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平果鋁廠巖溶地基處理方法
平果鋁建設監理有限公司 朱洪流
摘要：在充分收集和研究平果鋁廠巖土工程條件的基礎上，本文闡述了廠區的巖溶發育特征，總結研究了平果鋁廠的巖溶地基處理方法，為系統研究巖溶地區地基處理措施提供科學依據。
關鍵詞：巖溶；巖溶發育特征；地基處理
1、前言
平果鋁廠是九十年代投產的大型現代化鋁工業聯合企業。該廠位于右江活動性斷裂帶形成的巖溶準平原區，處在右江南岸，廠址面積達4km2，地質構造復雜、巖溶十分發育、且屬地震設防烈度為7度的地震區，是典型的裸露型巖溶發育區。而巖溶所引起的各種地基變形破壞，會嚴重影響到建筑物的安全。因此在巖溶發育區修建建筑物，巖溶地基穩定問題就成為工程建設中的突出問題。因此，科學地評價巖溶地基的穩定性，顯得非常重要與必要，據此征對不同巖溶形態，采用經濟、合理、有效的方法進行地基處理，對巖溶地區的建設有著重大的技術價值和經濟意義。
2、廠區巖溶發育特征[1]
2.1 廠區巖溶地貌單元屬溶蝕準平原。其地形除有5座孤峰外，地面起伏不平，標高介于100～120m之間，右江河谷下切深度為30～40m。現階段巖溶發育已處于相對穩定狀態。
2.2 廠區屬碳酸鹽巖區，巖溶類型總體而言屬裸露型巖溶。在基巖裸露面積占50%以上，第四系覆蓋土層未形成大面積的連續覆蓋，僅在部分低洼地段呈局部地成片分布，覆蓋土層厚度一般＜6m，最厚為12m。
2.3 廠區巖溶發育，巖溶發育深度主要在淺部，以垂直巖溶形態為主，發育程度隨深度增加而減弱。巖溶現象出現在地面以下深度8m，基巖面以下深度4m的范圍內，超出此深度范圍后，巖溶現象顯著減少。
廠區內在不同深度段鉆孔見巖溶現象比率統計如下表1：
表1 不同深度段鉆孔見巖溶現象比率
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鉆孔見巖溶現象
深度分段
（m） |
鉆孔見巖溶現象
統計次數
（次） |
不同深度鉆孔
見巖溶現象次數
（次） |
不同深度鉆孔
見巖溶現象比率
（%） |
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地面以下 |
＜4
4-8
＞8 |
5336 |
3842
1387
107 |
72
26
2 |
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基巖面以下 |
＜2
2-4
＞4 |
5336 |
2134
2081
1121 |
40
39
21 |
2.4 地基中巖溶形態主要為造成基巖面凹凸起伏的石芽和溶溝，溶蝕裂隙次之，溶洞少見。地基中不同巖溶形態比率如下表2：
表2 地基中不同巖溶形態比率
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巖溶形態 |
巖溶現象總數
（個） |
不同形態巖溶現象
（個） |
不同形態巖溶現象比率
（%） |
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石芽、溶溝
溶蝕裂隙
溶洞 |
4238 |
2373
1483
382 |
56
35
9 |
2.5 巖溶個體規模一般較小，地基中基巖體內洞隙尺寸統計如下表3：
表3 地基中基巖體內洞隙尺寸統計
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發現的基巖體內
洞隙總數
（個） |
鉆探推測的溶隙
寬度或溶洞跨度
（m） |
不同尺寸
的洞隙數
（個） |
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第四系覆蓋層中含較多的蝕余孤石。廠區第四系覆蓋層主要為紅粘土，在158個探井中，經實測挖穿土層的探井井壁上孤石面積和塊徑，統計出土層中孤石面積比率如下表4、孤石塊徑大小如下表5：
表4 第四系覆蓋土層中孤石面積比率
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參加統計的探井數
（個） |
探井井壁累計面積
（m2） |
井壁上孤石累計面積
（m2） |
土層中孤石面積比率
（%） |
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158 |
1896 |
588 |
31 |
表5 孤石塊徑統計
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參加統計的探井數
（個） |
被測量的孤石數
（個） |
孤石塊徑
（m） |
不同塊徑孤石數
（個） |
不同塊徑孤石比率
（%） |
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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 地基中基巖面上的溝槽和巖體內的溶蝕洞隙基本上被紅粘土充填。表明巖溶形態為早期地下水溶蝕遺跡，近期地下水活動不強烈，巖溶發育已趨減弱。
2.8 平果鋁廠區場地沒有土洞發育，不存在容易發生的土洞坍塌問題。
綜上所述，廠區巖溶地基中巖溶發育最基本的特征是：地基中巖溶發育以淺部為主，基巖面的起伏及溶溝和溶蝕裂隙是其主要的巖溶形態，基巖體內的溶蝕洞隙較少，尺寸不大，以小規模為主。上述特征對場地地基處理來說，這是有利的條件。
3、廠區巖溶地基處理原則與方法
3.1 廠區巖溶地基處理的基本原則
根據廠區巖溶發育的特征，為了穩妥、可靠地處理這些復雜的巖溶地基，參照巖溶地區處理地下溶洞的經驗[2,3]，制訂了如下處理原則：
1）基礎下有巖溶發育的地基，當按設計要求進行處理后，可按“地基為巖層”看待，充分利用基巖的承載能力。
2）因白云巖極易風化且遇水軟化，故要求在地基開挖后及時封底，以避免基巖裸露或浸水時間過底而降低其承載力。
3）廠區土層具有弱膨脹潛勢，當滿足強度要求及沉降差要求時，可將次要的建（構）筑物的基礎置于土層上，但要注意建筑單元內的地基的均一性，基礎下的地基，不允許一部分為土層而另一部分為巖層，以避免不均勻沉降，確保建筑物的安全。
4）對巖溶的處理必須不影響場地和地基的穩定，在場地范圍及附近不得大量抽取地下水，以相對保持場地地下水的平衡，以免造成地表沉陷。
5）基礎設計應盡量以巖石地基作為主要受力層。廠區內有的地方巖石大面積裸露，有的地方雖被開墾為莊稼地，但土層薄，易于將基礎坐落到堅固的巖石上，這是平果鋁工程地基條件中有利的一面。
6）鑒于廠區巖溶地質條件的復雜性，要求地基開挖后加強施工驗槽工作，核對實際情況與勘察報告、設計圖低是否相符；必要時可補做一些“施工勘察”，以便及時準確地處理不良地質問題。
3.2 廠區巖溶地基處理方法
3.2.1 規劃布局“繞避”為先
根據廠區巖溶初勘的基本結論，結合場地的構造發育情況，在總圖布置的初步設計階段，對巖溶治理采取“繞避為先”的對策。在平面布置上，調整主要建（構）筑物的方向，使廠房縱軸與強巖溶發育帶大體垂直，目的在于要少碰到巖溶；在豎向設計上，鑒于不宜切薄溶洞頂板的厚度，又由于地下水補給量受季節性的控制，在豐水期水位大大升高，因此取消了原有整平方案，改為從西向東階梯式坡降方案。同時條件允許時，將在暗河部位的廠房、車間移位，避免了深基礎堵塞暗河通道的問題。
3.2.2巖溶地基的處理方法
從廠區已開挖的基坑來看，常見的巖溶不良地基主要有孤石、石牙、溶溝、溶槽、溶洞等，現將這些情況分為六類，各類地基采用了不同的處理辦法。
（1）易風化白云巖地基
鑒于強風化白云巖極易軟化，在基礎開挖后，應及時封底，避免基巖裸露或浸水時間過長而降低其承載力。
（2）溶溝、溶槽地基
根據溶溝（槽）在基坑中所處位置、寬度及需要處理的范圍等情況，區別對待：
a.不處理
適用于溶溝（槽）發育在基坑中部且溝寬＜300mm；或在基坑的一角，巖層傾斜，不易深挖且S1＜0.2S時。（注：S1為局部小土區寬度，S為基坑寬度。）
b.換填法
適用于溶溝（槽）發育在基坑中部且溝寬介于300～600mm，則盡可能挖去溝寬深度的土，表面夯實后再回填C15毛石混凝土即可（如圖1）。
c.跨越法
適用于溶溝（槽）發育在基坑中部且溝寬 ＞600mm；或基礎底面積小而需要處理的面積＞20%，溝寬雖＜600mm的基坑，應采用鋼筋網跨越處理（如圖2）。
須說明，這種跨越結構，其支承面應為穩定的巖層，兩側巖石應鑿平，強風化巖石，孤石及碎裂的巖層應鑿掉。
d.擠密法
適用于基坑一角的局部小區，巖層傾斜，不易挖墩時，可插入直徑大于25mm的鋼筋或φ50的鋼管或＜75×5角鋼等直到巖層，再澆灌砼。
（3）基坑內出露傾斜巖體表面地基
a.當巖體占基坑大半面積且有較大傾斜角度時，必須鑿成階梯狀，高寬比為1:1～1:2。
b.對基坑中局部出露的石芽、石脊須將尖頂打平。
c.當巖石完整且高于設計基礎標高時，可適當提高基礎底標高以減少石方開挖量節省投資。
必須注意：在鑿打基坑內的傾斜巖石及巖尖時，不能爆破，以免巖體搖動。
（4）部分非巖石地基（或有較大范圍土區地基）
總體來說，可采用挖孔樁進行處理（如圖3）。為了避免盲目下挖，應先用人工釬探、麻花鉆或機鉆進行施工勘察，以查明土層剩余厚度及范圍。
（5）粘土地基
對于車間區內全部或大部是土層，且以此設計為天然地基作淺基礎時，局部區段或個別部分有巖石出露時，宜采用跨越、褥墊處理。
（6）有溶洞的不良地基
a.不處理
現在下列情況之一的溶洞地基可不加處理：當溶洞處于地基壓縮層深度以下；或基底下溶洞頂板厚度＞3m者；或基底下溶洞頂板厚度在1～3m之間，且頂板厚度大于洞徑的。
b.清爆換填法
即對基底下溶洞頂板不穩定、破碎或厚度小于1米的淺埋型溶洞地基，清除覆蓋爆開頂板，剔除溶洞、溶隙中的充填土，在基巖上用100#毛石砼灌滿填實，作為基礎的墊層。
c.梁、板跨越法：適用于洞壁完整，強度較高而頂板破碎或無頂板的溶洞地基處理（如圖4）。
d.洞底支撐法：適用于處理洞徑較大，頂板完整，洞底巖體穩定的溶洞地基（如圖5）。
綜合上述各類處理方法，處理這六類地基總的原則有3條。
（1）基底下頂板厚度1m以內者一般都挖開處理；當施工時用風鉆探查，并經確認其頂板厚度大于洞徑者，則可不處理；
（2）頂板厚度大于3m的巖溶可不處理；
（3）基底下頂板厚度為1～3m的巖溶，經補鉆確認后頂板厚度大于孔徑的，可不處理。
4、巖溶地基處理的效果檢驗
4.1 竣工建筑物沉降觀測成果
為查明建筑物地基基礎的安全度，按設計提出的要求，在電解車間、輔修鉚焊車間、電解鑄造車間、陽極高樓部和熱電廠主廠房等5個主要建筑物設置了21個沉降觀測點，委托廣西區測繪局觀測，從1993年11月至1995年11月兩年內以國家Ⅱ等水準的精度（6km）觀測12次。觀測結果顯示：各沉降觀測點的最大沉降量僅為3.4mm，一般介于0.3～2.0mm，而Ⅱ等水準測量精度要求每公里高差中誤差允許±2mm。這說明絕大多數觀測點的沉降量都在測量允許誤差范圍內，遠小于規范規定的允許變形值。證明了建筑物地基基礎有足夠的安全度。
4.2 竣工建筑物使用情況調查總結
工程竣工后，建設單位根據設計的意見，選擇了有代表性的電解車間、電解鑄造車間以及陽極焙燒車間為調查對象，由指揮部工程技術處、質量安全處、工程監理部和工程項目部組成聯合調查組，調查了電解鋁廠有關車間從1994年9月25日通電生產以來的建筑物使用情況。調查結果表明，各車間內的設備（如電解槽、天車等）運行良好，車間外墻未發現沉降裂縫現象，平果鋁廠已竣工投產十余年，目前一直未發現地基問題。
經對建筑物沉降觀測和使用情況調查結果證明，平果鋁廠一期工程巖溶地基處理方法是成功的，工程建筑物的基礎是安全可靠的，上述巖溶地基處理的成功經驗正在平果鋁三期工程建設中發揮重要的指導作用。
5、結語
5.1巖溶發育具有不均勻性和隨機性，但其發展亦具有規律。采取有效地方法對巖溶發育程度和規律進行分析和判斷，是復雜巖溶地基的處理方法提供了先決條件，在類似巖溶地區評價值得借鑒。
5.2在巖溶地區興建工業廠房，規劃工程場地時應在滿足工程需要的前提下盡量避開強巖溶發育區，無法避開時，對存在工程安全隱患的巖溶要進行單體及總體穩定性的評價，綜合考慮工程荷載、重要性、施工工藝等確定是否處理。進行地基處理時，應把地基、基礎、上部結構作為一個整體來考慮，巖溶地基復雜多變，地基處理也要因地制宜，對復雜巖溶地基的處理需綜合運用多種處理方法，以取長避短，取得最佳技術，經濟效果。平果鋁廠的實踐證明，這些處理方法和措施是完全可行的，在類似巖溶地區的工程項目中值得推廣應用。
參考文獻：
[1] 楊傳德.平果鋁廠廠區巖溶地基特征及其形成機理. 勘察科學技術
1997(4)：24～28
[2] 黃伯瑜.巖溶地基穩定性評價與工程處理. 勘察科學技術 1988(3)：1～6
[3] 楊漣.復雜巖溶地基處理實例. 勘察科學技術 1999(5)：23～26
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桂公網安備 45010702001375號