复杂岩溶地基处理实例

    1、工程概况
    广西某市中心广场拟建一座24层的贸易大厦，该大厦地基工程地质条件和水文地质条件复杂，岩溶、土洞发育。基坑北5m紧邻七层高的图书馆及四层高的电影院，南面相距4m处为该市主干道。地基处理施工难度大，施工中引进一些新的施工措施进行尝试，并取得了良好效果。
该楼为一层地下室，基坑开挖深度4～4.4m，采用一柱一桩独立基础形式，单桩最大垂直荷载21000kN。原设计为先开挖基坑，四周用毛石砌挡土墙，坑内采用人工挖孔桩。由于人工挖孔桩施工中抽取大量地下水，造成电影院、图书馆多处开裂，建筑物地基有向下滑移现象，同时挖孔桩没办法穿过多层溶洞，施工难以进行，造成停工。在此情况下，对该项工程进行了基础设计修改，采用冲孔和挖孔灌注桩相结合，并制订一套科学、合理、可行的施工程序，以保证相邻建筑物的安全及施工的顺利进行。
    2、工程地质及水文地质条件
    根据勘察报告及桩孔的超前钻资料，基坑开挖已经挖除了人工填土层及淤泥层，基坑底地下有6～9m厚的履盖土层，其下为灰岩。该地区属于岩溶发育区，地质条件非常复杂，土洞、溶洞发育，尤其主楼部位岩洞最为发育，最深溶洞达32m，方向呈多方位；洞的大小不一，最大的顶底板间距21m，最小的仅有十几厘米，有的溶洞全被充填或部分充填，有的为空洞并形成地下暗沙。土洞埋藏较浅，常发展到地面。多层溶洞分布在不同的平面上，岩面起伏不平，高差较大并发育有大量溶槽、溶沟等。大部分基岩上部为块状风化堆积层，充填有黑色淤泥，且厚度大。
该场地地下水属于潜水及岩溶裂隙水，地下水系与相离不远的义昌江相联，场地地下水位高，常高于基坑底面，且流量大，为紊流状态。有的地段钻孔或桩孔地下水往上涌，有的溶洞夯穿时，数台抽水机也无法灌满，所灌浆水进入地下暗河流进义昌江。
    3、岩溶地基处理方案
    由于地基复杂，普遍存在土洞、溶洞，因此该楼采用一柱一桩的形式，要求桩端置于稳定完整的微风化基岩上。
    a.在每个桩孔上钻进1～3个超前钻孔，钻孔深度进入稳定持力层不小于5m。主要目的：查明每个桩孔的地层结构及分布特征；查明土洞、溶洞分布及大小、规模、连通程度、充填情况；查明强风化层厚度，溶洞顶板厚度；查明稳定持力层的准确顶面标高及其标准承载力；初步判定地下水类型、大小及流向。
    b.根据超前钻孔资料及建筑荷载进行桩的选型设计。当桩孔下无溶洞或厚层强风化带时，采用人工挖孔桩处理地基，人工挖孔桩要求进入稳定微风化岩石不得小于0.5m，对于起伏较大的持力层面，可打成30cm宽的台阶；当桩孔下有溶洞或厚层强风化带时，采用大直径冲孔灌注桩处理地基。要求该桩穿过溶洞、土洞或厚层强风化带，进入稳定持力层不小于一倍桩径。
    c.关于地下水在桩基施工过程中对周围环境的影响。冲孔灌注桩，采用泥浆护壁，水下灌注，无需抽取地下水，避免了深层岩溶裂隙水的抽取导致周围建筑物的变形；人工挖孔桩部分，毫无疑问要抽地下水。前阶段工作中由于抽取地下水把相邻的电影院、图书馆拉裂，两边道路下沉，导致地下水管道破裂。因此，为了使施工中不再出现上述情况，必须采取调整施工程序等措施，控制抽取地下水，科学、合理地组织施工，严格监测周围建筑物裂缝发展动向。
    4、地基处理施工
    施工分为两个部分，即冲孔灌注桩和人工挖孔灌注桩。
    4.1　冲孔灌注桩施工
    该施工主要难点为如何在具有多层溶洞的岩溶区成孔，如何堵住泥浆渗漏及砼流失，如何保证冲孔进尺及清除孔底沉渣。
每当打穿一层溶洞时，经常出现如下情况：a.孔内泥浆迅速流失，因岩溶水系与义昌江联通，两台3PN泵供水也无法使孔内满上来，出现地面孔口塌陷，产生一大漏斗，不仅不能施工，而且经常危及钻孔及人身安全，有时连钻机撤出的时间都没有；b.溶洞或裂隙水流入孔内，破坏泥浆，泥浆比重减少或变成清水，孔底出现厚层沉渣，无法反浆，更不能进尺，使工程无法进行。
    针对上述情况，采取了相应的解决方法：向孔内回填大量粘土，目的是堵漏，粘土可不必装袋，可直接倒入孔内，水泥需整袋抛入，使其沉底，操作方法同上。
当再次打穿下一层溶洞发生漏浆时，重复上述工作，直到完成一个桩孔为止。 这样施工的结果是堵住了漏浆，堵住了溶洞，保证泥浆质量且能正常返浆，正常进尺，同时在灌注砼时，不会出现大量超灌。
    如63#桩具有一定的代表性，桩径1.6m，桩长21m，上覆土层厚5.5m，其下为多层分布的溶洞，遇大小溶洞4个，发生强漏浆6次，为堵漏造浆共用318包水泥，直接用于堵漏费8600元。
    经比较，上述方法是最经济、最有效的施工方法。与之相比，在此场地也曾采用钻孔灌注桩，钻孔直径500mm，结果是1)因泥浆流失过大，无法补足泥浆；2)长期钻进，出现大面积地面塌陷；3)孔底难清除沉渣；4)砼灌入量无法控制。在仅钻成的两个孔中，孔底几米厚度沉渣无法清除，其中一孔12h灌入几十立方砼，不知流向何处。
    4.2　挖孔桩施工
    对于人工挖孔桩，按常理是最简单的施工方法。由于该地层含有大量地下水，抽取地下水已危及周围建筑物的安全。如何达到最经济最安全的施工成为第一难点。经认真分析，充分了解该地基的工程地质条件及水文地质条件与周围建筑的联系，并对建筑物已开裂的原因进行了细致的分析。
抽取大量地下水是导致周围房屋开裂、地基下沉的最主要原因，如要对基坑周围进行全面的帷幕防渗，耗资巨大，同时岩石裂隙水未必能堵住。最后采用了不增加投资的方案，只对施工程序进行了调整。
    通过施工程序调整，设法改变水的渗透路径；分散施工，不能成片连续开挖，每隔3～5个桩孔开挖一个；先施工水量较小的桩孔，如果发现水量较大的桩孔，停止抽水，不再向下施工，严格控制抽取地下水量；每挖成一个桩孔，验收后立即灌注砼，堵住水的部分渗透路径；严格监控周围建筑物的裂缝。
事实证明，按上述原则要求进行施工，顺利、安全地完成了施工任务，保证了周围建筑物的安全，如果不按此程序施工，会产生严重的后果。例如，当时现场为了进度，同时开挖4孔，同时抽水，结果4h后观测发现周围建筑物裂缝加大，石膏断裂。紧急停工后再按程序施工没有出现 这种情况，施工安全顺利。再次证明经过施工程序的控制，安全施工可以得到保证。
    5、结束语
    1)岩溶地基处理有很大的难度和复杂性。需因地制宜地设计和选择施工方法。
    2)岩溶地基采用冲孔与挖孔相结合的办法进行处理，既经济，又避免了许多难以解决的问题，诸如抽取大量地下水，引起周围建筑物的下沉开裂，人工挖孔难以穿过多层溶洞等问题。
    3)冲孔桩处理复杂岩溶地基行之有效，有较大的可靠性。
    4)采用袋装粘土及水泥填堵溶洞及防渗堵漏，行之有效，且最为经济，同时保证成桩质量，避免大规模超灌砼。
    5)在进行严格的施工管理条件下，调整施工程序，严格控制抽取地下水量，只要施工程序合理，完全可以无需任何防渗措施，可以进行安全的人工挖孔桩施工。