石灰巖地區地基基礎處理
陽小群
韶峰水泥集團(原湘鄉水泥廠)一號窯技改工程為新建一條年產80萬噸水泥(2000噸/日熟料) 的干法生產線。包括碎石(礦石)園庫、原料預均化堆場、煤庫、水泥庫、水泥成品庫等29個 主要建筑物，建設場地為石灰巖地區。
1.工程地質特點
本廠場地內基巖除局部地段為砂巖、砂頁巖夾透鏡狀灰巖外，其余全部為棋梓橋組灰巖。覆 蓋土層厚度各地段不一，其巖性：上部以含碎石粉質粘土為主，下部多為粘土組成的二元結 構。如：一號窯的碎石原料庫，砂頁巖聯合儲庫地段覆蓋土較厚，大多數土層厚度大于10m ，最深達17.1m，上部多為粉質粘土或填土，下部以粘土為主，少數基巖面上有軟塑土，巖 溶較其他建筑地段發育，共365JT施工23個鉆孔有7個鉆孔見溶洞，鉆孔見巖溶率為30.43%。
場地地質自上而下描述如下：
1.1表土及填土層：層位編號①，耕土由含植物根屑，有機質物的粉質粘土組成，灰～褐灰 色，干～稍濕，松散～稍密狀，含植物根屑，砂巖灰巖碎石，本土層一般厚0.25m～0.60m。
1.2含碎石粉質粘土層：層位編號②，黃褐色～紅褐色含碎石粉質粘土，干～稍濕，以堅 硬、硬塑為主，下部局部為可塑狀，本層厚度為2.86m～13.40m，fk=280～240KPa。
1.3粘土層：層位編號③，為紫紅色～棕紅色或棕褐色粘土，稍濕～濕，淺層局部為干～稍 濕，硬塑～可塑，本層厚度為1.45m～15.9m，局部基巖面上有軟塑粘土存在，層位編號③ -1，fk=220～60KPa。
1.4灰巖：層位編號為④，為場地之基巖，由泥盆系中統棋梓橋組灰巖組成，傾向290°～30 0°，傾角25°左右。
地質柱狀圖如下： 本廠場地在覆蓋層內沒發現土洞，地表也無坍陷，基巖內絕大部分溶洞已被溶洞礫巖或粘性 土充填，地下水不豐富，活動不強烈，巖溶發育趨向于停止。場地內基巖面溶溝、溶槽發育 ，起伏大。如兩鉆孔相隔7.5m，基巖面高達7.0m以上，個別地段還有溶蝕漏斗帶存在，場地 內所有溶溝、溶槽或溶蝕裂隙全部被粘土或粘性土或粘性土夾碎石，或溶沿礫石填充。往深 部巖石逐步完整，溶洞溶蝕裂隙減少。
如倒錐殼水塔基礎，鉆4個孔：ZK117.50孔深116.81標高ZK2 17.60116.86ZK317.10116.89ZK418.80 116.73， 分別在8.8m、8.8m、8.4m、8.7m見基巖，由于覆蓋層為人工填土和淤泥質土，因此考慮人工 挖孔樁，結果在開挖中7根樁，最大樁長達15.4m，最小樁長達10.2m。
2.工程勘探
網點密度及鉆孔深度的探討：鑒于基巖表面溶蝕現象嚴重，在施工圖階段，不但要加密勘探 點密度，而且還應結合工程中基礎要求，補充每個基礎下的工程鉆，如一號窯石膏礦渣、碎 石輸送皮帶通廊，該場地原來是垃圾場，平基工程又將此作為棄土場，下面還有原來的下水 道，排洪溝，因這部分地質鉆探網點密度在30m以上，根據地質條件基礎365JT設計人工挖孔樁， 在施工過程中很被動，由于是排洪溝，人工挖孔樁難以穿越該段，無法排盡樁孔內大量的涌 水，改為機械鉆孔灌注樁又難以穿越排洪溝溝壁障礙物，致使樁歪斜，改大開挖要挖10余米 深，亦不經濟。只得挪動樁位，改變原基礎設計，加大承臺梁，以此來滿足要求，因此在生 產調度中心大樓設計時要求一樁一樁一鉆，以爭取主動。
重視勘探工作，不能用臨近鉆孔參考。如球形水塔，參考近處建筑鉆孔，層底深度3.5m為粉 質粘土，fk=230KPa；6.5m為粘土，fk=135KPa；6.5m以下為碎石土，fk=300KPa。選 擇碎石土為持力層，基底標高為6.6m，結果基坑開挖后，不見碎石土層，只有粘土層，且越 往下挖土質越糟，不得不基礎返工挪位，經補充勘探，粉質粘土層厚5.94m～9.66m，將基礎 持力層選擇在該層，改為加寬基礎淺埋。
鉆孔網點距離，按規范在施工圖詳勘階段。
場地類別Ⅰ類建筑Ⅱ類建筑
〖BHDG1*1/5，FK8，K8ZQ，K8ZQF〗簡單場地3.5～50m50～75m
中等復雜場地20～35m25～50m
復雜＜20m＜25m
(見工程地質手冊表2-1-3，TJ21-77規范表7)
當采用基巖作持力層時，對我廠的情況而言，上述網點距離滿足不了設計和施工要求，如碎 石庫區砂頁巖聯合儲庫，網點距離＜30m，為28.75m，29.97m，按地質剖面圖來看，設計標 高以下7m見基巖，結果在施工過程中，墩式基礎挖至17m～18m方見基巖，致使基礎工程浪費 很大，在該項工程中，±0.00以上工程費用為600萬元，±0.00以下部分工程費用超過600萬 元。
規范(TJ21—77)對巖溶地區鉆孔深度有規定，對基底面土層＞壓縮層厚且無形成土洞條件時 ，一般性孔及控制性孔可按表6
建筑類別一般性孔控制性孔
〖BHDG1*1/5，FK8，K8ZQ，K8ZQF〗
Ⅰ類10～15m15～30m
Ⅱ類6～12m12～20m
對以基巖為持力層者，鉆孔應進入完整基巖3～5m或穿透溶洞底板下3～5m，當為樁時取＞3d ，對特殊地段的鉆孔應繼續加深才能判斷：如一號窯生料均化庫ZK102～ZK105，完整基巖面 上巖性與周圍鉆孔巖性明顯不同，灰巖面上有一層深灰色砂而巖碎塊或黑色粘土存在，且厚 度較大，ZK105自4.65m開始就見深灰色砂頁巖和灰巖碎塊，直至21.39m才見十分破碎的灰巖 ，到29.74m灰巖還不太完整，據推測，可能原是灰巖溶洞，由于上覆巖層的重力作用，使其 坍塌、堆積而成。因此在諸如此類特殊地段的鉆孔必須加深，才能做出正確判斷，以便基礎 處理時，做出最佳決擇。
3.基礎處理
3.1理論基礎：建筑物的建造使地基中原有的應力狀態發生變化。這就必須運用力學方法來 研究荷載作用下地基土的變形和強度問題。地基基礎必須滿足兩個基本條件：要求作用于地 基的荷載不超過地基的承載能力，保證地基在防止整體破壞方面有足夠的安全儲備；控制基 礎沉降使之不超過地基的容許變形值，保證建筑不因地基變形而損壞或者影響其正常使用。
巖石地基常具有強度高和壓縮性低的特點，常見的石灰巖，如構造裂隙發育，則受力時容易 破裂，并有遇水后易受侵蝕的特點，當作為建筑的地基時，其中較大的裂隙宜用水泥砂漿填 實。下臥基巖表面坡度較大的地基，可調整基礎深度，寬度或采用樁基和深基礎等處理措施 。如：可將條形基礎沿基巖的傾斜方向分段、加深、作成階梯形基底。
根據建筑地基基礎設計規范GBJ7—89，對于石芽密布并有出露的地基，如石芽間距小于2m， 其間為硬塑或堅硬狀態的紅粘土，當房屋為六層和六層以下的砌體承重結構、三層和三層以 下的框架結構或具有15t和15t以下吊車的單層排架結構，其基底壓
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力小于200KPa時，可不作 地基處理。
3.2在巖溶地區，當基礎底面以下的土層厚度大于3倍獨立基礎底寬，或大于6倍條形基礎底 寬， 且在使用期間不具備形成土洞的條件時，不考慮巖溶對地基穩定性的影響。基礎位于微風化 硬質巖石表面時，對于寬度小于1m的豎向溶蝕裂隙和落水洞近旁地段，可不考慮其對基穩定 性的影響。如地質條件符合下列情況之一時，可不考慮溶洞對地期穩定性的影響：①溶洞被 密實的沉積物填滿，其承載力超過150KPa，且無被水沖蝕的可能性。②洞體較小，基礎尺寸 大小于洞的平面尺寸，并有足夠的支承長度。③微風化的硬質巖石中，洞體頂板厚度接近或 大于洞跨。
在滿足地基穩定和變形要求前提下，基礎應盡量淺埋，當上層地基的承載力大于下層土時， 宜利用上層土作持力層。
3.3對地基穩定性有影響的巖溶洞隙，應根據其位置、大小、埋深、圍巖穩定性和水文地質 條件綜合分析，因地制宜采取處理措施：①對洞口較小的洞隙，宜采用鑲補，嵌塞與跨蓋等 方法處理；②對于圍巖不穩定、風化裂隙破碎的巖體，可采用灌漿加固和清爆填塞等措施。 樁基工程是否能實現其預定功能，并做到先進、經濟合理，完全取決于設計與施工質量。設 計中應綜合考慮的因素主要有：地質條件、上部結構類型、荷載特征、施工365JT技術、施工環境 、檢測條件等。如一號窯墩是個箱形結構，箱頂支承大窯筒體，箱內為加油泵房，設計8根 ?1500mm鉆孔樁，成樁后，經省建四公司樁基檢測中心應用低變法中動參數法檢測柱身有缺 陷，單樁承載力不能滿足設計要求，固其檢測中心出具檢測報告是有效的，我們無法否認， 故只能進行加樁處理，因此，樁基以人工挖孔樁為宜。
3.4根據以上地基基礎處理的理論基礎及對本廠場地工程地質特點及工程勘探，對石灰巖地 區地基基礎處理提出如下幾點方法：
(1)充分挖掘地基土的潛力，最大限度地利用上覆土層 ，盡可能采用淺基礎，盡量不碰基巖，因基巖面復雜，處理起來費時、費工、費錢。
(2)樁 基以人工挖孔樁為宜，生產調度中心樓(13層)原設計擬采用大直徑鉆孔樁(?1000～?1400) ，但鉆孔樁進入灰巖時，會碰到溶溝、溶槽、裂隙等，致使鉆孔樁進入灰巖時，會碰到溶溝 、溶槽、裂隙等，致使漏漿，無法繼續往下鉆，遇到軟硬不一的介質，造成成孔歪斜，因而 以人工挖孔樁開挖并采用小爆破清底，對傾斜面挖孔樁壁可這樣處理：①把基巖面鑿成臺階 ；②必要時在樁底增加鋼筋錨樁，對檢查樁底有無溶洞，可采用手風鉆鉆入基巖＞2.5m。
(3)溶溝溶槽的處理：將充填物清除，用砼回填，如原煤均化堆場，39m跨預應力門式剛架， 獨立柱基杯形基礎，少數基礎基底有溶溝，寬達0.8m～1m，深達2m，溶溝內均由粘土充填， 將粘土掏盡，直至無法再掏時，用同基礎強度等級砼澆灌平基底，上部按圖施工，建成后， 無不良現象發生。
(4)溶洞處理：煤庫地段溶洞較為發育，煤提升機房4個孔有3個孔存在溶洞，煤庫31m跨的儲 庫，22個基礎有8個溶洞，相鄰溶洞無串連，采用灌水泥漿填充的方式處理，建成后無不良 現象發生。
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