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[摘要] 本文结合具体的工程概况，分析了不良地质现象对工程的危害性，对岩溶地区复杂地质条件下基础的设计进行了分析。可供同类工程参考。
[关键词] 岩溶地区；桩基；冲孔桩；基础设计
概述
岩石是一种高强度的天然材料，也是一种脆性破裂性材料，原生裂隙面和次生裂隙面是岩体破坏的薄弱面，因此溶洞与高倾角溶隙会降低桩端岩体承载力。受高倾角的影响，加之岩溶岩地下水的浸混蚀作用，使与灰岩直接接触的冲积土层局部软化、吸收镂空，形成软弱地质体——土洞，易造成地表沉降。这些土洞与灰岩溶隙导通，存在着密切的水力联系，造成孔内严重漏水，降低地基承载力，影响基础的稳定性。当采用天然地基不能满足设计要求时，通常采用深基础。比如复合地基、钻孔桩、管桩、冲孔桩等都有应用，但应用较多的是冲孔桩。下文对岩溶地区复杂地质条件下基础的设计进行了分析。
二、工程概况及地质条件
1工程概况
某工程总建筑面积约12万m2，其中公寓地上98m,30层，地下二层。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.10g，第一组，Tg=0.35s，建筑场地类别为Ⅱ类。基本风压ω0=0.75kN/m2，地面粗糙度B类。
公寓采用框支剪力墙结构，基础采用冲孔灌注桩筏板复合地基，转换层结构平面见图1，基础平面图见图2，桩型见表1。
2地质条件
场地内埋藏地层的岩性自上而下依次为：a）．填土，厚度约0.80-5.00m，平均2.64m；b）.粉质粘土，厚度约 1.20-10.0m,平均5.11m；c)．粉细砂，厚度约0.60-3.50m，平均1.92m；d)．中粗砂，厚度约0.60-6.50m，平均3.56m；e)．含碎石粉质粘土，厚度约4.50-18.80m，平均8.94m；f)．含砾粉质粘土，厚度约1.30-11.80m，平均7.12m；g).石炭系下统灰岩，灰岩（大理岩）。
场地位于可溶性灰岩分布区，岩面溶蚀现象明显，溶洞洞高0.05~10.30m，平均4.24m。大部分溶洞为全填充，填充物为流~软塑状含砾粉质粘土，个别溶洞无填充物或半填充松散状砂砾。溶洞间岩石破碎，基岩面一般漏水，岩溶较为发育，基岩面形成波状起伏，高低不平，溶沟、石芽发育，一方面溶洞发育，且具多层溶洞发育。本工程初勘结果已经发现场地内有溶洞的存在，因此详勘时勘探孔要求加密到10m左右一个钻孔，详勘总钻孔102个，其中60个钻孔发现一至多层溶洞，合计122个，见洞率高达60%，对基础选型及基础施工带来一定难度。典型剖面见图3，4。
三、基础选型
1、人工挖孔灌注桩
其优点单桩承载力高、施工质量易控制、施工速度快、沉降及不均匀沉降小、造价低等。本工程地下水较丰富，勘察反映稳定水位埋深为1.70m~6.80m。如果采用人工挖孔桩，势必要降水处理，如果大面积降水，周围地面将产生下陷、地下土洞发育等不良后果；如果做止水帷幕，深度不宜控制。本工程地下存在大量溶洞，同时探明基岩面起伏较大，施工也有一定危险及困难。地下水及溶洞的存在，使施工危险性大，施工也有一定困难，不应采用。
2 、桩筏复合地基，以预应力管桩改善地基承载力，由桩、筏板和地基三者共同承担上部荷载，充分利用桩基承载力、控制建筑沉降，又能利用桩间土分担部分荷载，其优点施工质量易控制、施工速度快、不均匀沉降小，处理深度大等优点。本工程场地内基岩起伏较大，埋深（从自然地面算）在9.000m~34.450m，预应力管桩的沉桩施工难度较大，承载力不均匀，造价较高，不宜采用。如果将预应力管桩改为CFG桩，做到满足30层楼的承载力，同样造价很高，不宜采用。
3、钻孔灌注桩，是一种承载力高、适应性强、经济合理、安全可靠、噪音低、对相邻楼宇影响小、施工安全性好等诸多优点。其缺点是质量控制直观性差，施工工艺较为复杂，水下混凝土施工要求严格，易出现孔底沉泥、夹渣、缩颈、露筋、离析、浮浆夹层等缺陷，但施工控制的好依然可行。但本工程基岩起伏较大，且有溶洞存在，施工上很难钻穿溶洞达到稳定持力层，不宜采用。
4、冲孔灌注桩，优缺点同钻孔灌注桩，但冲孔灌注桩能适合于各种地形，同时对于本工程地质条件而言能钻穿溶洞达到稳定持力层，适宜本工程采用。通过上述比较，冲孔灌注桩可有效地穿透各类土层，成孔适应性强，达到稳定持力层。经过建设单位、地勘单位、施工单位、设计单位共同协商，得到普遍认可。同时近年来本地区已广泛使用冲孔灌注桩，积累了许多施工经验，适宜本工程采用。
四、基础设计
1、冲孔灌注桩考虑问题
详勘布点时应考虑到采用冲孔灌注桩，勘探点应布置在柱位下，一柱一钻孔，柱下每个钻孔均应钻到稳定基岩下不小于5.0m。在施工前应进行超前钻，较大大直径桩（桩径大于2.0m）桩位置应不少于3各钻孔，其它桩位至少一桩一钻孔。设计中应根据详勘及超前钻资料，每桩每柱分别计算单桩承载力，同一栋楼中单桩承载力可能相差很多，然后根据计算的单桩承载力和柱下反力确定柱下桩数、桩径及承台分布，合理采用不同直徑桩。
2、冲孔灌注桩的设计
在单桩容许承载力确定后,根据上部荷载大小和分布,进行布桩设计。由于荷载大而集中,在单桩能满足设计的情况下尽量采用单柱单桩，对核心筒及柱下荷载大采用多桩及群桩承台形式。布置原则如下:按荷重大小、分布及地层结构,选定不同的桩长、桩径和持力层深度、不同的单桩承载力；控制桩中距不小于3D；对每个承台群桩的布置,均力求使群桩形心与外荷载作用点相重合,使桩基在受水平力和弯矩作用时有较大的抵抗矩。
超前钻揭露的同一桩下持力层高差变化较大时，改为小直径多桩承台，通过多桩承台将上部结构抬起。这样施工成孔有保证，冲孔进度快，施工造价容易控制，实践证明安全可靠，保证了工程的顺利进行。
本工程建筑物基础为低桩承台,在偏心荷载的作用下。单桩顶所分担的垂直力和水平力均按规程公式计算。当桩顶承台厚度不小于2000mm,桩身内钢筋可靠锚入其中,且承台刚度较大时,可考虑在水平地震力作用下,承台与基桩协同工作以及承台侧土的弹性抗力作用。由于单桩承载力较高，桩身强度计算采用C35才能满足要求。
承台的平面尺寸,主要根据群桩和上部结构的布置决定,厚度由上柱和桩顶冲切计算以及刚度构造要求确定,配筋由承台板的抗弯计算确定。
五、基础施工问题的处理及检测
1 、施工前的超前钻发现，在同一大直径桩基基础下，稳定基岩高差变化非常大。如果要按原设计布置一根大直径桩基施工，需要回填大量碎石，不但造成巨大浪费，同时存在偏桩的可能而且施工工期得不到保证。经过仔细分析，设计上采用一桩（大直径）改多桩（小直径）的方式，通过承台将上部结构抬起。这样修改，施工进度、造价、质量均得到很好保证，通过实践证明，结构安全可靠。
2 、桩基检测
桩基检测包括：桩身完整性、桩基承载力、桩端持力层的验证。
桩身完整性采用超声波检测，检测桩基均为合格桩，证明桩身施工质量有可靠保证。
桩基承载力的检测由于受到现行试验条件的限制，对单桩竖向承载力小于10000kN的桩基，选取有代表性的进行静载实验。静载实验示意详见图5，实验数据详见表2，实验数据证明设计、施工满足要求。根据静载实验结论，反算出桩端持力层承载力，同时结合地勘资料，验算大直径桩桩基承载力均满足规范及计算要求。
根据规范要求，对灌注桩桩基进行钻芯检测，一是验证桩身质量，而是对桩端持力层进行验证。检测结果大部分均满足规范要求，部分桩端钻芯发现桩端仍有溶洞的存在，此时有关单位要求补桩处理。设计上与地勘单位及参考超前钻的情况协调分析，认为此部分为溶洞为裂隙，桩端下存在稳定基岩，对检测到的溶洞不用过分担心。针对此情况设计上对桩基承载力进行了折减20%，同时加大底板厚度，使桩基形成群桩效应，考虑按复合地基计算基础承载力。由于单桩承载力及刚度较大，可考虑基础下土体承载力的10%~15%计入土的承载力作用，让桩土共同作用形成桩筏基础，经设计验算能满足工程使用要求。避免了补桩对工程的影响，为甲方节省拉大量的施工时间。
四、结束语
经过对本工程地质情况的分析及基础的设计与施工配合，得出以下结论:
（1）对地质条件复杂的工程，结构及地勘专业应早期介入，尽早熟悉地质情况，避免施工图阶段出现大的反复，造成工期延误。对发现溶洞地区，施工前应进行超前钻。
(2)岩溶地区如果存在土洞和溶洞，不应采用人工挖孔灌注桩；高层建筑承载力要求较高时不宜采用管桩+筏板复合地基；基岩为微风化时不应采用钻孔灌注桩。
(3)在溶岩地区的高层建筑，岩层面如果埋深变化剧烈，溶洞、土洞、临空面较发育地段，且上部建筑荷载较大时，通过方案比较，宜优先采用冲孔灌注桩基础方案。
(4)根据现场条件及施工机具限制，为保证施工进度及质量，桩直径尽量控制在1500mm以下。单桩承载力小于柱底内力可以通过设置多桩，通过承台转换的结构形式满足工程需要。
(5)对桩端下稳定基岩内存在的局部溶槽不用过分担心，通过一定的加强措施，例如可以考虑利用桩土共同作用的复合地基计算，可以确保结构安全。
参考文献
[1]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
[2]《建筑桩基技术规程》JGJ 94-2008
[3]广东省《预应力混凝土管桩基础技术规程》
[4]广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）
[5]《深圳地区基桩质量检测技术规程》（SJG 09- 99）
作者简介：吴涛（1978-）， 男，江西省宁都县人， 中级工程师，学士，研究方向：结构工程。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
[关键词] 岩溶地区；桩基；冲孔桩；基础设计
概述
岩石是一种高强度的天然材料，也是一种脆性破裂性材料，原生裂隙面和次生裂隙面是岩体破坏的薄弱面，因此溶洞与高倾角溶隙会降低桩端岩体承载力。受高倾角的影响，加之岩溶岩地下水的浸混蚀作用，使与灰岩直接接触的冲积土层局部软化、吸收镂空，形成软弱地质体——土洞，易造成地表沉降。这些土洞与灰岩溶隙导通，存在着密切的水力联系，造成孔内严重漏水，降低地基承载力，影响基础的稳定性。当采用天然地基不能满足设计要求时，通常采用深基础。比如复合地基、钻孔桩、管桩、冲孔桩等都有应用，但应用较多的是冲孔桩。下文对岩溶地区复杂地质条件下基础的设计进行了分析。
二、工程概况及地质条件
1工程概况
某工程总建筑面积约12万m2，其中公寓地上98m,30层，地下二层。抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度0.10g，第一组，Tg=0.35s，建筑场地类别为Ⅱ类。基本风压ω0=0.75kN/m2，地面粗糙度B类。
公寓采用框支剪力墙结构，基础采用冲孔灌注桩筏板复合地基，转换层结构平面见图1，基础平面图见图2，桩型见表1。
2地质条件
场地内埋藏地层的岩性自上而下依次为：a）．填土，厚度约0.80-5.00m，平均2.64m；b）.粉质粘土，厚度约 1.20-10.0m,平均5.11m；c)．粉细砂，厚度约0.60-3.50m，平均1.92m；d)．中粗砂，厚度约0.60-6.50m，平均3.56m；e)．含碎石粉质粘土，厚度约4.50-18.80m，平均8.94m；f)．含砾粉质粘土，厚度约1.30-11.80m，平均7.12m；g).石炭系下统灰岩，灰岩（大理岩）。
场地位于可溶性灰岩分布区，岩面溶蚀现象明显，溶洞洞高0.05~10.30m，平均4.24m。大部分溶洞为全填充，填充物为流~软塑状含砾粉质粘土，个别溶洞无填充物或半填充松散状砂砾。溶洞间岩石破碎，基岩面一般漏水，岩溶较为发育，基岩面形成波状起伏，高低不平，溶沟、石芽发育，一方面溶洞发育，且具多层溶洞发育。本工程初勘结果已经发现场地内有溶洞的存在，因此详勘时勘探孔要求加密到10m左右一个钻孔，详勘总钻孔102个，其中60个钻孔发现一至多层溶洞，合计122个，见洞率高达60%，对基础选型及基础施工带来一定难度。典型剖面见图3，4。
三、基础选型
1、人工挖孔灌注桩
其优点单桩承载力高、施工质量易控制、施工速度快、沉降及不均匀沉降小、造价低等。本工程地下水较丰富，勘察反映稳定水位埋深为1.70m~6.80m。如果采用人工挖孔桩，势必要降水处理，如果大面积降水，周围地面将产生下陷、地下土洞发育等不良后果；如果做止水帷幕，深度不宜控制。本工程地下存在大量溶洞，同时探明基岩面起伏较大，施工也有一定危险及困难。地下水及溶洞的存在，使施工危险性大，施工也有一定困难，不应采用。
2 、桩筏复合地基，以预应力管桩改善地基承载力，由桩、筏板和地基三者共同承担上部荷载，充分利用桩基承载力、控制建筑沉降，又能利用桩间土分担部分荷载，其优点施工质量易控制、施工速度快、不均匀沉降小，处理深度大等优点。本工程场地内基岩起伏较大，埋深（从自然地面算）在9.000m~34.450m，预应力管桩的沉桩施工难度较大，承载力不均匀，造价较高，不宜采用。如果将预应力管桩改为CFG桩，做到满足30层楼的承载力，同样造价很高，不宜采用。
3、钻孔灌注桩，是一种承载力高、适应性强、经济合理、安全可靠、噪音低、对相邻楼宇影响小、施工安全性好等诸多优点。其缺点是质量控制直观性差，施工工艺较为复杂，水下混凝土施工要求严格，易出现孔底沉泥、夹渣、缩颈、露筋、离析、浮浆夹层等缺陷，但施工控制的好依然可行。但本工程基岩起伏较大，且有溶洞存在，施工上很难钻穿溶洞达到稳定持力层，不宜采用。
4、冲孔灌注桩，优缺点同钻孔灌注桩，但冲孔灌注桩能适合于各种地形，同时对于本工程地质条件而言能钻穿溶洞达到稳定持力层，适宜本工程采用。通过上述比较，冲孔灌注桩可有效地穿透各类土层，成孔适应性强，达到稳定持力层。经过建设单位、地勘单位、施工单位、设计单位共同协商，得到普遍认可。同时近年来本地区已广泛使用冲孔灌注桩，积累了许多施工经验，适宜本工程采用。
四、基础设计
1、冲孔灌注桩考虑问题
详勘布点时应考虑到采用冲孔灌注桩，勘探点应布置在柱位下，一柱一钻孔，柱下每个钻孔均应钻到稳定基岩下不小于5.0m。在施工前应进行超前钻，较大大直径桩（桩径大于2.0m）桩位置应不少于3各钻孔，其它桩位至少一桩一钻孔。设计中应根据详勘及超前钻资料，每桩每柱分别计算单桩承载力，同一栋楼中单桩承载力可能相差很多，然后根据计算的单桩承载力和柱下反力确定柱下桩数、桩径及承台分布，合理采用不同直徑桩。
2、冲孔灌注桩的设计
在单桩容许承载力确定后,根据上部荷载大小和分布,进行布桩设计。由于荷载大而集中,在单桩能满足设计的情况下尽量采用单柱单桩，对核心筒及柱下荷载大采用多桩及群桩承台形式。布置原则如下:按荷重大小、分布及地层结构,选定不同的桩长、桩径和持力层深度、不同的单桩承载力；控制桩中距不小于3D；对每个承台群桩的布置,均力求使群桩形心与外荷载作用点相重合,使桩基在受水平力和弯矩作用时有较大的抵抗矩。
超前钻揭露的同一桩下持力层高差变化较大时，改为小直径多桩承台，通过多桩承台将上部结构抬起。这样施工成孔有保证，冲孔进度快，施工造价容易控制，实践证明安全可靠，保证了工程的顺利进行。
本工程建筑物基础为低桩承台,在偏心荷载的作用下。单桩顶所分担的垂直力和水平力均按规程公式计算。当桩顶承台厚度不小于2000mm,桩身内钢筋可靠锚入其中,且承台刚度较大时,可考虑在水平地震力作用下,承台与基桩协同工作以及承台侧土的弹性抗力作用。由于单桩承载力较高，桩身强度计算采用C35才能满足要求。
承台的平面尺寸,主要根据群桩和上部结构的布置决定,厚度由上柱和桩顶冲切计算以及刚度构造要求确定,配筋由承台板的抗弯计算确定。
五、基础施工问题的处理及检测
1 、施工前的超前钻发现，在同一大直径桩基基础下，稳定基岩高差变化非常大。如果要按原设计布置一根大直径桩基施工，需要回填大量碎石，不但造成巨大浪费，同时存在偏桩的可能而且施工工期得不到保证。经过仔细分析，设计上采用一桩（大直径）改多桩（小直径）的方式，通过承台将上部结构抬起。这样修改，施工进度、造价、质量均得到很好保证，通过实践证明，结构安全可靠。
2 、桩基检测
桩基检测包括：桩身完整性、桩基承载力、桩端持力层的验证。
桩身完整性采用超声波检测，检测桩基均为合格桩，证明桩身施工质量有可靠保证。
桩基承载力的检测由于受到现行试验条件的限制，对单桩竖向承载力小于10000kN的桩基，选取有代表性的进行静载实验。静载实验示意详见图5，实验数据详见表2，实验数据证明设计、施工满足要求。根据静载实验结论，反算出桩端持力层承载力，同时结合地勘资料，验算大直径桩桩基承载力均满足规范及计算要求。
根据规范要求，对灌注桩桩基进行钻芯检测，一是验证桩身质量，而是对桩端持力层进行验证。检测结果大部分均满足规范要求，部分桩端钻芯发现桩端仍有溶洞的存在，此时有关单位要求补桩处理。设计上与地勘单位及参考超前钻的情况协调分析，认为此部分为溶洞为裂隙，桩端下存在稳定基岩，对检测到的溶洞不用过分担心。针对此情况设计上对桩基承载力进行了折减20%，同时加大底板厚度，使桩基形成群桩效应，考虑按复合地基计算基础承载力。由于单桩承载力及刚度较大，可考虑基础下土体承载力的10%~15%计入土的承载力作用，让桩土共同作用形成桩筏基础，经设计验算能满足工程使用要求。避免了补桩对工程的影响，为甲方节省拉大量的施工时间。
四、结束语
经过对本工程地质情况的分析及基础的设计与施工配合，得出以下结论:
（1）对地质条件复杂的工程，结构及地勘专业应早期介入，尽早熟悉地质情况，避免施工图阶段出现大的反复，造成工期延误。对发现溶洞地区，施工前应进行超前钻。
(2)岩溶地区如果存在土洞和溶洞，不应采用人工挖孔灌注桩；高层建筑承载力要求较高时不宜采用管桩+筏板复合地基；基岩为微风化时不应采用钻孔灌注桩。
(3)在溶岩地区的高层建筑，岩层面如果埋深变化剧烈，溶洞、土洞、临空面较发育地段，且上部建筑荷载较大时，通过方案比较，宜优先采用冲孔灌注桩基础方案。
(4)根据现场条件及施工机具限制，为保证施工进度及质量，桩直径尽量控制在1500mm以下。单桩承载力小于柱底内力可以通过设置多桩，通过承台转换的结构形式满足工程需要。
(5)对桩端下稳定基岩内存在的局部溶槽不用过分担心，通过一定的加强措施，例如可以考虑利用桩土共同作用的复合地基计算，可以确保结构安全。
参考文献
[1]《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002
[2]《建筑桩基技术规程》JGJ 94-2008
[3]广东省《预应力混凝土管桩基础技术规程》
[4]广东省标准《建筑地基基础设计规范》（DBJ15-31-2003）
[5]《深圳地区基桩质量检测技术规程》（SJG 09- 99）
作者简介：吴涛（1978-）， 男，江西省宁都县人， 中级工程师，学士，研究方向：结构工程。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。