由于岩溶分布的复杂性及不确定性，在兼顾工程实际情况及场地特征后，合理的选取基础方案尤其重要[1]。岩溶地区的地基可分为天然地基和人工地基两大类，根据埋置深度可分为浅基础和桩基础两大类。当岩体岩面埋藏较深，上覆土层较厚且稳定时，宜采用浅基础，上覆土层不稳定时，未经有效处理不应作为建筑物基础的持力层。对于岩溶地区可采用填充法、跨越法、桩基穿越法、注浆法、褥垫层法等地基处理方法[2]。

填充法适用于溶(土)洞、溶沟(槽)、溶蚀(裂隙、漏斗)、落水洞的充填和石芽地基的嵌补，其具有施工简便、材料多样、造价较低的优点，但由于岩溶边界及空间的不确定性和实际填充材料级配的差异性，填充法处理后的地基密实度与强度一般较低。

对于深度较大的小直径溶洞，采用跨越法较方便，但需保证溶洞周围的岩体必须完整、稳固，其跨度较大时需采用支撑调整跨距。

桩基穿越法在岩溶地区地基处理中较为常见，其优点是适用性强、结构稳定性好，可以处理大部分的岩溶地基。但桩基宜穿过不稳定岩土层，实际地勘过程中较难完整地揭示场地所有溶(土)洞情况，对桩长估算不准确，当有岩溶水时不宜采用人工挖孔桩或采取降水措施，溶洞较大时需采用速混凝土或水泥砂浆封堵，有一定施工难度，且桩基穿越法法通常费用较高。

注浆法适用于隐伏溶(土)洞、深埋溶洞等岩溶地基处理和岩溶水治理。其多与其他地基处理方法综合使用，适用性较广，可通过调整注浆孔达到消除未揭露隐患的目的。但在设计时需注意注浆管选取，注浆材料的种类、性能、配比及注浆压力、浆液有效扩散半径、注浆量，注浆结束标准，注浆顺序和验收标准等。由于岩溶的特殊性，设计参数往往需结合现场试验或地区经验选取，当参数选取不当时，可能造成压力骤然下降、上升或冒浆异常，过大的注浆压力会击穿薄弱的岩溶体，造成浆液流失，或致使周边地面隆起，过小的注浆压力则不能满足注浆处理要求，注浆处理的地基和基础之间应设置褥垫层[3]。

褥垫层法多用于层数不高的砌体结构，单层排架结构，且原土层承载力较好的场地。其与其他地基处理方式综合使用情况较多。

本文以某实际项目为背景，结合其设计和施工中解决的难题，介绍了桩基施工不便时采用注浆法处理浅基础地基的设计施工要点和难点。

1、工程概况

某不规则多层长途汽车站由长途客运站、公交首末站、换乘连廊及站台雨棚共4个单体组成，项目中央为候车大厅及中央大厅，最大跨度25.2m,两侧局部柱网8.4m×9.0m(斜柱)。两侧局部平面地上3层(设置结构地下室),首层层高6m,二层层高4.5m,三层层高4.5m。主体结构采用框架-剪力墙结构(通高大厅区域为排架结构)+张弦梁屋盖，局部小跨柱网区域屋面采用混凝土结构[4];张弦梁屋盖通过成品钢支座与下部混凝土框架梁、柱连接。

图1本工程典型地质剖面图

2、地质条件

根据勘察报告，勘探深度内场地地层自上而下分别为：杂填土①、粉质黏土②、卵石③、砾质黏性土④、细砂⑤、粗砂⑥、中风化石灰岩⑧,中风化石灰岩⑧中含溶洞，上覆土层中存在土洞。典型地质剖面见图1。拟建场地钻孔揭示洞率25/62=40.3%,大于30%,根据《岩溶地区建筑地基基础技术标准》(GB/T 51238—2018)[5]第3.0.3条，属于岩溶强烈发育场地，依据《城乡规划工程地质勘察规范》(CJJ 57—2012)第8.2.1条，场地稳定性应划分为不稳定场地。若对岩溶及土洞进行充填、加固等处理后，使岩溶及土洞处于稳定状态，或采用桩基穿透岩溶或土洞达到稳定岩层，则场地为基本稳定场地。

本项目场地内溶洞、土洞较发育，且分布较复杂，洞径大小不一，局部钻孔揭示存在双溶洞及多溶洞，部分钻孔揭示存在串珠溶洞且顶板较薄，溶洞内主要充填少量黏性土、细砂及少量砾石等。根据《工程地质手册》[6]岩溶地基稳定性评价，本项目稳定性评价如下：1)顶板情况——顶板厚度与洞跨比值小，对地基稳定不利；2)充填情况——溶(土)洞半充填，对地基稳定不利；3)地下水情况——有水流，对地基稳定不利。上述情况可能导致溶洞在荷载作用下失稳，形成岩溶塌陷[7-11]。因此在进行基础设计时应充分考虑，建议进行地基处理(如挖填压实法、灌填固结法等)或采用桩基础，避免后续土洞、溶洞进一步发育而造成建筑物下沉，以确保建筑物的安全。

施工勘察报告揭示，整个项目钻孔共完成167孔，其中揭示土洞82孔，土洞率为49%,主要发育于灰岩与上覆土层之间，充填有褐黄色的黏性土、砂砾，呈很湿、软塑状态，局部呈流塑状态。揭示溶洞61孔，溶洞率为36.5%,多数充填有灰褐、褐黄、褐红等色的黏性土及少量砂、卵石，主要呈很湿、软塑状态，局部呈流塑状态；少数无充填物，钻进过程中直接掉钻。本工程单体建筑完成钻孔85孔，其中揭示土洞18孔，土洞率为21.2%,揭示溶洞39孔，溶洞率为45.9%。如图2所示。

3、基础方案选择

地勘报告揭示，本场地属于填方区，填土约2m;埋深2.0～5.5m范围的土层不宜作为持力层，承载力较高的卵石③下存在较厚软弱下卧层。另外，场地存在土洞和溶洞(位于中风化石灰岩⑧),溶洞顶板较薄，且上覆饱和砂层，溶洞均少量充填。建筑场地邻近已建高铁站，为减少本工程施工对既有高铁线路的影响，禁止采用桩基。根据上述地质特点，采用如下几种方案进行对比试算：

(1)采用筏板(或桩筏)基础，以卵石③为持力层。

经过计算，在新增填土和建筑物自重压力下，由于软弱地基的存在导致软弱层地基变形较大，不能满足规范及使用要求。

(2)采用钻孔灌注桩基础[12],以中风化石灰岩⑧为持力层。

该方案虽能满足承载力及变形要求，但由于本场地溶洞发育，桩基施工过程中，对于溶洞处理费用可能较大，成本控制难度大[13],而且桩端临空面等不确定因素影响桩基安全[14-17],另外本工程邻近高铁站房，钻孔灌注桩施工受到限制。

图2施工勘察溶洞与土洞分布

图3箱形基础(补偿性基础)设计模型

(3)采用箱形基础(补偿性基础),设置结构地下室，底板以卵石③为持力层。

通过减少覆土荷载，有效减小附加应力，以满足沉降计算要求。基础浅埋能避免溶洞的影响[18-20]。箱形基础开挖的回填土可用于场地平填方使用，经济合理。

由于本工程场地为岩溶发育场地，基岩上覆盖饱和砂层，经专家论证及地勘单位建议，本工程选择箱形基础(补偿性基础)方案，箱形基础具有以下优点：1)有很大的刚度和整体性，因而能有效地调整基础的不均匀沉降，常用于上部荷载较大、地基软弱且分布不均的情况；2)有较好的抗震效果，箱形基础将上部结构较好地嵌固于基础，可降低建筑物的重心，从而增加建筑物的整体性；3)有较好的补偿性，箱形基础的埋置深度一般较大，基础底面处的土自重应力和水压力在很大程度上补偿了由于建筑物自重和荷载产生的基底压力。

为保证箱形基础(补偿性基础)在岩溶地区的安全，采取如下加强措施：1)底板采用梁板式筏形基础(梁底与板底齐平),并在结构地下室内部设置若干混凝土内墙以增强整个地下室的结构刚度，实现溶洞地区基础较大的跨越能力，即使局部存在未探明小土洞，也不会危及结构整体安全。设计模型如图3所示。2)在每个竖向构件下方设置施工勘察钻孔，对施工勘察钻孔揭示的全部土洞和部分浅层溶洞(基础下方15m以内)进行注浆充填处理。

4、溶洞与土洞处理方案

本工程对基础下存在隐伏的溶(土)洞，遵循先填充后注浆的原则进行处理，对于高度大于2m的无填充物/半填充溶(土)洞，可采用吹填砂并泵送C15素混凝土处理后，再进行压力注浆(袖阀管)加固的方法；其他情况，直接采用袖阀管注浆加固的方法。

对于施工勘察报告揭示的土洞部位，注浆钻孔时钻至岩层面，对土洞底板下1m范围及土洞范围，进行袖阀管注浆处理；对筏板底部以下15m以内的溶洞部位，钻孔进入溶洞底1m终孔，对溶洞进行袖阀管注浆处理，溶(土)洞剖面钻孔布置见图4。

由于施工勘察报告中未能提供溶(土)洞平面尺寸，施工单位施工实施前应进行钻孔探测以确定溶(土)洞边界，钻孔采用矩形布置，间距2m×2m,钻孔平面布置图见图5。钻探过程中，对于未发现溶洞与土洞的探测钻孔，均应注浆封堵填充。

图4溶(土)洞剖面钻孔布置图

图5探测溶(土)洞边界钻孔布置图

袖阀管成孔直径90～110mm,袖阁管直径50～60mm,套壳料采用黏土浆。注浆材料可根据地下水情况采用单液浆和双液浆。单液浆采用水泥浆，水灰比为1.0(质量比),双液浆采用水泥浆与水玻璃的混合液，水∶水泥∶水玻璃=0.9∶1∶0.2(质量比)。

水泥为强度不低于42.5MPa普通硅酸盐水泥。为保证注浆效果，采用重复注浆方法，注浆次数为两次，两次注浆时间间隔为3～6h。注浆过程中沿深度方向采用分段注浆，500mm为一段，注浆流量宜按30～60L/min控制。满足终孔压力时停止注浆，并用水泥砂浆封孔。

表1土层物理力学参数

5、基础沉降计算及工程效果

5.1基础沉降计算

根据场地地勘报告，使用YJK6.0.0计算地基基础沉降，软件中土层参数见表1。

根据地勘报告孔位，输入土层的压缩模量、重度及标高等地质参数后，代入上部结构及基础模型进行基础沉降迭代分析。加固处理前按分层总和法[21]计算的基础沉降如图6所示。

图6加固处理前基础沉降/mm

位于西侧的上部结构地上3层，地下1层，且地下1层功能为消防水池和设备用房，使用荷载较大，筏板下地基反力约为200kPa,该处计算沉降量较大，最大值为99mm(图6)。其沉降差为92-78=14mm,约为柱距L(6m)的1/428,小于规范限值0.003。

建筑西侧荷载较大，且溶洞、土洞较多，下卧软弱土层较厚，计算沉降较大，为使基础沉降均匀，对沉降较大部位卵石③以下软弱土进行注浆处理[22],注浆孔间隔2m控制，注浆加固处理后地基承载力不应低于300kPa,加固方式见图7。

图7卵石③层下软弱土加固示意

卵石③下软弱土进行加固后，将卵石③下软弱土压缩模量取为卵石③与砾质黏性土④的压缩模量平均值，约为15MPa,按此数值重新计算后得到的基础沉降如图8所示。由图8可见，加固处理后基础沉降较为均匀，地基变形对上部结构的影响更小。

图8加固后基础沉降/mm

对比图7和图8可见，加固处理前后建筑东侧沉降计算结果从43m变为40mm,这是由于加固处理后西侧卵石③下软弱土压缩模量增大，影响了东侧沉降计算结果。

5.2工程效果

地基处理完成后，采用钻芯法对处理后地基取样检测，共抽检检测13个孔，结果显示，溶洞处理区域芯样连续、完整、表面光滑、胶结好、骨料分布均匀、呈长柱状，端口吻合、芯样28d无侧限抗压强度为1.7～2.3MPa,≥0.2MPa,满足设计要求。

对加固处理后基础进行静载荷试验，承压板采用面积为1m2的正方形钢板，分级加载荷载为最大试验荷载的1/8,第一级加载荷载为分级加载荷载的2倍，根据现场记录数据进行整理，并绘制压力-沉降(P-S)曲线，如图9所示。由图9可知，加载至最大压力600kPa时沉降为23.09mm,小于规范限值60mm,满足设计要求。

图9压力-沉降(P-S)曲线

至主体结构完成后，根据施工单位记录数据，主体结构沉降值约为10mm,而计算得到的沉降值较大，约为9～40mm。经过分析，有如下原因：1)施工单位开始记录沉降的时间是在基础地下室完成以后进行的，部分沉降已经发生；2)地勘单位提出的压缩模量偏小，导致计算的沉降量较大。但总体上，尤其是西侧的沉降已得到控制，说明本工程的溶(土)洞的处理措施是恰当的。在上覆软弱土层岩溶地区采用本工程箱形基础方案，在适用性和合理性两方面均取得了良好的效果。

6、结论与建议

(1)岩溶地区由于地质复杂，部分地区上覆饱和砂层，溶(土)洞强烈发育，地基稳定性较差，在桩基使用受限的情况下，整体性较好的箱形基础是此类地基的最佳选择。该基础能有效减小基底附加应力，调节不均匀沉降，保证主体结构安全。

(2)介绍溶洞与土洞处理的袖阀管注浆的具体实施方案，针对不同埋深及大小的溶洞，选择性地进行地基处理；针对土洞，利用注浆过程中钻孔探明土洞边界，并仅在土洞范围进行注浆处理。避免大面积注浆，节省成本。

(3)对上部结构荷载较大部位，采取满布注浆孔注浆加固来增强地基承载力，减小沉降，通过YJK6.0.0软件对比分析了加固处理前后的基础沉降，处理后基础沉降较为均匀，满足规范要求。

(4)地基加固处理后，采用载荷板试验验证了加固后地基承载力满足设计要求，并采用钻芯法检测了注浆加固的均匀性，对芯样进行抗压强度试验，试验结果满足设计要求。

(5)由于溶洞和土洞分布具有很大的不确定性，且土洞后期继续发育可能导致场地塌陷，对于采用浅基础的建筑，建议对全部土洞进行处理，并增加沉降观测频率。对于土洞和溶洞注浆充填的施工质量，建议采用钻芯或静力触探、静载试验等多种方法进行验证，确保注浆加固质量。

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文章来源:吴盈,罗俊,熊森,等.岩溶地区地基处理及基础设计[J].建筑结构,2024,54(17):138-142+131.