一、巖溶地區(qū)地質(zhì)特征
巖溶，又稱“喀斯特”(Karst)，是由水流與可棺性巖石相互作用而形成的獨(dú)特地質(zhì)現(xiàn)象的總和，其產(chǎn)生和發(fā)展的過程則稱為“巖溶作用”?？扇苄詭r層的存在是巖溶作用發(fā)生和發(fā)展的先決條件或物質(zhì)基礎(chǔ)，水的流動(dòng)或活動(dòng)則是巖溶作用發(fā)生和發(fā)展絕對必需的動(dòng)力。
由于巖溶作用的進(jìn)行，因而地殼巖層的堅(jiān)實(shí)性和穩(wěn)固性受到了破壞。不僅如此，由于巖層千瘡百孔，地表不易存水，工程建設(shè)常常會(huì)碰到這樣的地質(zhì)環(huán)境。
基樁是深入巖土層中的柱型桿件，各基樁與連接樁頂?shù)某信_(tái)所組成的深基礎(chǔ)就稱為樁基礎(chǔ)，簡稱樁基。上部結(jié)構(gòu)荷載先通過承臺(tái)分配到各基樁上，再通過基樁傳遞到深部巖土層當(dāng)中。由于深部巖土層強(qiáng)度與剛度較高，所以樁基礎(chǔ)與淺基礎(chǔ)相比有承載力高和沉降小的特點(diǎn)。巖溶地區(qū)地質(zhì)形態(tài)異常復(fù)雜，現(xiàn)有地勘手段無法完全摸清。一般由于靜壓管樁施工的優(yōu)點(diǎn)，在巖溶地區(qū)常常采用。
由于靜壓樁基礎(chǔ)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(l)無噪聲、無振動(dòng)，無沖擊力，施工應(yīng)力小，樁頂與樁身不易損壞；(2)沉樁精度較高，不易產(chǎn)生偏心沉樁；(3)施工速度快，無泥漿排放，施工文明，場地整潔；(4)工程費(fèi)用經(jīng)濟(jì)，所以靜壓樁基礎(chǔ)是現(xiàn)在使用最為廣泛的樁基礎(chǔ)形式之一。由于石灰?guī)r地質(zhì)在廣泛存在，所以靜壓樁基礎(chǔ)在使用過程當(dāng)中常會(huì)遇到溶洞溶槽等問題。然而，針對巖溶地區(qū)靜壓樁基礎(chǔ)承載機(jī)理的研究工作相對還是較少，這就造成了理論跟不上應(yīng)用步伐的滯后現(xiàn)象，加強(qiáng)這一方面的研究工作有其必要性和緊迫性。
二、巖溶地區(qū)主要地基處理原則
地基評價(jià)不能滿足穩(wěn)定性要求時(shí)，需要對地基進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼Ｒ话銓Φ鼗€(wěn)定有影響的巖溶洞隙，應(yīng)根據(jù)其位置、大小、埋深、圍巖穩(wěn)定性和水文地質(zhì)條件綜合分析、因地制宜的采取下列處理措施：(1)對洞口較小的洞隙，宜采用鑲補(bǔ)、嵌塞與跨蓋等方法處理；(2)對洞口較大的洞隙，宜采用梁、板和拱等結(jié)構(gòu)跨越?？缭浇Y(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的支承面。梁式結(jié)構(gòu)在巖石上支承長度應(yīng)大于梁高的1.5倍，也可采用漿砌塊石等堵塞措施；(3)對于圍巖不穩(wěn)定、風(fēng)化裂隙破碎的巖體，可采用灌漿加固和清爆填塞等措施；(4)對規(guī)模較大的間隙，可采用洞底支撐或調(diào)整柱距等方法處理。
一般對地基穩(wěn)定有影響的土洞，杜絕地表水滲入土層，使土洞停止發(fā)育和發(fā)展，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件許可時(shí)，盡量對地下水采取截流、改道等，以阻止土洞繼續(xù)發(fā)展。當(dāng)土洞埋深較淺時(shí)，采用挖填和梁板跨越；對直徑較小的深埋土洞，可不處理，僅在洞頂上部采用梁板跨越即可；對直徑較大的深埋土洞，可采用頂部鉆孔灌砂或灌碎石混凝土，以充填空間。當(dāng)對地下水不能采取截流、改道等方式以阻止土洞發(fā)育時(shí)，一般可采用樁基等措施。
三、靜壓法沉樁機(jī)理
靜壓管樁的壓樁是利用壓樁機(jī)自重和配重做反力，以卷揚(yáng)機(jī)滑輪組或電動(dòng)油泵液壓方式施加在樁頂或樁身上，當(dāng)施加給樁的靜壓力與樁的入土阻力達(dá)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，樁在自重和靜壓力作用下逐漸壓入地基土中。
靜壓管樁壓樁的過程也是擠土的過程，在壓入過程中造成了樁周土體的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。當(dāng)樁尖“刺入”土體中時(shí)，原狀土的初應(yīng)力狀態(tài)受到破壞，造成樁尖下土體的壓縮變形，土體對樁尖相應(yīng)產(chǎn)生阻力。隨著樁的壓樁壓力的增大，當(dāng)樁尖處土體所受應(yīng)力超過其抗剪強(qiáng)度時(shí)，土體發(fā)生急劇變形而達(dá)到極限破壞，土體產(chǎn)生塑性流動(dòng)(黏性土)或擠密側(cè)移和下拖(砂性土)，樁尖下土體被向下和側(cè)向壓縮擠開，樁繼續(xù)“刺入”到下層土體中，隨后樁周土體繼續(xù)被壓縮擠開。
壓樁過程中，在穿過上覆軟土層時(shí)，壓樁阻力較小。主要是因?yàn)閷τ谏细餐翆訛檩^軟上層，如飽和黏性土、淤泥等，其瞬時(shí)排水固結(jié)效應(yīng)不明顯，體積壓縮變形小，樁體在貫入時(shí)會(huì)產(chǎn)生超靜孔隙水應(yīng)力，樁體貫入的瞬間，在靠近樁土界面的5～20mm土層，由于超孔壓最大，在樁表面形成水膜，從而降低沉樁貫入阻力。當(dāng)將樁壓到硬塑一堅(jiān)硬的風(fēng)化殘積土、強(qiáng)風(fēng)化巖等持力層時(shí)，壓樁力會(huì)急劇上升。因?yàn)閷秹旱匠至訒r(shí)，在壓樁力劇烈的擠壓擠密作用下，樁端附近的土已經(jīng)不是原狀土，而是形成超壓密土層區(qū)和擠密加固區(qū)，強(qiáng)度比原狀土的強(qiáng)度高。壓樁完成后，隨樁側(cè)土孔壓消散、再固結(jié)和觸變恢復(fù)，最終形成一層緊貼于樁表面的硬殼。
四、工程實(shí)例
(一)工程概況
某建筑工地，場區(qū)內(nèi)建筑群均采用φ500的高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力管樁，長度介于20~30m，其承載力特征值為3000~400OkN不等。
根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告及開挖所揭露的地層資料，本場地與工程樁相關(guān)的地層自上而下可分為：吹填砂；吹填土；素填土；淤泥；粉砂；粉質(zhì)粘土；粉質(zhì)粘土；全風(fēng)化混合花崗巖；強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖。
(二)承載力理論計(jì)算結(jié)果與靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比
選取該場區(qū)內(nèi)某根具有現(xiàn)場靜載試驗(yàn)結(jié)果的管樁進(jìn)行承載力理論計(jì)算，并與相應(yīng)的實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，結(jié)果詳見表1。計(jì)算過程中須要提供各土層的剪切模量G，但由于巖土工程勘察報(bào)告一般不提供這一參數(shù)，因此G往往要靠經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行取值。
(三)結(jié)論分析
在實(shí)力計(jì)算比較中，除頭三四級(jí)的實(shí)際施加荷載與理論計(jì)算結(jié)果偏差較大外(雖然相對偏差最大達(dá)42.95%，但由于荷載水平較低所以最大絕對偏差只有407kN)，其他數(shù)據(jù)都能與實(shí)測數(shù)據(jù)有較好的吻合。特別是在最后一級(jí)荷載(即兩倍承載力特征值)中，誤差基本都能控制在10%以內(nèi)，這樣的計(jì)算精度對于工程應(yīng)用而言已經(jīng)足夠。
出現(xiàn)上述這種情況的主要原因在于k值的計(jì)算上，眾所周知土體的模量實(shí)際是隨著應(yīng)力水平的改變而改變，而且應(yīng)力水平越大則模量就越小(由于土的塑性變形)，而作為樁側(cè)土等效彈簧的剛度系數(shù)k也應(yīng)該如此。由于k值的計(jì)算問題所造成的求解誤差可通過以下兩個(gè)方法進(jìn)行修正：從k值的計(jì)算模型入手，將線性土彈簧轉(zhuǎn)變成與應(yīng)力水平相關(guān)的非線性土彈簧。但要注意，要求解出能反映土體實(shí)際受力變形特征的非線性土彈簧剛度系數(shù)k是比較困難的。此外，在土彈簧為非線性的情況下求解工作會(huì)變得較為繁復(fù)而不利于工程應(yīng)用；不改變k值的計(jì)算模型，但根據(jù)大量的工程實(shí)例歸納總結(jié)出在不同荷載水平中承載力理論計(jì)算數(shù)值與實(shí)測靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)間的偏差范圍，以系數(shù)修正的方法來糾正理論計(jì)算結(jié)果的誤差。
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