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平果铝厂岩溶地基处理方法
平果铝建设监理有限公司 朱洪流
摘要：在充分收集和研究平果铝厂岩土工程条件的基础上，本文阐述了厂区的岩溶发育特征，总结研究了平果铝厂的岩溶地基处理方法，为系统研究岩溶地区地基处理措施提供科学依据。
关键词：岩溶；岩溶发育特征；地基处理
1、前言
平果铝厂是九十年代投产的大型现代化铝工业联合企业。该厂位于右江活动性断裂带形成的岩溶准平原区，处在右江南岸，厂址面积达4km2，地质构造复杂、岩溶十分发育、且属地震设防烈度为7度的地震区，是典型的裸露型岩溶发育区。而岩溶所引起的各种地基变形破坏，会严重影响到建筑物的安全。因此在岩溶发育区修建建筑物，岩溶地基稳定问题就成为工程建设中的突出问题。因此，科学地评价岩溶地基的稳定性，显得非常重要与必要，据此征对不同岩溶形态，采用经济、合理、有效的方法进行地基处理，对岩溶地区的建设有着重大的技术价值和经济意义。
2、厂区岩溶发育特征[1]
2.1 厂区岩溶地貌单元属溶蚀准平原。其地形除有5座孤峰外，地面起伏不平，标高介于100～120m之间，右江河谷下切深度为30～40m。现阶段岩溶发育已处于相对稳定状态。
2.2 厂区属碳酸盐岩区，岩溶类型总体而言属裸露型岩溶。在基岩裸露面积占50%以上，第四系覆盖土层未形成大面积的连续覆盖，仅在部分低洼地段呈局部地成片分布，覆盖土层厚度一般＜6m，最厚为12m。
2.3 厂区岩溶发育，岩溶发育深度主要在浅部，以垂直岩溶形态为主，发育程度随深度增加而减弱。岩溶现象出现在地面以下深度8m，基岩面以下深度4m的范围内，超出此深度范围后，岩溶现象显著减少。
厂区内在不同深度段钻孔见岩溶现象比率统计如下表1：
表1 不同深度段钻孔见岩溶现象比率
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钻孔见岩溶现象
深度分段
（m） |
钻孔见岩溶现象
统计次数
（次） |
不同深度钻孔
见岩溶现象次数
（次） |
不同深度钻孔
见岩溶现象比率
（%） |
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地面以下 |
＜4
4-8
＞8 |
5336 |
3842
1387
107 |
72
26
2 |
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基岩面以下 |
＜2
2-4
＞4 |
5336 |
2134
2081
1121 |
40
39
21 |
2.4 地基中岩溶形态主要为造成基岩面凹凸起伏的石芽和溶沟，溶蚀裂隙次之，溶洞少见。地基中不同岩溶形态比率如下表2：
表2 地基中不同岩溶形态比率
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岩溶形态 |
岩溶现象总数
（个） |
不同形态岩溶现象
（个） |
不同形态岩溶现象比率
（%） |
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石芽、溶沟
溶蚀裂隙
溶洞 |
4238 |
2373
1483
382 |
56
35
9 |
2.5 岩溶个体规模一般较小，地基中基岩体内洞隙尺寸统计如下表3：
表3 地基中基岩体内洞隙尺寸统计
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发现的基岩体内
洞隙总数
（个） |
钻探推测的溶隙
宽度或溶洞跨度
（m） |
不同尺寸
的洞隙数
（个） |
不同尺寸
洞隙的比率
（%） |
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3642 |
＜0.5
0.5～1
1～2
＞2 |
1166
1457
874
145 |
32
40
24
4 |
2.6第四系覆盖层中含较多的蚀余孤石。厂区第四系覆盖层主要为红粘土，在158个探井中，经实测挖穿土层的探井井壁上孤石面积和块径，统计出土层中孤石面积比率如下表4、孤石块径大小如下表5：
表4 第四系覆盖土层中孤石面积比率
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参加统计的探井数
（个） |
探井井壁累计面积
（m2） |
井壁上孤石累计面积
（m2） |
土层中孤石面积比率
（%） |
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158 |
1896 |
588 |
31 |
表5 孤石块径统计
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参加统计的探井数
（个） |
被测量的孤石数
（个） |
孤石块径
（m） |
不同块径孤石数
（个） |
不同块径孤石比率
（%） |
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158 |
632 |
＜0.5
0.5～1.0
1.0～2.0
＞2.0 |
221
202
177
32 |
35
32
28
5 |
2.7 地基中基岩面上的沟槽和岩体内的溶蚀洞隙基本上被红粘土充填。表明岩溶形态为早期地下水溶蚀遗迹，近期地下水活动不强烈，岩溶发育已趋减弱。
2.8 平果铝厂区场地没有土洞发育，不存在容易发生的土洞坍塌问题。
综上所述，厂区岩溶地基中岩溶发育最基本的特征是：地基中岩溶发育以浅部为主，基岩面的起伏及溶沟和溶蚀裂隙是其主要的岩溶形态，基岩体内的溶蚀洞隙较少，尺寸不大，以小规模为主。上述特征对场地地基处理来说，这是有利的条件。
3、厂区岩溶地基处理原则与方法
3.1 厂区岩溶地基处理的基本原则
根据厂区岩溶发育的特征，为了稳妥、可靠地处理这些复杂的岩溶地基，参照岩溶地区处理地下溶洞的经验[2,3]，制订了如下处理原则：
1）基础下有岩溶发育的地基，当按设计要求进行处理后，可按“地基为岩层”看待，充分利用基岩的承载能力。
2）因白云岩极易风化且遇水软化，故要求在地基开挖后及时封底，以避免基岩裸露或浸水时间过底而降低其承载力。
3）厂区土层具有弱膨胀潜势，当满足强度要求及沉降差要求时，可将次要的建（构）筑物的基础置于土层上，但要注意建筑单元内的地基的均一性，基础下的地基，不允许一部分为土层而另一部分为岩层，以避免不均匀沉降，确保建筑物的安全。
4）对岩溶的处理必须不影响场地和地基的稳定，在场地范围及附近不得大量抽取地下水，以相对保持场地地下水的平衡，以免造成地表沉陷。
5）基础设计应尽量以岩石地基作为主要受力层。厂区内有的地方岩石大面积裸露，有的地方虽被开垦为庄稼地，但土层薄，易于将基础坐落到坚固的岩石上，这是平果铝工程地基条件中有利的一面。
6）鉴于厂区岩溶地质条件的复杂性，要求地基开挖后加强施工验槽工作，核对实际情况与勘察报告、设计图低是否相符；必要时可补做一些“施工勘察”，以便及时准确地处理不良地质问题。
3.2 厂区岩溶地基处理方法
3.2.1 规划布局“绕避”为先
根据厂区岩溶初勘的基本结论，结合场地的构造发育情况，在总图布置的初步设计阶段，对岩溶治理采取“绕避为先”的对策。在平面布置上，调整主要建（构）筑物的方向，使厂房纵轴与强岩溶发育带大体垂直，目的在于要少碰到岩溶；在竖向设计上，鉴于不宜切薄溶洞顶板的厚度，又由于地下水补给量受季节性的控制，在丰水期水位大大升高，因此取消了原有整平方案，改为从西向东阶梯式坡降方案。同时条件允许时，将在暗河部位的厂房、车间移位，避免了深基础堵塞暗河通道的问题。
3.2.2岩溶地基的处理方法
从厂区已开挖的基坑来看，常见的岩溶不良地基主要有孤石、石牙、溶沟、溶槽、溶洞等，现将这些情况分为六类，各类地基采用了不同的处理办法。
（1）易风化白云岩地基
鉴于强风化白云岩极易软化，在基础开挖后，应及时封底，避免基岩裸露或浸水时间过长而降低其承载力。
（2）溶沟、溶槽地基
根据溶沟（槽）在基坑中所处位置、宽度及需要处理的范围等情况，区别对待：
a.不处理
适用于溶沟（槽）发育在基坑中部且沟宽＜300mm；或在基坑的一角，岩层倾斜，不易深挖且S1＜0.2S时。（注：S1为局部小土区宽度，S为基坑宽度。）
b.换填法
适用于溶沟（槽）发育在基坑中部且沟宽介于300～600mm，则尽可能挖去沟宽深度的土，表面夯实后再回填C15毛石混凝土即可（如图1）。
c.跨越法
适用于溶沟（槽）发育在基坑中部且沟宽 ＞600mm；或基础底面积小而需要处理的面积＞20%，沟宽虽＜600mm的基坑，应采用钢筋网跨越处理（如图2）。
须说明，这种跨越结构，其支承面应为稳定的岩层，两侧岩石应凿平，强风化岩石，孤石及碎裂的岩层应凿掉。
d.挤密法
适用于基坑一角的局部小区，岩层倾斜，不易挖墩时，可插入直径大于25mm的钢筋或φ50的钢管或＜75×5角钢等直到岩层，再浇灌砼。
（3）基坑内出露倾斜岩体表面地基
a.当岩体占基坑大半面积且有较大倾斜角度时，必须凿成阶梯状，高宽比为1:1～1:2。
b.对基坑中局部出露的石芽、石脊须将尖顶打平。
c.当岩石完整且高于设计基础标高时，可适当提高基础底标高以减少石方开挖量节省投资。
必须注意：在凿打基坑内的倾斜岩石及岩尖时，不能爆破，以免岩体摇动。
（4）部分非岩石地基（或有较大范围土区地基）
总体来说，可采用挖孔桩进行处理（如图3）。为了避免盲目下挖，应先用人工钎探、麻花钻或机钻进行施工勘察，以查明土层剩余厚度及范围。
（5）粘土地基
对于车间区内全部或大部是土层，且以此设计为天然地基作浅基础时，局部区段或个别部分有岩石出露时，宜采用跨越、褥垫处理。
（6）有溶洞的不良地基
a.不处理
现在下列情况之一的溶洞地基可不加处理：当溶洞处于地基压缩层深度以下；或基底下溶洞顶板厚度＞3m者；或基底下溶洞顶板厚度在1～3m之间，且顶板厚度大于洞径的。
b.清爆换填法
即对基底下溶洞顶板不稳定、破碎或厚度小于1米的浅埋型溶洞地基，清除覆盖爆开顶板，剔除溶洞、溶隙中的充填土，在基岩上用100#毛石砼灌满填实，作为基础的垫层。
c.梁、板跨越法：适用于洞壁完整，强度较高而顶板破碎或无顶板的溶洞地基处理（如图4）。
d.洞底支撑法：适用于处理洞径较大，顶板完整，洞底岩体稳定的溶洞地基（如图5）。
综合上述各类处理方法，处理这六类地基总的原则有3条。
（1）基底下顶板厚度1m以内者一般都挖开处理；当施工时用风钻探查，并经确认其顶板厚度大于洞径者，则可不处理；
（2）顶板厚度大于3m的岩溶可不处理；
（3）基底下顶板厚度为1～3m的岩溶，经补钻确认后顶板厚度大于孔径的，可不处理。
4、岩溶地基处理的效果检验
4.1 竣工建筑物沉降观测成果
为查明建筑物地基基础的安全度，按设计提出的要求，在电解车间、辅修铆焊车间、电解铸造车间、阳极高楼部和热电厂主厂房等5个主要建筑物设置了21个沉降观测点，委托广西区测绘局观测，从1993年11月至1995年11月两年内以国家Ⅱ等水准的精度（6km）观测12次。观测结果显示：各沉降观测点的最大沉降量仅为3.4mm，一般介于0.3～2.0mm，而Ⅱ等水准测量精度要求每公里高差中误差允许±2mm。这说明绝大多数观测点的沉降量都在测量允许误差范围内，远小于规范规定的允许变形值。证明了建筑物地基基础有足够的安全度。
4.2 竣工建筑物使用情况调查总结
工程竣工后，建设单位根据设计的意见，选择了有代表性的电解车间、电解铸造车间以及阳极焙烧车间为调查对象，由指挥部工程技术处、质量安全处、工程监理部和工程项目部组成联合调查组，调查了电解铝厂有关车间从1994年9月25日通电生产以来的建筑物使用情况。调查结果表明，各车间内的设备（如电解槽、天车等）运行良好，车间外墙未发现沉降裂缝现象，平果铝厂已竣工投产十余年，目前一直未发现地基问题。
经对建筑物沉降观测和使用情况调查结果证明，平果铝厂一期工程岩溶地基处理方法是成功的，工程建筑物的基础是安全可靠的，上述岩溶地基处理的成功经验正在平果铝三期工程建设中发挥重要的指导作用。
5、结语
5.1岩溶发育具有不均匀性和随机性，但其发展亦具有规律。采取有效地方法对岩溶发育程度和规律进行分析和判断，是复杂岩溶地基的处理方法提供了先决条件，在类似岩溶地区评价值得借鉴。
5.2在岩溶地区兴建工业厂房，规划工程场地时应在满足工程需要的前提下尽量避开强岩溶发育区，无法避开时，对存在工程安全隐患的岩溶要进行单体及总体稳定性的评价，综合考虑工程荷载、重要性、施工工艺等确定是否处理。进行地基处理时，应把地基、基础、上部结构作为一个整体来考虑，岩溶地基复杂多变，地基处理也要因地制宜，对复杂岩溶地基的处理需综合运用多种处理方法，以取长避短，取得最佳技术，经济效果。平果铝厂的实践证明，这些处理方法和措施是完全可行的，在类似岩溶地区的工程项目中值得推广应用。
参考文献：
[1] 杨传德.平果铝厂厂区岩溶地基特征及其形成机理. 勘察科学技术
1997(4)：24～28
[2] 黄伯瑜.岩溶地基稳定性评价与工程处理. 勘察科学技术 1988(3)：1～6
[3] 杨涟.复杂岩溶地基处理实例. 勘察科学技术 1999(5)：23～26
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