关于岩溶地区桩基选型的个人建议
（1）选择桩基时，对于相对复杂的岩溶地区，首先要想办法避开复杂的地质环境，再想办法将荷载分散到溶岩上，最后考虑选择“一桩一柱”的桩型。
（2）若上覆土层深度足够且能提供高桩侧摩阻力的黏土层时，可选择合适的单桩承载力和桩径，使用摩擦桩，不触及基岩，来避开岩溶。当采用预制桩时，设计前应进行试桩，以期了解黏土时效性的强弱，得到相对准确的沉桩压力，最大化单桩承载力。若条件不满足时，只能按端承桩设计桩基，这样应考虑分散上部结构的荷载减少溶洞塌陷的风险，采用低承载力的群桩加局部或整体筏板的做法。采用预制桩时，也要通过试桩来取得在合适废桩率下的合适沉桩力，以确定单桩承载力。
（3）在溶岩浅埋、地下水又不丰富时，可选择挖孔桩，但应做好超前钻探，探明下卧溶洞的发布，承载力不能取大，应充分考虑桩基局部失效的可能性。
结语
随着岩溶地区大量高层建筑的新建，根据岩溶特征及发育分布规律，合理选择建筑场地和基础型式，找到一种合理、经济、成熟而有效的桩基选型方法及施工方法，形成一套完整的应对复杂地质的整体思路可从根本上防治岩溶现象的危害。
