[摘要]广州市金沙洲地块属于典型的岩溶地区，该地区岩面溶蚀现象显著，溶洞、土洞、石牙广泛分布。随着广州市金沙洲新社区的大开发，该地区的岩土工程问题日益突出。本文就广州金沙洲居住新城某地块幼儿园的工程实例，探讨一下岩溶地区的基础选型和必要的技术措施。
[关键词]岩溶地区；预应力管桩；基础选型
1工程概况
广州金沙洲居住新城某地块幼儿园位于广州市芳村区金沙洲浔峰大道东北面，占地5176m2，建筑面积4801m2，不设地下室，地上仅3层，乙类建筑。该建筑单柱荷载较小，但地质资料显示，柱下地基为岩溶地貌，为建筑结构的基础设计带来了很大的困难。
2工程地质概况
场地原地貌属海陆交互相沉积平原区，经人工堆填后地面较为平整，相对高差为0.84m。
据野外钻探和测试所取得的地质资料，经综合整理，场区地层自上而下有人工填土层、第四系海陆交互相沉积层、残积层及石炭系下统大塘阶石磴子组沉积岩等四大类。现将各岩土层的分布特点及物理力学性质分述如下：
1.人工填土层：以素填土为主，局部有较多建筑垃圾等杂填土，颜色以灰褐、黄褐色为主，稍湿~湿，松散，欠压实，为新近人工堆填而成，组分较杂，素填土主要由粘性土组成，局部杂填土夹有碎石、砼块。揭露厚度为0.40~1.00米，平均0.74米。若未经处理不宜选作建筑物的基础持力层。
2.第四系海陆交互相沉积层：土性以淤泥为主，深灰色、灰黑色，饱和，流塑，局部过渡为软塑状的淤泥质土，局部含较多粉细砂和贝壳碎片，具腐臭味，部分孔段夹有朽木等腐植质。取土样6件，据土工试验统计结果（标准值）：天然含水量w=91.24%；天然孔隙比e=2.426；塑性指数Ip=21.02；液性指数IL=2.58；压缩系数a1-2=1.951MPa-1（平均值）；压缩模量Es=1.82MPa（平均值）；粘聚力C=5.4kPa；内摩擦角Φ=5.6°。标贯试验校正后的击数为0.9~1.9击，平均1.5击。综合推荐其地基承载力特征值fａk取30kPa。揭露厚度为5.00~8.40米，平均6.69米。若未经处理不宜选作建筑物的基础持力层。
3.残积层：土性为粉质粘土，呈浅黄灰色，褐黄色，局部褐红色，湿，可塑为主，局部稍湿，硬塑，粘性一般，由灰岩风化残积而成，局部含有较多风化不完全的岩屑，遇水易软化。取土样8件，据土工试验统计结果（标准值）：天然含水量w=32.11%；天然孔隙比e=0.919；塑性指数Ip=15.74；液性指数IL=0.41；压缩系数a1-2=0.396MPa-1；压缩模量Es=4.90MPa；粘聚力C=29.96kPa；内摩擦角Φ=14.40°。标贯试验校正后的击数为6.8~14.5击，平均9.3击，标准值为8.3击。综合推荐其地基承载力特征值fａk取180kPa。揭露厚度为1.50~5.70米，平均4.09米。具有一定的承载能力，但难以满足建筑物的变形要求，因此未经处理不宜选作建筑物的基础持力层。
4.石炭系下统大塘阶石磴子组沉积岩：岩性为石灰岩，颜色呈深灰色间灰白色，微风化，隐晶质结构，中厚层状构造，局部裂隙较发育，倾角一般为55°～65°，岩芯大多较完整，节长多为100～300mm，岩石新鲜坚硬，锤击声脆，岩面溶蚀现象显著。在部分孔中见有溶洞，见洞率为14.29%，溶洞洞高1.40m，全充填，充填物为软塑状粉质粘土。据岩石抗压强度试验结果，其天然单轴极限抗压强度标准值为40.7~71.1MPa，平均60.0MPa。综合推荐微风化岩抗压强度标准值取40MPa。揭露厚度为1.30~4.30米，平均2.31米。承载能力高，力学强度大，可选作拟建建筑物的桩基础持力层。
典型的工程地质剖面图见图1。
图图1典型工程地质剖面图
岩溶地区溶洞土洞广泛发育，普通的地质钻探难以反映场地的岩溶情况，不能完全满足设计要求，所以，在设计过程中要求对场地进行补充物探勘察，结合钻探物探，互相印证。钻探、物探均发现了场区分布有大大小小不规则的溶洞及土洞。溶洞跨多大于1.5米，最大溶洞深为6.0米，最小为0.8米，其它还有溶洞土洞零星分布。
3岩溶地质的特点
本场地属于典型的岩溶地质，可溶性岩石在水的溶蚀作用下，产生各种地质作用、形态，如溶洞、溶沟、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗及钟乳石等。它以溶蚀作用为主，还包括流水的冲蚀、潜蚀，以及坍陷等机械侵蚀过程。岩溶地区岩石面高低起伏变化大，岩石露头无连续性和规律性，表层岩层往往十分破脆。
但是，在建筑物的使用年限内，场区岩溶继续发育的速度是极其缓慢的。至少在200~300万年前，即第四系中晚更新世以前的流水作用，就已经使场区的石灰岩逐渐溶蚀、发展，而形成了现在隐伏于场区的岩溶景观。石灰虽可被水溶蚀，但其溶蚀速度是非常缓慢的。溶蚀速率均低于1.0mm/年。可见建筑物的使用年限与岩溶发育的寿年相比，属历史瞬间。
4基础形式比选
根据本工程的自身特点及地基情况，本工程的基础形式可采取以下几种：
1.浅基础：就本工程上部结构而言，采用浅基础显然是经济合理的。但无论是柱下独立基础还是条形基础，都无法在较浅的土层中找到适合的持力层提供足够的承载力。因此，本工程中不采用浅基础。
2.钻（冲）孔灌注桩：钻孔桩的成孔直径大，根据本工程柱下轴力较小的情况，一柱一桩即可满足，受力清楚，施工方便，用这种桩能轻易钻穿孤石、夹层，将桩端可靠地支承在持力层上，桩端的嵌岩情况也好。但钻孔桩遇到溶洞，当洞顶板较薄时需要冲孔处理。本工程地质资料揭示溶洞深度较大，最大达到6m，且石灰基岩上淤泥较厚，若不慎冲穿溶洞顶板，桩洞内护壁泥浆瞬间落入溶洞内，造成塌孔；甚至会将冲锤连锤带机吸入桩孔内，造成工程事故。实际工程中就曾发生过类似的工程事故。另外，钻(冲)孔桩的造价较高，本工程仅为3层，不需要用足其提供的较大的竖向承载力。因此该桩型在本工程中未被采用。
3.复合地基处理：采用深层搅拌桩、高压旋喷桩或碎石桩等复合地基等处理方法对地基进行处理。对于本工程荷载较小，采用复合地基处理可避免直接应用天然地基时的沉降量大和承载力小的问题。复合地基部分土体被置换成增强体，与周围地基土共同承担荷载。地基进行压板载荷试验即可检验承载力是否达到要求，具有一定的可靠性。但由于无论是哪种地基处理方式，都需要较长的工期，就本工程实际情况而言不可接受。因此本工程不采用这种基础处理方式。
4.筏板基础：筏板的整体性较好，刚度较大，对于存在地下室的建筑是适用的。然而本工程无地下室，且柱距达8m，要形成足够刚度的筏板，厚度必然不薄，经济性不佳。因此该基础形式不是最优方案。
5.静压预应力管桩：经验显示，岩溶地区采用预应力管桩的断桩率是相当高的，有的甚至达到30%以上。岩溶地区预应力管桩易断的原因大概有二，一是由于基岩面的起伏大、石牙、石笋大量存在，预应力管桩的桩靴卡不进持力层而引起断桩；二是预应力管桩静压过程中由软弱土层(淤泥)突然进入坚硬岩层，桩机油压迅速升高，桩身受到瞬间的冲击力而引起断桩。但是，静压预应力管桩工期短，可靠性高，且在广东地区的广泛使用，使该桩型的较为经济。在本工程中即使出现30%的断桩率，其经济性能的优越也不是其它桩可以比拟的。针对上述断桩原因，可采用降低单桩承载力，改进桩尖形式的方法来避免断桩。本工程最终采用静压预应力管桩作为基础形式。
5针对岩溶地质的技术处理
本工程中采用Φ400静压预应力管桩，采用AB桩以增加抗弯能力。桩施压前在每个承台位置均进行超前钻，钻入微风化岩1.5m，以查明该位置是否存在溶洞、土洞。发现溶洞且溶洞顶板厚度小于1m时，对溶洞进行灌浆处理。
桩底支承于微风化石灰岩上，单桩竖向承载力特征值取700kN，大部分柱底布置2~3根桩则可满足要求。实际压桩过程中，根据现场断桩的情况调整单桩承载力，以断桩时的上一级荷载作为额定压力值，局部位置单桩竖向承载力特征值仅取至400kN。
桩尖采用井字型，见图2，以增加桩尖对基岩的卡爪力。
图2井字桩尖大样
于建筑物首层设置钢筋混凝土梁板，一方面与承台形成良好的整体，另一方面满足首层使用上的沉降要求。
幼儿园活动场地采用砂桩进行地基处理，桩径Φ500,桩呈正三角形布置，间距1.2m。周边围墙及道路则采用搅拌桩进行地基处理，桩径Φ500,桩呈正三角形布置，间距1.5m。砂桩采用中粗砂，砂的含泥量<5%，砂桩应超过淤泥或淤泥质土层3m左右，桩顶和混凝土板之间铺设一层500mm厚砂碎石作垫层。搅拌桩采用四搅四喷施工，普通硅酸盐水泥，配浆水灰比为0.5，水泥掺比15%，搅拌轴提升速度为0.5~0.8m/min，搅拌桩应穿过软土层，进入粘土层0.5m以上。地基处理于建筑物上部施工时同时进行，以节省工期。
4结论
本工程已封顶竣工并投入使用，管桩断桩率仅13%，结构主体及场地道路等均未发现沉降。事实证明，本工程的基础设计是成功的，为岩溶地区使用静压预应力管桩提供工程的参考。
参考文献
[1]建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)，北京：中国建筑工业出版社
[2]建筑地基基础设计规范(DBJ15-31-2003)，北京：中国建筑工业出版社
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[4]静压管桩在软弱土层中的应用，胡芝福，第十八届全国高层建筑结构学术交流会论文集
[5]工程地质手册，常士骠、张苏民，北京，中国建筑工业出版社
