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巖土工程巖溶地基處理實例
導語：在深厚軟粘土地基上建造建筑物，沉降量和差異沉降量控制是問題的關鍵。軟土地基地區建筑地基工程事故大部分是由沉降量或沉降差過大造成的，特別是不均勻沉降對建筑物的危害最大。深厚軟粘土地基建筑物的沉降量與工程投資密切相關。減小沉降量需要增加投資，因此，合理控制沉降量非常重要。按沉降控制設計既可保證建筑物安全又可節省工程投資。
1、工程概況
廣西某市中心廣場擬建一座24層的貿易大廈，該大廈地基工程地質條件和水文地質條件復雜，巖溶、土洞發育。基坑北5m緊鄰七層高的圖書館及四層高的電影院，南面相距4m處為該市主干道。地基處理施工難度大，施工中引進一些新的施工措施進行嘗試，并取得了良好效果。
該樓為一層地下室，基坑開挖深度4～4.4m，采用一柱一樁獨立基礎形式，單樁最大垂直荷載21000kN。原設計為先開挖基坑，四周用毛石砌擋土墻，坑內采用人工挖孔樁。由于人工挖孔樁施工中抽取大量地下水，造成電影院、圖書館多處開裂，建筑物地基有向下滑移現象，同時挖孔樁沒辦法穿過多層溶洞，施工難以進行，造成停工。在此情況下，對該項工程進行了基礎設計修改，采用沖孔和挖孔灌注樁相結合，并制訂一套科學、合理、可行的施工程序，以保證相鄰建筑物的安全及施工的順利進行。
2、工程地質及水文地質條件
根據勘察報告及樁孔的超前鉆資料，基坑開挖已經挖除了人工填土層及淤泥層，基坑底地下有6～9m厚的履蓋土層，其下為灰巖。該地區屬于巖溶發育區，地質條件非常復雜，土洞、溶洞發育，尤其主樓部位巖洞最為發育，最深溶洞達32m，方向呈多方位;洞的大小不一，最大的頂底板間距21m，最小的僅有十幾厘米，有的溶洞全被充填或部分充填，有的為空洞并形成地下暗沙。土洞埋藏較淺，常發展到地面。多層溶洞分布在不同的平面上，巖面起伏不平，高差較大并發育有大量溶槽、溶溝等。大部分基巖上部為塊狀風化堆積層，充填有黑色淤泥，且厚度大。
該場地地下水屬于潛水及巖溶裂隙水，地下水系與相離不遠的義昌江相聯，場地地下水位高，常高于基坑底面，且流量大，為紊流狀態。有的地段鉆孔或樁孔地下水往上涌，有的溶洞夯穿時，數臺抽水機也無法灌滿，所灌漿水進入地下暗河流進義昌江。
3、巖溶地基處理方案
由于地基復雜，普遍存在土洞、溶洞，因此該樓采用一柱一樁的形式，要求樁端置于穩定完整的微風化基巖上。
a.在每個樁孔上鉆進1～3個超前鉆孔，鉆孔深度進入穩定持力層不小于5m。主要目的：查明每個樁孔的地層結構及分布特征;查明土洞、溶洞分布及大小、規模、連通程度、充填情況;查明強風化層厚度，溶洞頂板厚度;查明穩定持力層的準確頂面標高及其標準承載力;初步判定地下水類型、大小及流向。
b.根據超前鉆孔資料及建筑荷載進行樁的選型設計。當樁孔下無溶洞或厚層強風化帶時，采用人工挖孔樁處理地基，人工挖孔樁要求進入穩定微風化巖石不得小于0.5m，對于起伏較大的持力層面，可打成30cm寬的臺階;當樁孔下有溶洞或厚層強風化帶時，采用大直徑沖孔灌注樁處理地基。要求該樁穿過溶洞、土洞或厚層強風化帶，進入穩定持力層不小于一倍樁徑。
c.關于地下水在樁基施工過程中對周圍環境的影響。沖孔灌注樁，采用泥漿護壁，水下灌注，無需抽取地下水，避免了深層巖溶裂隙水的抽取導致周圍建筑物的變形;人工挖孔樁部分，毫無疑問要抽地下水。前階段工作中由于抽取地下水把相鄰的電影院、圖書館拉裂，兩邊道路下沉，導致地下水管道破裂。因此，為了使施工中不再出現上述情況，必須采取調整施工程序等措施，控制抽取地下水，科學、合理地組織施工，嚴格監測周圍建筑物裂縫發展動向。
4、地基處理施工
施工分為兩個部分，即沖孔灌注樁和人工挖孔灌注樁。
4.1 沖孔灌注樁施工
該施工主要難點為如何在具有多層溶洞的巖溶區成孔，如何堵住泥漿滲漏及砼流失，如何保證沖孔進尺及清除孔底沉渣。
每當打穿一層溶洞時，經常出現如下情況：a.孔內泥漿迅速流失，因巖溶水系與義昌江聯通，兩臺3PN泵供水也無法使孔內滿上來，出現地面孔口塌陷，產生一大漏斗，不僅不能施工，而且經常危及鉆孔及人身安全，有時連鉆機撤出的時間都沒有;b.溶洞或裂隙水流入孔內，破壞泥漿，泥漿比重減少或變成清水，孔底出現厚層沉渣，無法反漿，更不能進尺，使工程無法進行。
針對上述情況，采取了相應的解決方法：向孔內回填大量粘土，目的是堵漏，粘土可不必裝袋，可直接倒入孔內，水泥需整袋拋入，使其沉底，操作方法同上。
當再次打穿下一層溶洞發生漏漿時，重復上述工作，直到完成一個樁孔為止。
這樣施工的結果是堵住了漏漿，堵住了溶洞，保證泥漿質量且能正常返漿，正常進尺，同時在灌注砼時，不會出現大量超灌。
如63#樁具有一定的代表性，樁徑1.6m，樁長21m，上覆土層厚5.5m，其下為多層分布的溶洞，遇大小溶洞4個，發生強漏漿6次，為堵漏造漿共用318包水泥，直接用于堵漏費8600元。
經比較，上述方法是最經濟、最有效的施工方法。與之相比，在此場地也曾采用鉆孔灌注樁，鉆孔直徑500mm，結果是1)因泥漿流失過大，無法補足泥漿;2)長期鉆進，出現大面積地面塌陷;3)孔底難清除沉渣;4)砼灌入量無法控制。在僅鉆成的兩個孔中，孔底幾米厚度沉渣無法清除，其中一孔12h灌入幾十立方砼，不知流向何處。
4.2 挖孔樁施工
對于人工挖孔樁，按常理是最簡單的施工方法。由于該地層含有大量地下水，抽取地下水已危及周圍建筑物的安全。如何達到最經濟最安全的施工成為第一難點。經認真分析，充分了解該地基的工程地質條件及水文地質條件與周圍建筑的聯系，并對建筑物已開裂的原因進行了細致的分析。
抽取大量地下水是導致周圍房屋開裂、地基下沉的最主要原因，如要對基坑周圍進行全面的帷幕防滲，耗資巨大，同時巖石裂隙水未必能堵住。最后采用了不增加投資的方案，只對施工程序進行了調整。
通過施工程序調整，設法改變水的滲透路徑;分散施工，不能成片連續開挖，每隔3～5個樁孔開挖一個;先施工水量較小的樁孔，如果發現水量較大的樁孔，停止抽水，不再向下施工，嚴格控制抽取地下水量;每挖成一個樁孔，驗收后立即灌注砼，堵住水的部分滲透路徑;嚴格監控周圍建筑物的裂縫。
事實證明，按上述原則要求進行施工，順利、安全地完成了施工任務，保證了周圍建筑物的安全，如果不按此程序施工，會產生嚴重的后果。例如，當時現場為了進度，同時開挖4孔，同時抽水，結果4h后觀測發現周圍建筑物裂縫加大，石膏斷裂。緊急停工后再按程序施工沒有出現這種情況，施工安全順利。再次證明經過施工程序的控制，安全施工可以得到保證。
5、結束語
1)巖溶地基處理有很大的難度和復雜性。需因地制宜地設計和選擇施工方法。
2)巖溶地基采用沖孔與挖孔相結合的辦法進行處理，既經濟，又避免了許多難以解決的問題，諸如抽取大量地下水，引起周圍建筑物的下沉開裂，人工挖孔難以穿過多層溶洞等問題。
3)沖孔樁處理復雜巖溶地基行之有效，有較大的可靠性。
4)采用袋裝粘土及水泥填堵溶洞及防滲堵漏，行之有效，且最為經濟，同時保證成樁質量，避免大規模超灌砼。
5)在進行嚴格的施工管理條件下，調整施工程序，嚴格控制抽取地下水量，只要施工程序合理，完全可以無需任何防滲措施，可以進行安全的人工挖孔樁施工。
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