刘飞

安徽建筑大学勘测设计研究院有限公司 安徽合肥 230022

众所周知，岩土勘察是一项专业性极强且复杂的工程，其涉及到的工作内容较为复杂，因此要想做好岩土工程的勘察工作，针对其难度系数高的特点，如今很多传统的勘察技术已经满足不了现实的实际工作需求，进而无法保障勘察工作的顺利进行。但是，通过采用岩土勘察技术的手段，可综合利用当前诸多先进的技术优势，有效提升岩土勘察工作的质量和效率，进而真实的反应岩土工程情况，为后期的岩土工程建设奠定基础。由此可见，加强对综合勘察技术的运用对岩土工程勘察来说具有积极的意义。

1 工程概况

某冶炼厂拟建场地属于工业用地。拟建建（构）筑物主要包括熔渣冶炼、烟化炉鼓风、闪速熔炼炉竖炉烟气除尘、闪速熔炼炉电炉烟气除尘、烟化炉烟气除尘和熔炼炉余热利用。拟建结构的最大柱荷载为15000KN，最小柱荷载为2500KN。场地现状为渣场和标准厂房，道路环绕，交通便利，有利于大型设备进出。

2 岩土层结构特征及设计参数

2.1 岩土层的结构特征

根据钻探结果，场地裸露地层主要分为四个主要工程地质层，即：①人工素填土层；②第四系坡残积层；③强风化砂岩；④石炭系灰岩。现分述如下：

素填土（土层编号①，下同）：黄褐色、灰褐色等杂色，以黏性土、碎石为主，含少量砼块，松散，局部稍密，为未压实欠固结状态，压缩性高，回填时间较长（超过10年），土体均匀性较差。其主要物理力学性质指标统计值为：天然含水量 ω=28.23%、密度ρ=1.95g/cm3、天然孔隙比e=0.76、液性指数IL=0.35、抗剪强度值（直接快剪）Ck=16.92kPa、φk=15.44；压缩性指标平均值为：压缩系数 α1-2=0.54MPa-1、压缩模量 Es1-2=3.95MPa，属中等-高压缩性土层。做标准贯入试验25次，实测击数N=3击/30cm-5击/30cm、平均值N=3.76击/30cm；修正后平均值为3.58 击/30cm，标准值为3.37击/30cm。承载力特征值fak=80kPa。

可塑状粉质黏土②1：棕黄色、黄色、黄褐色，可塑，主要成分为粉粒和黏粒，局部含少量风化岩块、岩屑及角砾，干强度高，韧性中等，无摇振反应，稍有光泽，土体结构较均匀。其主要物理力学性质指标统计值为：天然含水量ω=24.56%、密度ρ=1.91g/cm3、天然孔隙比e=0.78、液性指数IL=0.41、抗剪强度值（直接快剪）Ck=23.92kPa、φk=15.09；压缩性指标平均值为：压缩系数α1-2=0.45MPa-1、压缩模量Es1-2=5.37MPa，属中等压缩性土层。做标准贯入试验31次，实测击数N=7击/30cm-13击/30cm，平均值N=9 击/30cm，修正后平均值为7.55击/30cm，标准值为7.17击/30cm。承载力特征值fak=160kPa。

软塑状粉质黏土②2：黄褐色，软塑，主要成分为粉粒和黏粒，局部含少量风化角砾，干强度高，韧性中等，无摇振反应，土体结构较均匀。属中等-高压缩性土层。其主要物理力学性质指标统计值为：天然含水量ω=25.07%、密度ρ=1.86g/cm3、天然孔隙比e=0.73、液性指数IL=0.58、抗剪强度值（直接快剪）Ck=15.37kPa、φk=15.63；压缩性指标平均值为：压缩系数 α1-2=0.52MPa-1、压缩模量 Es1-2=4.30MPa，属中等-高压缩性土层。标准贯入试验10 次，实测击数N=2击/30cm-5击/30cm、平均值N=3.8击/30cm；修正后平均值为2.81击/30cm，标准值为2.36击/30cm。承载力特征值fak =80kPa。

强风化砂岩③1：局部地层揭露，灰褐色、粉红色，粉细砂结构，层状构造，主要矿物成分以长石为主、石英次之，节理裂隙发育，裂隙面可见锰铁质矿物，岩芯多呈半岩半土状，泡水易软化，岩质较硬，岩芯破碎。做重型动力触探试验200 次，实测击数N=24击/10cm-36击/10cm、平均值N=31.02击/10cm；修正后平均值为15.44击/10cm，标准值为15.16击/10cm。本层承载力特征值fak=600kPa。

中风化石灰岩④1：浅灰色，微晶结构，中厚层夹薄层构造，矿物成分以方解石为主、次为白云石，岩石较破碎，岩质较坚硬，岩芯多呈碎块状，局部呈短柱状，白色方解石细脉较发育（多呈网脉状），结构面结合较差，部分岩芯表面呈蜂窝状，溶蚀现象严重，溶蚀裂隙较发育，岩芯采取率一般为55% -65%。岩石饱和单轴抗压强度为22.00MPa-54.40MPa，平均值为36.09MPa，属较软岩-较硬岩，岩体较破碎。根据野外鉴别结合天然单轴抗压强度试验，判定该场地钻探深度内揭露的岩体基本质量等级为IV 级。承载力特征值fak=2500kPa。

微风化石灰岩④2：浅灰色，微晶结构，中厚层构造，主要矿物成分为方解石、次为白云石，岩石坚硬、较完整，岩芯呈短-长柱状，风化裂隙稍发育，裂隙面被方解石充填、多呈网脉状，结构面结合较好。岩芯采取率一般为80%-92%，岩石质量指标RQD一般为75-82。岩石天然单轴抗压强度为33.80MPa-59.40MPa，平均为56.48MPa，属较硬岩，岩体较完整[1]。根据野外鉴别结合饱和单轴抗压强度试验，判定该场地钻探深度内揭露的岩体基本质量等级为Ⅲ 级。承载力特征值fak=4000kPa。

2.2 岩土设计参数

根据现场土质鉴定，野外原位测试及室内试验结果，参照国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）、行业标准《建筑地基处理技术规范（JGJ79-2012）及《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）等有关规范，场地内各地层的工程特性指标值详见下表1。

表1 各地层工程特性指标建议值

2.3 岩土设计参数

根据现场土工鉴定、现场原位试验和室内试验的结果，参考国家标准《建筑地基设计规范》（GB50007-2011）、行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）和《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）提供。

3 桩基的对比分析与选择

3.1 桩基

拟建的炉渣冶炼、烟化炉吹炼、闪速熔炼炉竖炉烟气除尘、闪速熔炼炉电炉烟气除尘、烟化炉烟气除尘和熔炼炉余热车间的垂直负荷较大，最大柱负荷为15000KN，最小柱负荷为2500KN。受风荷载等因素影响，水平力也较大，宜采用冲孔（钻孔）桩、旋挖桩或静压桩。布置桩时，除了单桩竖向承载力较高外，还应考虑桩和各构件荷载差异较大的建（构）筑物的水平荷载要求。在选择桩基持力层时，不仅要考虑单桩竖向承载力满足设计排桩要求，还要考虑拟建建筑物总沉降和附属设施间差异沉降的控制。桩基持力层的选择应同时满足以下条件：a.单桩竖向承载力应满足设计排桩要求；b.基础沉降和沉降差应符合规范和设计要求；c.静压桩的深度应充分发挥桩体的结构强度；d.考虑到抗震要求，同一结构单元的基础应采用相同的桩长，或桩长不应相差太大[2]。

3.2 筏板基础

根据本次勘察揭示的地层情况，拟建的炉渣冶炼、烟化炉吹炼、闪速熔炼炉竖炉烟气除尘、闪速熔炼炉电炉烟气除尘、烟化炉烟气除尘和熔炼炉余热车间的基础设计也可考虑桩基（夯扩桩、沉管灌注桩和长螺旋钻孔灌注桩）+筏形基础。采用桩筏基础时应注意:由于场地岩溶发育强烈，局部暴露出软塑粉质黏土层，设计时应给予足够的重视。建议进行详细地专项岩溶调查，对场地内的岩溶采取“勘察、防治、治理”的一体化设计和运行方案，进行有效的治理。

3.3 桩基条件分析

拟建场地为裸露的丘状地貌，由前期厂房施工开挖回填。现状是渣场和标准车间。原厂房拆除后，场地开阔，地形相对平坦。勘查现场周边主要为厂区道路，方便大型机械设备进出。但场地内人工填土分布广泛，厚度较厚，地基强度较低。场地上部土层为第四系人工填土层和坡残积粉质黏土层，下伏基岩为中风化和弱风化灰岩，局部为强风化砂岩。岩体相对破碎完整，岩层埋深中等。根据场地地层结构、各土层工程地质特征及场地周边环境条件，结合拟建工程的上部荷载要求，本工程采用桩基础和桩筏基础是可行的。拟建场地成桩条件良好，适合桩基（如预制桩、钻孔灌注桩、旋挖桩、沉管灌注桩、长螺旋钻孔灌注桩等）。采用钢筋混凝土预制管桩具有速度快、环境污染小、质量有保证、生产成本较低的优点。缺点是在饱和黏性土中会产生挤土效应，大石块（混凝土块）在填土中不易穿过，岩石表面的斜坡容易导致断桩等质量问题。如果确定采用预制桩，建议施工前选择代表性位置对桩进行工程试成桩，确定其适用性与设计单桩承载力。钻孔（冲孔）桩和旋挖桩的优点是钻孔容易，可以穿过相对坚硬的土层，到达较深的桩端持力层（灰色岩层）。单桩承载力高，但缺点是造价高、污染环境、施工速度慢。另外，遇到软土层容易产生缩径和塌孔，遇到不均匀岩层或溶洞容易产生斜孔和卡钻。如果确定采用钻（冲）桩或旋挖桩，建议施工前进行超前钻钻探，确保每根桩一孔桩端有足够的持力层厚度。钻孔施工时，应严格按照规范要求进行施工，并调整泥浆稠度和失水率，以保证成孔质量和桩身质量。夯扩桩、沉管灌注桩和长螺旋钻孔灌注桩的优点是速度快、环境污染小、生产成本低。缺点是饱和黏性土会产生挤土效应，单桩承载力低，容易出现断桩、缩颈等质量问题。

4 桩基选择应考虑的因素

4.1 地表水和地下水对桩基设计和施工的影响

由于勘察场地现状为早期人工平整，现状为渣场和标准厂房，场地附近地表水主要为场地周围季节性场地排水沟，可在施工前排至场外，地表水对拟建项目施工影响不大。地下水流向与地形坡度方向基本一致，地下水总体径流方向由西北向东南移动。地下水主要为第四系松散土层中的孔隙水和岩层中的岩溶裂隙水。本次桩基施工中，建议采用中风化或弱风化石灰岩作为桩基持力层。第四系土层富水性差，水动力条件一般，第四系孔隙水对桩的侧摩阻力和端摩阻力影响不大。另外，场地基岩为石灰岩，溶洞发育，溶洞裂隙水复杂多变，对场地和拟建工程影响较大，对拟建建（构）筑物桩基设计和施工会带来一定的不利影响。

4.2 特殊岩土对桩基的危害及措施建议

场地特殊岩土主要为素填土和边坡残积黏性土土。拟建场地广泛分布素填土，自重固结未完成，可对桩基产生负摩擦力；软土层会降低甚至消除桩的侧摩阻力，从而降低桩基的竖向承载力，引起建筑物的不均匀沉降，需要加强基础和承台的整体性和刚度，减小荷载，增强上部结构的整体刚度和均匀对称性。根据行业标准《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）第5.4.4条，考虑摩擦力对桩基承载力和沉降的影响，验算桩基承载力。

4.3 影响岩溶场地桩基的因素

场地属于埋藏灰岩段，场地上部分布一层厚度为1.00m-15.50m的素填土，局部为厚度为2.10m-9.40m的软可塑状坡残积粉质黏土，下基岩面埋深11.30m-32.60m，岩石以中厚层-厚层为主，裂隙相对发育，胶结较差。已钻溶洞的孔隙率为34.04%，已钻线路的岩溶率为10.05%。调查表明，溶洞顶板最小埋深为13.08米，平均孔径为1.68米，最大孔径高达6.00米，孔径较大，顶板厚度较小。结果表明，大部分洞穴已被完全填满，填充物为软塑性黏性土和砂土。一些勘探孔显示洞穴是中空的，一些洞穴是柱状洞穴。在这种情况下，岩溶发育迅速。根据《岩溶地区建筑地基基础技术标准》（GB/T51238-2018），该场地为岩溶发育强烈、溶洞稳定性差、场地稳定性极不稳定的场地，属于岩溶地面塌陷易发区。本场地的工程地质条件对桩基工程可能造成的工程风险分析如下：①场地下伏石灰岩基岩面在水平和垂直方向波动较大，会对拟建建（构）筑物的桩基设计和施工带来一定的不利影响。②在桩基施工中，特别是冲孔灌注桩施工中，由于施工振动和对岩溶地下水的扰动，容易发生孔口地面塌陷事故。因此，桩基施工应尽可能避免振动。当遇到软土或溶洞时，应使用钢套管保护墙体。设计中采用冲孔灌注桩时，应提前进行超前钻勘察，逐个查明溶洞的发育情况。当冲孔穿过岩层界面时（特别是遇到溶洞时），冲孔作业时应根据地质情况及时调整桩锤的行程，以避免卡锤。溶洞顶板较薄时，应及时调整桩锤行程，避免可能发生的击穿事故。③设计中采用预制静压管桩时，由于基岩面起伏剧烈，岩面倾斜或陡峭，容易造成桩端滑移，甚至断桩。当桩端支撑在溶洞薄顶板上时，桩基承受上部荷载时，可能发生破坏事故。因此，单桩的设计承载力不宜过高。施工前应对桩进行测试，选择合适的最终压力值。

以上是岩溶发育强烈地区基础施工风险的主要可能形式。在实际工程中，岩溶施工事故更加多样，原因可能是单一原因，也可能是多种原因的组合。当风险累积到使岩溶地基地稳定性达到一定的极限状态时，就会出现一定程度的失稳破坏，造成一定的工程事故。

5 结语

综上所述，桩基的可选类型包括预制桩、钻孔灌注桩、旋挖桩、沉管灌注桩和长螺旋灌注桩。桩基的选择主要由场地周围环境、地层条件和施工可行性决定。基础选择的原则应综合考虑工程地质和水文地质条件、上部结构类型、使用功能、荷载特性、施工技术条件和环境；要注重地方经验，因地制宜，注重概念设计，合理选择基本形式，节约资源。