武汉石灰岩地区某工程基础选型的介绍
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摘要：随着城市工程建设突飞猛进的发展，武汉石灰岩分布区的岩土工程问题日异突出，长江一级阶地砂层与石灰岩直接接触的不利地层组合关系已渐成了问题的交点，例武昌武泰闸至青菱乡；汉阳莲花湖至鹦鹉洲的长江两岸一带，如能由政府对该地区统筹勘察规划，是问题解决的最好出路。而在长江三级阶地的石灰岩分布区，则有很多成功的基础选型经验。本文就×××指挥中心大楼工程实例，谈谈我们的体会。
一、工程概论
×××指挥中心大楼，位于雄楚大道路北，武昌锅炉厂南墙外，大楼主楼12层，裙楼8层，框架结构，设置一层地下室，预计开挖深度为自然地面以下6.0m。
图一 工作量布置图
该项目单柱荷载较大，由于其特殊功能，工程重要性等级较高。我们在初勘基础上（初勘由其它单位完成），共布设勘探点23个，4个物探验证孔，2个岩溶裂隙水位观测孔，同时还委托神龙地质勘察院进行了物探工作（包括地质雷达和瞬变电磁法）。目的是从宏观上探测溶洞和软土的规模，以其达到缩短“卡洞”工期，节约勘察投资的目的。
二、场区岩土层的分布条件
图二：典型工程地质剖面图
表一 场区土层主要特征及力学性质
层号
岩石层名称
层面埋深(m)
一般厚度(m)
Ps范围值（MPa）
N范围值（击）
综合
岩性描述
fak(kPa)
Es(MPa)
2
淤泥
1.5-2.0
0.5-1.0
0.3-0.4
50
2.2
黑灰，饱和，流塑，局部软塑，普遍分布
3-1
粘土
2.5-3.0
0-3.5
0.9-1.8
110
4.3
褐灰，软塑，部分地段分布
3
粉质粘土
2.5-3.2
0-3.0
1.2-2.0
150
6.0
褐灰-褐黄，可塑，大部分地段分布
4
粉质粘土
夹粉土
5.5-6.5
0-3.5
0.6-1.0
95
3.8
褐黄-褐灰，湿，软塑，大部分地段分布
5
粘土夹碎石
7.5-10.0
3.5-6.0
N63.5=23.4
350
13.0
黄褐-褐黄，稍湿，硬塑，碎石稍有磨园度，以石英砂岩为主。
5-1
粘土夹碎石
14.0-16.0
0-10.0
3.5-9.0
60-180
2.0-7.0
黄褐-褐黄，很湿-饱和，由硬可软流塑，仅沟槽分布
6
石灰岩
13.0-18.0
未钻穿
frk=34~109MPa
fa=1000
不可
压缩
浅灰、灰白，溶蚀裂隙发育，分布在图一地质介线以南
7
砂岩、泥岩
10.0-11.0
未钻穿
fa=400
Eo=45
褐黄—砖红色，呈碎解状，分布在图—地质介线以北
从上述计算，可以结论，对已掌握的溶洞，经计算过的及未经计算过的，当建筑物荷载上去以后，除个别还可讨论外，其余均属稳定型洞体。
5、岩溶地下水运动的不利影响
岩溶地下水的运动，有可能导致岩溶软土，土洞及地面塌陷等对建筑物稳定性的影响，本场区附近有抽水井，有地下水运动现象，对建筑物的影响是我们十分关注的问题。
a．（5-1）属场区岩溶软土，从初勘和详勘资料中可知，（5-1）层土并没有在灰岩面上呈层状分布，仅分布于溶沟槽及岩面低洼处，即见软土率为≈25%，可以说场区岩溶地下水对复盖土层虽有软化、侵蚀作用，但并不普遍和强烈。且所有钻孔中均未发现有土洞的存在。
b．与场区灰岩在同一条带上的抽水井，附近只有武锅一口井，且抽水量仅为400吨/日，抽水量不大。据“工程地质手册”有关条文说明，当地下水流的水力梯度（I）大于岩土层的临界水力梯度（Io）时，则易对岩土层产生潜蚀。由于武锅井正在运营，无法测量其水位降，如果我们假设其为最不利的降深40m（此水井抽水管安装最深为40m），本场区3#孔水位降深为14.2m，两点相距200m，则地下水流动的水力梯度。
岩土层第（5）层的临界水力梯度
式中：Gs=岩土层颗粒的比重（取Gs=2.75）
n=岩土孔隙度，以小数计算（取n=0.45）
两者相比，地下水流动的水力梯度大大小于第（5）层土，包括（5-1）层土的临界水力梯度，这说明抽水引起的潜蚀现象是非常有限的。
武锅抽水井建于五八年，距今40余年，调查没有发现场区及抽水井周围有地面塌陷现象发现。另武汉三镇正在运营的水井不少，据武汉市有记载的地面塌陷均分布在长江一级阶地地层中，而长江三级地地层中的地面塌陷到目前为止还未有记载。
（二）是基础方案优化的结
前面已经介绍，本场区无论选择桩基础，还是天然浅基础，均存在诸多不利条件，而采用筏板+地基处理基础是最经济合理的方案。
其一，筏板基础的平面尺寸大，有足够的刚度，可以满足《GB50007-2002》规范第6.5.4（2条）。即当基础的尺寸大于洞（或沟槽）的平面尺寸，并有足够的支承长度时，可以不考虑溶洞（或沟槽）对基础的稳定性影响。
其二，对浅部Q4地层地基处理后，达到形成具有一定厚度的均匀的基础持力层，使其上部荷载应力传至下面软土或岩面时变得最小为目的。
推荐的地基处理方案有以下几种
1、换土垫层：可采用高炉矿渣、砂、石级配料换填，此方法施工直观、简单、易于操作，但需开挖7.5-10.0基坑，场区两侧分布有沟塘，从安全、经济的角度出发需论证，慎重采用。
2、碎石桩复合地基：预挖3.0米基坑，再进行小直径，高密度高置换率干法碎石桩。此法从受力机理分析，是除换填之外对地基应力分配最有利的一种加固形式，但后因此法已逐渐在武汉淘汰，未能系用。
3、水泥搅拌桩复合地基：可用满堂正方形或三角形模式，高置换率布桩。此法施工较易实施，质量也较易控制，但从地基应力分配的受力机理上分析，大大不如前两种形式。
4、人工素砼复合地基：此法是采用洛阳铲成孔、人工搅拌素砼铲入孔内，不进行捣实工艺，施工质量均由人工操作，完全不用机械，其受力机理上同前第3种。后经对比后，采用了此种方案。
七、地基承载力及变形计算
（一）地基承载力计算
1、复合地基承载力，可根据建筑地基处理技术规范《JG79-2002》的有关规定进行设计计算。（注：在此从略）
2、对第（5）层土按深宽修正，可得到以下设计值
采用公式：
其中 =19.7 m =19.2
计算结果，其设计值fa=600kPa
（二）变形计算
第（5）层土以下有（5-1）软土的不均匀分布，能导致基础的不均匀沉降及倾斜超规。以下试算了基础各点的沉降及基础整体变形。
图四 沉降计算图（注：仅供设计参考）
从上图的计算结果可见：a基础的计算倾斜值是在国家有关规范规定的允许变形值范围之内；b虽各点计算值差异较大，但只要基础的刚度有足够的大，不发生整体超规的倾斜，则基础的整体变形，只会以小变形值体现出来。
八、建议与结束语
由于拟建物的工程重要性等级较高，我们在勘察报告的建议中提出：为使建筑物的主楼地基更安全，建议对1-4号钻孔一带已探明的岩溶、软土分布较集中地带，采用体积限量注浆处理。
该建筑物于2000年建成，使用至今，据后期沉降现测资料反映，其使用效果很好。可以算得上是个成功的建筑案例。