淺析武漢市巖溶地段建筑地基處理與基礎選型

左義華

(中南勘察設計院集團有限公司，湖北武漢 430071)

巖溶是一種不良地質現象，是可溶性巖在地下水的溶蝕作用下產生的不同地質形態。巖溶發育須具備三個基本條件:1)場地分布有可溶性巖層，如石灰巖、白云巖等碳酸鹽巖類;2)具溶蝕能力的地下水;3)地下水具有良好的循環流通條件。

1 武漢市區巖溶種類與空間分布

1.1 武漢市巖溶種類特征

武漢市巖溶主要有覆蓋型和埋藏型兩種，裸露型巖溶在市區極少分布。覆蓋型巖溶，由于碳酸鹽巖類之上直接覆蓋著第四系松散堆積物，故對建筑場地及地基穩定影響較大。埋藏型巖溶，碳酸鹽巖類之上有較厚的白堊～下第三系巖層，由于埋深大，其上有較大厚度的非可溶性巖層覆蓋，故對場地穩定性影響很小。

1.2 武漢市覆蓋型巖溶空間分布

武漢市地處長江中游，長江大致由南向北穿過武漢市區，武漢市地貌以長江為基準向兩側延展可劃分為長江Ⅰ級階地、長江Ⅱ級階地、長江Ⅲ級階地(壟崗地段)三個大的單元。受區域地質構造控制，武漢市覆蓋型巖溶分布大致分北、中、南三個條帶，走向均近東西向，基本上跨越了三個大的地貌單元，因而武漢市三大地貌單元都有覆蓋型巖溶分布，只是范圍大小不同而已。

1.3 覆蓋型巖溶主要形態

武漢市覆蓋型巖溶地段分布的碳酸鹽巖類主要為石灰巖和白云巖，巖溶一般在巖層表面或巖層上部一定深度內發育，巖層表面巖溶形態一般有石芽、溶溝、溶槽，巖層內巖溶形態一般為溶洞、裂隙，溶洞內大多被軟～可塑狀粘性土充填。

2 武漢市不同地貌單元巖溶區地層分布特征

武漢市巖溶地段所處的地貌單元不同，其上第四系覆蓋層地層分布及性質亦有所不同，主要有以下三種情況:

1)長江Ⅰ級階地:長江Ⅰ級階地第四系覆蓋層具典型的二元結構特征，上部為可～軟塑的粘性土，下部為稍密～密實的砂類土，長江Ⅰ級階地上的巖溶往往與砂層直接接觸，砂層為承壓水含水層，砂層承壓水與長江有水力聯系，而砂土無粘聚性，容易受地下水流動而坍塌至巖溶孔洞中，造成地面塌陷。武漢市地面塌陷大多發生在此種巖溶地段。

2)長江Ⅰ級階地后緣與長江Ⅱ級階地:此種地貌單元覆蓋層上部為可～軟塑粘性土，其下為稍密～密實砂類土，砂土以下為可～硬塑粘性土，故此種地貌單元上的巖溶沒有與砂類土直接接觸，巖溶之上覆蓋有粘性土，粘性土有一定粘聚力，具跨蓋作用，又是隔水層，將砂層承壓水與巖溶水隔開，使二者無水力聯系，此種巖溶地段一般不發生地面塌陷。

3)長江Ⅲ級階地(壟崗地段):長江Ⅲ級階地(壟崗地段)覆蓋層以第四系老粘性土為主，此種地貌單元上的巖溶覆蓋層上部有厚度不大的可塑狀一般粘性土，下部大多是硬塑～堅硬狀態的老粘性土，石灰巖層面上一般分布有可～硬塑狀紅粘土。此種巖溶地段也不是武漢市地面塌陷區。

3 不同地貌單元巖溶區地基處理方式

在巖溶區進行工程建設，首先要通過工程地質勘察查明場地巖溶發育情況，必要時輔以地球物理勘探。根據國家規范，巖溶區工程地質勘察，除與施工圖設計階段相對應的詳細勘察外，還需要進行施工勘察，針對具體的基礎型式，在基礎施工前，準確查明基礎下巖溶發育情況?；A采用天然地基淺基礎(如獨立基礎、筏板基礎)時，施工勘察逐柱布置勘探孔，基礎采用樁基礎時，施工勘察逐樁布置勘探孔。對施工勘察發現的巖溶情況通常作如下處理:

1)長江Ⅰ級階地上與砂層直接接觸的巖溶，需在場地四周設置落底式隔水帷幕，在場區內對一定深度內的砂土層進行深層攪拌封底，并對溶洞進行灌填處理，確保場地穩定，不發生地面塌陷，在此類巖溶區進行工程建設，代價較大。

2)對于沒有與砂土層直接接觸的長江Ⅰ級階地后緣、長江Ⅱ級階地及長江Ⅲ級階地(壟崗地段)上的巖溶，可只對施工勘察時發現的溶洞進行灌填處理。

4 不同地貌單元巖溶區基礎選型原則

4.1 長江Ⅰ級階地上直接覆蓋砂類土的巖溶區

武漢市相關文件規定，此種地段是潛在地面塌陷區，原則上不宜作為建設用地，如進行工程建設，在通過必要的地基處理后，不論建筑物規模大小、層數高低，基礎一律采用鉆孔嵌巖樁，樁基施工前采用一樁一孔或一樁多孔進行施工勘察(超前鉆)，樁端進入完成基巖(石灰巖或白云巖)不小于2.0 m，且保證樁端下5.0 m范圍內無溶洞存在。

4.2 長江Ⅰ級階地后緣與長江Ⅱ級階地上巖溶區

此類地段可溶性基巖表面覆蓋有一定厚度的粘性土，砂土與巖溶沒有直接接觸，但上部覆蓋層一般為軟弱土層，低承載力，高壓縮性，不能作天然地基。當巖層上粘性土層厚度經驗算滿足穩定性要求時，對層數不高、荷載不大的建筑物可采用復合地基或摩擦型樁基，以覆蓋層下部強度較好的砂土層作復合地基或摩擦型樁基持力層。

4.3 長江Ⅲ級階地(壟崗地段)的巖溶區

此類地段可溶性基巖之上覆蓋層大多為強度較好的老粘性土，基礎型式選擇可分為以下三種情況:

1)天然地基及淺基礎:當基底下土層厚度滿足巖溶穩定性要求，且在覆蓋層上部能找到滿足荷載要求的持力層時，可直接采用天然地基淺基礎，如獨立基礎或筏板基礎。

2)復合地基或摩擦樁:當基底下土層厚度滿足巖溶穩定性要求，但上部土層不能作天然地基時，可采用復合地基或摩擦型樁基。為避免下部巖溶對樁端的影響，復合地基單樁、摩擦型樁樁端與巖層之間土體厚度應滿足巖溶穩定性要求。石灰巖、白云巖等可溶性碳酸巖層面一般分布有一定厚度的紅粘土，紅粘土上硬下軟，是上部持力層的相對軟弱下臥層，采用復合地基，不僅提高了持力層的承載力，同時提高了軟弱下臥層的強度。

3)嵌巖樁:對超高層建筑，當采用天然地基、復合地基及摩擦型樁基均不能滿足承載力或變形要求時，只能用嵌巖樁。

5 巖溶區各種勘察階段鉆孔的回填處理

5.1 巖溶區勘察鉆孔不作回填處理的危害

如前所述，巖溶發育的一個基本條件是良好的水的循環流通條件。巖溶場地地下水一般分下部巖層巖溶水及上部上層滯水(由地表水及大氣降水補給)，長江Ⅰ級、Ⅱ級階地砂層還含有長江承壓水，自然狀態下，上層滯水與承壓水、巖溶裂隙水有粘性土層阻隔而無水力聯系，而勘察鉆孔鉆穿了隔水層，打開了各含水層水力聯系通道，給巖溶發育創造了便利條件，時間久了，上部土層還會從這種水流通道中流失，破壞了原始狀態下地層穩定，形成土洞、落水洞，造成地面沉降。

5.2 巖溶區鉆孔的回填處理方法

原則上，所有勘察鉆孔均需進行回填，盡量恢復地層原狀，而巖溶區鉆孔回填質量則要求更高。

詳細勘察鉆孔要求“以土還土、以砂還砂”方式回填，重點是封堵上、下含水層之間的聯系。

天然地基、復合地基“一柱一孔”施工勘察鉆孔，處于基礎范圍內，應采用高標號水泥漿注漿灌填，一方面，土層段注漿，恢復地基土強度，另一方面，巖層段注漿，對潛在巖溶進行了處理，對地基整體穩定性有利。

嵌巖樁“一樁一孔或一樁多孔”施工勘察(超前鉆)鉆孔，因隨后要原位進行鉆孔樁施工成孔、灌注混凝土成樁，可不進行鉆孔回填。

6 結語

巖溶地基是工程地質勘察和設計人員必須嚴肅對待的一個難題，問題的難在于巖溶發育的無規律性和深埋在地層深處的不可預見性。本文嘗試從武漢市各種地貌單元著手，通過分析不同地貌單元上的地層分布及特征，歸納總結了不同地貌單元上巖溶地段地基處理方式與基礎選型，不求計算精確，但求判斷準確，供從事工程地質勘察和設計人員參考。