Question

桂林岩溶地基处理技术及展望^[]

Answer 1

桂林市地基土的组成，主要由填土、粘土、粉质粘土、粉土以及漓江阶地形成的砂、砾石、卵石等，而基岩一般为石灰岩。同时桂林也是我国典型的岩溶发育地区，地层中常常发育有溶洞、土洞及岩溶塌陷的现象。由于地基岩土层的复杂多样化，在修筑建筑物时，当不能采用天然地基作为基础的直接持力层时，常常会选取地基处理的措施。

3.1.1　目前常用的地基处理方法

3.1.1.1　换土垫层

桂林市是一座具有两千多年历史的文化名城，市区内许多地方的填土层较厚，如中山中路十字街一带，一般的在1～3 m 左右，有的地方厚达5～6 m。当场地内地下水埋藏较深或无地下水时，对于一般的建筑物，可采用换土垫层的处理办法，将填土层全部或部分挖除，然后分层换填强度较好的砂砾石、碎石等材料，并压（夯）实至要求的密实度，这种方法能提高地基持力层的承载力，减少沉降量，施工简单，较经济，设计计算也方便，是目前桂林市用得较多的一种地基处理方法。

此外，换土垫层还常用来处理埋藏不深的溶洞、土洞或范围不大的岩溶塌陷地基。一般采取直接开挖，清除洞内软土或松散的塌陷土层后，再换上好的土或砂、石等填料并按要求分层进行压（夯）实。

3.1.1.2　灌填（浆）

桂林岩溶区广泛存在有溶洞、土洞或岩溶塌陷，并将影响建筑地基的稳定性，降低地基的承载能力或加大地基的沉降变形。对存在的溶洞、土洞或岩溶塌陷进行灌填（浆），可避免其对建筑地基所造成的不利影响，这种方法在桂林广泛运用，具有较成熟的经验。

对于埋藏较深、洞径大的土洞，在洞体范围的顶部地基基坑面上钻孔，可采用多个钻孔（至少两个以上，以便土洞排气），一般直径为Φ108～146 mm，将砂或砾石灌入洞内，然后灌入水泥浆，或直接灌入混凝土。实践证明该法处理土洞地基切实可行，效果很好。

对于岩溶塌陷的松散地基，则在塌陷体内直接灌水泥浆，水泥浆的水灰比可采用1:1，灌浆压力一般为0.2～0.5 MPa。

对于石灰岩中的溶洞，若是以上部土层作为地基持力层，一般不考虑下伏基岩中溶洞的影响；若选用岩石作为桩基础的地基持力层，通常是将桩基础穿透溶洞并进入下部完整岩石，并以下部完整岩石作为桩端持力层。但也有少数工程采用灌水泥浆或采用高压旋喷注浆处理溶洞。由于桂林的溶洞很多是串珠状的，灌水泥浆时易产生漏浆的现象。

3.1.1.3　水泥土深层搅拌桩

水泥土深层搅拌桩在桂林主要是用来处理素填土、粘性土等软弱地基，该法在20世纪90年代中期用得较多。例如在三里店的某职工住宅楼场地，采用深层搅拌桩处理厚达6 m 的素填土地基，效果良好。该方法具有费用较低、施工噪声小、环境污染较小等优点。又如桂林新洲花园，软弱土层分布较深、较广泛，采用搅拌桩法处理地基，在经济及技术上都是非常适合的。但在处理桂林市老城区的杂填土地基时应慎重，因为杂填土地基中常常分布有大块石、砖头等硬杂质，此时不宜采用深层搅拌桩。

3.1.1.4　碎石桩

碎石桩是以碎石、卵石等粗粒土为填料，在软弱地基中制成的桩体，在桂林市曾经用来处理填土地基，主要是用来处理对地基沉降要求不太高的建筑物地基，也可用来地基补强处理，如桂林新洲花园2^＃楼对部分不合格搅拌桩周围打碎石桩处理，碎石桩桩径Φ200 mm，桩长1.5～2.8 m，每平方米打碎石桩2.5～4.5根，处理后经检验符合设计要求。

3.1.1.5　强夯

该法一般是以80～400 kN重锤（最重可达2000 kN）起吊8～40 m 的高度，令锤自由落下给地基以冲击力和振动，强力夯实地基以提高其强度、降低其压缩性。该法目前还用得不多。在位于桂林市三里店的国际展览中心场地，原为漓江二级阶地，地形起伏较大，东西两侧为山丘，中间分布有水塘，水塘宽22～38 m，长约400 m。根据设计要求，对地势高的地段推土整平，对低洼水塘回填并采用强夯处理，地基强夯后经静力载荷试验检验，地基承载力标准值f_k=206.5kPa，压缩模量E _s=13.35 MPa，加压至300kPa时，累计沉降量为25.2 mm，承载力和沉降均达到了设计要求。

强夯施工时将会对周围环境造成较大的噪声和振动影响，因此不宜在城市的繁华区中使用。

3.1.1.6　基础托换

目前在桂林采用的基础托换技术，大多是用来解决原有建筑物的地基加固、基础加固或改建问题，因此也可称其为补救性托换。

基础托换常常用来处理已有建筑物的开裂问题。例如，桂林理工大学教四楼联合教室的基础突然下塌，一楼的联合教室地面形成一个直径约4 m 的凹陷区、墙体由一楼开裂到三楼，裂缝宽2～15 mm，该教室只好停用。在基础内外两侧各布置一排钻孔桩，桩头嵌入完整灰岩0.3～0.5 m，再在承台梁与原有建筑物基础之间安装预制托板。托板安装完成后再用低压力灌浆的办法将托板与基础连成一体。处理完毕后经沉降观测，显示的沉降量趋近于零，没有新的沉降，非常成功。但该法施工难度较大，工序流程时间较长。

当然，对已有建筑物开裂的处理，采用对松软地基灌浆也是一个办法。从已有调查的桂林市建筑物开裂原因来看，绝大部分是由于地表水及地下水的缘故，地表水下渗或地下水的升降而形成土洞、塌陷，引起地基下沉变形。因此，在岩溶地基处理中，应做好地表水疏流、防渗等工作，而这方面工作往往容易被忽略。

3.1.1.7　梁板跨越或调整柱距

主要是用来处理埋藏较深和直径较小的溶洞、土洞，或范围不大的岩溶塌陷。当土洞或塌陷周边土体的承载力和稳定性较好时，可在洞顶（塌陷体）上部用梁板跨越或调整建筑物框架结构的柱距，对洞体本身不再处理。但在岩溶地区，有时很难查清溶洞、土洞或塌陷的准确分布范围，这就给设计带来一定的困难，到底梁板应跨越多少或柱距应调整多少？目前没有计算公式，设计中还多是凭经验。

3.1.1.8 CFG桩

CFG 桩即水泥（Cement）粉煤灰（Flyash）碎石（Gravel）桩，是水泥、粉煤灰、碎石、石屑加水拌和而形成的一种具有黏结强度的桩。过去在桂林用得很少，由于它比纯碎石桩具有地基强度更高、地基沉降更小的优点，目前已有一些建筑物采用此处理方法。例如，位于桂林市上海路北侧的枫丹丽苑工程，根据CFG 桩原理，通过分析CFG 桩复合地基中桩、土、褥垫层之间的受力变形特点和工程特性，采用高强度素混凝土桩处理复杂地基的方法，处理后经检验的复合地基承载力特征值达到480kPa的设计要求。

3.1.2　常用的地基处理设计方法和质量检验方法

3.1.2.1　常用的地基处理设计方法

目前，在地基处理设计中，对于换土垫层、水泥土深层搅拌桩、碎石桩、CFG 桩、强夯等的设计，一般是按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2002）的有关规定进行，规范中有明确具体的设计技术要求、计算公式等。但对于像灌填（浆）、基础托换、梁板跨越或调整柱距等地基处理的设计，地基处理规范中没有明确的规定，在工程实践中，一般是在设计前通过现场试验确定其适用性和处理效果再进行设计，或者是依据设计人员的经验进行设计并在地基处理完毕后进行处理效果检验。

3.1.2.2　地基处理质量检验

地基处理质量的检验是确保地基能否达到设计要求的重要手段。目前主要采用以下方法进行地基处理质量的检验：

（1）载荷试验：对绝大多数的地基处理来说，最有效的检验办法是进行载荷试验，它能较可靠的得到被处理地基的承载力、变形模量等参数，但载荷试验的成本也相对较高。

（2）野外原位测试：主要是采用标准贯入试验、动力触探试验、轻便触探试验来评价地基处理的效果。如用来评价换土垫层后的地基承载力；检验深层搅拌桩桩体的均匀程度；检验碎石桩桩体和桩间土的质量。

（3）室内土工试验：主要采取处理后的地基土体试样进行室内土工试验，测定其物理力学性质，并进行处理前后地基土的物理力学性质对比，以评价处理效果。

（4）孔隙水压力监测：主要是用来检验强夯处理的效果，如桂林国际展览中心场地就对强夯施工过程中的孔隙水压力进行监测，以检验强夯处理效果。

（5）沉降变形监测：主要是用来检验基础托换的处理效果，或检验灌浆加固开裂建筑物地基的处理效果。例如对桂林工学院教四楼联合教室的基础托换处理后的变形监测，处理后经一段时间的变形监测，地基已稳定，达到处理要求。

3.1.2.3　展望

总体来说，桂林岩溶地区地基处理，已经积累了很多的成功经验，尤其在处理溶洞、土洞或塌陷地基方面，取得了显著的成绩，但在以下方面还可以值得进一步的探讨和完善。

（1）进一步完善地基处理设计理论，改变理论相对落后于实践的局面。例如，在灌填（浆）法中，对灌浆孔的布置、灌浆压力的确定等方面，争取有较成熟的计算及理论依据；在采用梁板跨越或调整柱距措施时，设计跨越梁板的尺寸、柱距调整距离的大小，目前没有相应的计算公式，大多是凭设计人员的水平和经验。进一步探讨和完善这些地基处理设计的理论依据、计算公式具有很重要的现实意义。

（2）尝试探索运用新的地基处理方法。如可尝试采用土性改良法处理松软红粘土地基，即在松软红粘土地基中按一定比例掺入石灰、粉煤灰、矿渣、砂砾石和水泥等无机材料或其混合料，通过碾压或夯实从而改良地基土。土性改良法处理膨胀土地基已经是成熟可行的方法，是否也可借鉴其成功经验用来处理红粘土地基？

在桂林的红粘土地基中，大多呈现上硬下软的分布特征，尤其是靠近基岩附近，常分布有软、流塑粘性土，构成地基的软弱下卧层。有些建筑物场地在局部地段含有软弱下卧层，其强度或变形验算不能满足《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）的要求，不得不放弃浅基础方案而采用桩基础，加大了建设成本。此时，能否选用一些即经济又可行的处理方法，如可探讨采用土性改良或电化学加固的办法对局部地段的软弱下卧层进行处理，从而使地基的强度或变形均满足浅基础方案的要求。

（3）施工工艺方面，研究探讨更行之有效的方法。例如在溶洞灌浆中如何有效地避免漏浆，特别是在某些大溶洞、串珠状溶洞地段的堵漏问题。目前国内已有采用袋装粘土及水泥填堵溶洞及防渗堵漏的成功经验。此外，还可多积累用高压旋喷处理溶洞地基的经验。

（4）岩溶地基处理效果检验方面，除目前常用的监测检验方法外，将来可采用多种测试手段方法，如采用旁压试验、十字板剪切试验等来检验地基处理的效果，并建立经验对比关系。