桂林岩溶区地基处理设计 桂林岩溶地基处理技术及展望<sup>[]</sup>
桂林地基土的组成主要为填土（素填土以及杂填土）、粘性土（红粘土）、粉土以及漓江阶地形成的砂、砾石、卵石等，而基岩一般则为上泥盆统融县组石灰岩。市区绝大部分地段的地基表层军均分布有数十厘米至数米厚的填土，填土一般呈松散—稍密状态，一般情况下，不能作为地基的直接持力层，同时石灰岩基岩面附近分布有软土，地基中常常发育有溶洞、土洞及产生岩溶塌陷等现象。由于地基岩土层的复杂多样化，在修筑建筑物中，当不能采用天然地基作为基础的直接持力层时，须对地基采取相应的处理。目前，复合地基处理技术在桂林岩溶区地基加固的应用已经取得成功，应用面也得到逐步拓展。由于场地本身的复杂性，在对不满足建筑要求的场地地基进行加固处理时，宜根据场地实际地质情况，选择合理的地基承载力与变形计算方法，确保建筑经济安全。
桂林市中心地段地貌属漓江一级、二级阶地，土层一般较厚，上覆土层主要为填土、粘性土、粉土、砂、砾石、卵石等，局部地段发育有土洞、塌陷等不良地质现象，其地基加固处理方法有素混凝土桩（CFG桩）、旋喷桩、深层搅拌桩等，复合地基承载力与变形计算可依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2002）相关规定进行。然而局部地段，如桂林西城区，至临桂县城一带，上覆土层厚度分布较大范围为0～15 m，主要由冲洪积、残坡积形成的粘土、红粘土、次生红粘土、粉质粘土等组成，土层相对较薄，且岩溶不良地质作用强发育。文献[39]通过对桂林市西城区大量钻孔资料和地表测绘资料的统计分析表明：覆盖层厚度越小，岩溶塌陷越发育。厚度小于6 m 区域的塌陷个数占总塌陷个数的74％以上；厚度小于10 m 区域的塌陷个数占总塌陷个数的99％以上；覆盖层厚度大于10 m 时，基本上不会发生岩溶塌陷。在这种强岩溶发育地段采用复合地基加固技术时如何保证在荷载作用下，增强体与天然地基土体能够共同直接承担荷载的作用并进行合理可行的承载力与变形计算，将是加固设计首先要考虑解决的问题。
3.4.1 桂林岩溶区深层搅拌地基处理
按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2002）的规定[40]，水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。在桂林岩溶地区，主要用来加固素填土地基、不含粗大杂质的杂填土地基以及漓江一级阶地的松软粉土等地基。桂林岩溶区深层搅拌桩的桩径一般为500 mm，桩长不超过20 m，多采用湿法施工。处理目的主要是加强地基土的地基承载力以及减少地基沉降变形。
3.4.1.1 单桩竖向承载力特征值
水泥搅拌桩单桩竖向承载力特征值应通过现场单桩载荷试验确定。有经验时单桩竖向承载力特征值R a也可按式（3.11）和式（3.12）估算，取两者中小值。
桂林岩溶区岩土工程理论与实践
式中：up——桩的截面周长（m）;
qsi——第i层土的桩侧阻力特征值（kPa）；对淤泥可取4～7kPa；对淤泥质土可取6～12kPa；对软塑状态的粘性土可取10～15kPa；对可塑状态的粘性土可取12～18kPa；对于粉土、填土等可参考上述取值；对于新近填土，不宜计入桩侧阻力，甚至应考虑其负桩侧阻力。
li——第i层土的厚度（m）；
α——桩端天然地基土的承载力折减系数，与桩长、土层土质情况等因素有关，常取0.4～0.6;
Ap——桩的截面积（m2）;
qp——桩端地基土未经修正的承载力特征值（kPa）;
n——桩长范围内所划分的土层数；
η——桩身强度折减系数；喷浆深层搅拌法取0.25～0.33;
fcu——90 d龄期桩体水泥土立方体抗压强度平均值（kPa）。
3.4.1.2 复合地基的承载力特征值
竖向承载水泥搅拌桩复合地基的承载力特征值应通过复合地基载荷试验确定。有经验时水泥搅拌桩复合地基的承载力特征值可按式（3.13）估算：
桂林岩溶区岩土工程理论与实践
式中：fspk——复合地基的承载力特征值（kPa）;
Ap——单桩的截面积（m2）;
m——复合地基面积置换率；
R a——单桩竖向承载力特征值（kN）；
β——桩间土承载力折减系数。当桩端土未经修正的承载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.1～0.4，差值大时取低值；当桩端土未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取0.5～0.9，差值大时或设置褥垫层时均取高值；
fsk——处理后桩间土承载力特征值（kPa），可取天然地基承载力特征值。
3.4.1.3 软弱下卧层强度验算
竖向承载水泥搅拌桩复合地基处理范围以下存在软弱下卧层时，软弱下卧层强度验算可按式（3.14）进行：
pz +pcz ≤faz （3.14）
式中：pz——相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值（kPa）;
pcz——软弱下卧层顶面处土的自重压力值（kPa）;
faz——软弱下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值（kPa）。
3.4.1.4 水泥搅拌桩复合地基的变形量
竖向承载水泥搅拌桩复合地基的变形量主要包括水泥搅拌桩复合土层的平均压缩变形量s1和桩端下未加固土层的压缩变形量s2，即s=s1+s2。
（1）水泥搅拌桩复合土层的平均压缩变形量s1，可按式（3.15）计算：
s1 =（pz+pz1）l/2Esp （3.15）
水泥搅拌桩复合土层的压缩模量Esp可按式（3.16）计算：
Esp = mEp +（1 - m）Es （3.16）
式中：pz——水泥搅拌桩复合土层顶面的附加压力值（kPa）;
pz1——水泥搅拌桩复合土层底面的附加压力值（kPa）;
l——水泥搅拌桩桩长（m）;
Es——水泥搅拌桩桩间土的压缩模量（MPa）;
E p——水泥搅拌桩桩身的压缩模量（MPa）。
（2）水泥搅拌桩桩端以下未加固土层的压缩变形量s2，可采用现行国家规范《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）的有关规定计算。
3.4.1.5 水泥搅拌桩桩身的施工质量检验
（1）成桩后3天内，可用轻型动力触探（N 10）检查桩身的均匀性。检验数量宜为施工总桩数的1％，且不少于3根。
（2）成桩7天后，采用浅部开挖桩头（至设计桩顶标高处），目测检查水泥土桩均匀性，量测成桩直径。检查量为总桩数的5％。
（3）竖向承载水泥搅拌桩复合地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验和单桩载荷试验。
（4）桩间土检验采用原位测试和室内土工试验。
3.4.2 桂林岩溶区素混凝土桩（CFG桩）地基处理
素混凝土桩（CFG 桩）复合地基，主要用于处理桂林岩溶区粘性土、粉土、砂土和已完成自重压密的填土等地基。桩径一般要求取300～600 mm。但在桂林岩溶区的工程实践表明，很多工程采用桩径220 mm 的素混凝土桩，施工方便，工程成本较低，地基处理的效果良好。
3.4.2.1 复合地基承载力特征值fspk
复合地基承载力特征值fspk应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计可按式（3.13）估算。但公式中的桩间土承载力折减系数β，取0.75～0.95，天然地基承载力较高时取大值。
3.4.2.2 单桩竖向承载力特征值Ra
单桩竖向承载力特征值Ra的取值应符合下列规定：
当采用单桩载荷试验确定时，可将单桩竖向极限承载力除以安全系数2；但当地很少做载荷试验，因此，一般情况下，按式（3.17）估算：
桂林岩溶区岩土工程理论与实践
式中：up——桩的周长（m）;
n——桩长范围内所划分的土层数；
qsi——第i层土的桩侧阻力特征值（kPa）;
qp——桩端端阻力特征值（kPa）;
li——第i层土的厚度（m）。
3.4.2.3 桩身强度
桩体试块抗压强度平均值应满足式（3.18）的要求：
桂林岩溶区岩土工程理论与实践
式中：fcu为桩体混合料试块（边长150 mm 立方体）标准养护28 d后的立方体抗压强度平均值（kPa）。
3.4.2.4 复合地基沉降计算
复合地基沉降宜按式（3.19）计算：
s = s1 + s2 （3.19）
式中：s1——复合土层压缩量，（mm）;
s2——下卧土层的压缩量，（mm）。
s1、s2的计算可采用分层总和法，按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）的规定执行。
3.4.2.4.1 s1的计算
桂林岩溶区岩土工程理论与实践
式中：Δpi——第i层土的平均附加应力增量，（kPa）;
hi——第i层计算土层的厚度，（m）;
Espi——第i层复合土体的压缩模量（MPa），按式（3.21）计算。
Esp = mEp +（1-m）Es （3.21）
式中：Ep——桩体压缩模量（MPa）;
Es——桩间土压缩模量（MPa）。
3.4.2.4.2 s2的计算
s2的计算公式同s1，其中作用在下卧层顶部的附加压力可采用压力扩散法或等效实体法确定。
复合地基的下卧层是指复合土层下未加固的土层。由于其未加固处理，土的工程特性没有改变，只是因其上复合土层的工程性能改善，导致下卧层的应力分布有所变化，故主要是设法计算比较合适的下卧土层的应力分布，然后再采用分层总和法计算其沉降s2。目前在工程实践中，计算复合地基下卧层附加应力分布的近似方法主要有应力扩散法、等效实体法等。
压力扩散法：该法是将复合土体作为加固的垫层，故作用于其上的荷载，即按一定的扩散角θ通过复合土体传递至下卧土层顶面。由此获得作用于下卧土层顶面的荷载平均应力，以及相应的作用范围，并以此计算下卧土层中的应力分布，求其沉降。
桂林岩溶区岩土工程理论与实践
等效实体法：该法是将复合土体视为一局部的实体，犹如墩式基础。作用其上的荷载扣除周边摩阻力f后直接传至实体底面。故作用于下卧土层顶面的荷载应力为：
桂林岩溶区岩土工程理论与实践
上两式中：
pz——荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加压力值（kPa）;
L——基础的长度（m）;
B——基础的宽度（m）;
h——复合地基加固区的深度（m）;
a0,b0——分别为基础长度和宽度方向桩的外包尺寸（m）;
p0——复合地基加固区顶部的附加压力（kPa）；
θ——压力扩散角（°）；
f——复合地基加固区桩侧阻力（kPa）。
3.4.3 桂林岩溶区高压旋喷桩地基处理
高压旋喷桩复合地基适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基。过去在桂林地区用得不多，现在越来越多用来处理岩溶地区软弱地基土层，例如，桂林市福泰房地产开发有限公司御林湾住宅小区、桂林市广运实业投资有限责任公司美居商贸城二期Al区、桂林市北斗置业发展有限公司铁西商住楼等工程中，均采用高压旋喷桩复合地基，用来局部软弱下卧层及溶槽内的软土处理、溶洞及“鹰嘴”灰岩等岩溶强烈发育区的处理，取得了很好的效果。高压旋喷桩复合地基的承载力特征值达到280 kPa以上，完全可以满足当地建筑物对地基承载力的要求。
3.4.3.1 高压旋喷桩复合地基承载力
高压旋喷桩复合地基承载力特征值fspk应通过现场载荷试验确定。初步设计可按式（3.13）估算。公式中的β为桩间土承载力折减系数，取值0～0.5，天然地基承载力较高时取大值。
3.4.3.2 高压旋喷桩单桩竖向承载力
高压旋喷桩单桩竖向承载力特征值可通过现场单桩载荷试验确定，也可按式（3.24）和（3.25）估算，取两者中的较小值：
桂林岩溶区岩土工程理论与实践
式中：fcu——与旋喷桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块在标准养护条件下28d龄期的立方体抗压强度平均值（kPa）；
η——桩身强度折减系数，可取0.33;
up——桩的截面周长（m）;
qsi——第i层土的桩侧阻力特征值（kPa）;
li——第i层土的厚度（m）;
Ap——桩的截面积（m2）;
qp——桩端地基土未经修正的承载力特征值（kPa）;
n——桩长范围内的土层数。
3.4.3.3 高压旋喷桩施工
以桂林市北斗置业发展有限公司铁西商住楼高压喷射注浆地基处理为例[41]，采用400 mm、500 mm桩径的DZ-3T振动式沉管桩机，其施工方法及工艺如下。
3.4.3.3.1 工艺流程
CFG 桩：先定出基础轴线，后根据CFG 桩平面布置图定出桩位→桩机对正桩位→当沉管到达设计标高后，就可以灌注混凝土→振动提拔沉管灌入拌和好的混凝土料→直至地面结束→成桩移机另一桩位。
高压喷射注浆：测放桩位→30型钻机引孔→穿过卵石→下塑料隔管→旋喷钻机对正孔位→灰浆制备→插管至设计桩底标高→喷浆试压→桩底旋喷浆液→恒速提升旋喷浆液桩顶标高→冲洗灰浆制备机具输浆管道→结束一根桩施工→移机对正下一孔位。
3.4.3.3.2 技术参数
CFG桩：桩身采用碎石（粒径3～5 cm）、石粉、水泥（强度等级32.5）；施工坍落度为30～50 mm；桩身混凝土强度等级C15，并进行配合比试验。
高压喷射注浆：旋喷速度为20转/min；提升速度为20 cm/min；旋转泵压不小于26 MPa；浆液配比为水：水泥＝1:1；相对密度为1.5。
3.4.3.3.3 施工质量检查
（1）桩头开挖检查：经开挖桩头检查，CFG 桩桩形好，桩头水泥土强度高，一般桩径大于500 mm，旋喷桩一般桩径达到600 mm左右；
（2）施工用水泥经复检合格；
（3）现场取54组水泥碎石桩混凝土试块自然养护，28 d抗压强度平均值为19.4 MPa，满足设计要求；
（4）经复合地基载荷试验检测，复合地基承载力达到280 kPa，达到设计要求；
（5）抽取施工总桩数的10％做桩基低应变检测，所测桩桩身结构完整，桩身混凝土强度等级达到C15，桩身质量达到设计要求。
3.4.4 桂林岩溶区地基灌浆处理
灌浆法是利用液压、气压或电化学的方法，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以充填、渗透或挤密等方式，进入土颗粒之间的孔隙中或土体的裂缝中，将原来松散的土体胶结成一个整体，形成强度高、防渗和化学稳定性好的固结体。
灌浆法可用于防渗、堵漏、地基加固和纠正建筑物偏斜，适用于处理砂及砂砾石地基、粘性土地及和湿陷性黄土地基等，尤其非常适合处理桂林漓江阶地以砂卵石为主的岩溶塌陷地基。
按照施工工艺和灌浆工作原理的不同，灌浆方法可分为下列几种：渗透灌浆、压密灌浆、劈裂灌浆、电化学灌浆。桂林岩溶区地基处理主要采用渗透灌浆和压密灌浆。
渗透灌浆：将注浆管埋设于需要灌浆的地层内，在灌浆泵输送压力的作用下，将调制好的浆液输送和渗透进入土的孔隙或岩石的裂缝中。如果孔隙、裂缝等通道的孔径不小而浆液的黏度不高（如水灰比大的水泥浆或其他黏度更小的浆材）且灌浆压力较大，则浆液将被压送到较远的距离以外，即浆液的扩散半径大。但当裂隙微小、连通性差且其间存在填充物时，则浆液不易扩散。岩石地基和大坝中的防渗帷幕灌浆，需要用高压水反复冲洗裂隙中的填充物，并在浆液中掺入2％水泥量的钠基膨润土，才能使浆液渗入细缝中。
渗透灌浆适用于中砂以上的砂砾石层，例如桂林漓江阶地以砂卵石为主的岩溶塌陷地基、市区松散的杂填土地基。
压密灌浆：采取较高的压力将浓浆（或水泥砂浆）经钻孔挤压入土体中而形成扩大了的球状、柱状等浆液固结体，以提高地基的承载力，减少建筑地基的变形。为了保持压密灌浆较高的压力，在钻孔套管或处理过的钻孔孔壁与注浆管之间应设置止浆塞（与大气隔开），从注浆管端部压出的“浆泡”，甚至可使局部土体向四方挤密和上抬。我国各地均有压密注浆成功的实例。
在红粘土地基中采用渗透灌浆的效果常不理想，原因是红粘土的粘粒含量较多、粒间孔隙小和透水性低等。
3.4.4.1 浆液扩散半径（r）的确定
由于当地没有成熟的确定浆液扩散半径r的设计经验，一般来说，可按灌浆体呈球形扩散来估算浆液扩散半径r，根据1938年马格（Maag）首次发表的牛顿型浆的球形扩散公式，浆液的扩散半径r可以由下式估算确定：
桂林岩溶区岩土工程理论与实践
式中：r0——灌浆管半径（cm）;
k——土的渗透系数（cm/s）;
h——与灌浆压力相当的水头高度值（cm）;
t——灌浆时间（s）;
n——土的孔隙率（%）；
β——浆液黏度对水的黏度比。
3.4.4.2 灌浆孔位布置
灌浆孔一般采取梅花形分布。
3.4.4.3 灌浆孔孔深
以穿透被处理的松散软弱层为主，一般应不低于6 m。
3.4.4.4 灌浆压力
在处理土洞地基时，若土洞内无充填物，一般可先在土洞内充填碎石或中、粗砂，然后进行渗透灌浆。渗透灌浆就是在压力的作用下，使浆液填充土洞内充填物的孔隙，并要求浆液不扰动破坏周围地基土层的结构。浆液的扩散能力与灌浆压力的大小密切相关，灌浆压力提高，可增大浆液扩散半径，增加可灌性。但是，灌浆压力太大，将有可能导致土洞周围地基土层的破坏，降低承载力，或者转变成劈裂灌浆，造成不必要的浪费；若灌浆压力太小，又不能灌满土洞内充填物的孔隙，降低处理效果。因此，进行土洞地基灌浆，必须选择一个合适的灌浆压力范围。目前，工程实践中灌浆压力的确定，多数是依据设计人员的经验来确定，部分工程通过现场试验确定。
桂林岩溶区灌浆压力经验一般为0.15～0.30 MPa，并根据吸浆量情况现场适当调整。
3.4.4.5 灌浆材料
一般采用普通硅酸盐水泥，灌浆所采用的水灰比为1:1～1:1.5，浆液配置以先稀后浓为原则。
3.4.4.6 灌浆结束标准
（1）灌浆过程中，当灌浆压力达到0.25～0.30 MPa并持续20～30 min不吸浆或吸浆量很少时即终灌；
（2）当灌浆过程中产生地面冒浆，且将冒浆部位堵塞后再灌，如此重复2～3次，再冒浆时即终灌。
3.4.4.7 质量检验
地基检测与检验可根据工程要求和当地经验采用开挖检查、钻探取心、标准贯入试验、动力触探试验、荷载试验等方法进行。
桂林岩溶地基处理技术及展望<sup>[]</sup>~
桂林市地基土的组成，主要由填土、粘土、粉质粘土、粉土以及漓江阶地形成的砂、砾石、卵石等，而基岩一般为石灰岩。同时桂林也是我国典型的岩溶发育地区，地层中常常发育有溶洞、土洞及岩溶塌陷的现象。由于地基岩土层的复杂多样化，在修筑建筑物时，当不能采用天然地基作为基础的直接持力层时，常常会选取地基处理的措施。
3.1.1 目前常用的地基处理方法
3.1.1.1 换土垫层
桂林市是一座具有两千多年历史的文化名城，市区内许多地方的填土层较厚，如中山中路十字街一带，一般的在1～3 m 左右，有的地方厚达5～6 m。当场地内地下水埋藏较深或无地下水时，对于一般的建筑物，可采用换土垫层的处理办法，将填土层全部或部分挖除，然后分层换填强度较好的砂砾石、碎石等材料，并压（夯）实至要求的密实度，这种方法能提高地基持力层的承载力，减少沉降量，施工简单，较经济，设计计算也方便，是目前桂林市用得较多的一种地基处理方法。
此外，换土垫层还常用来处理埋藏不深的溶洞、土洞或范围不大的岩溶塌陷地基。一般采取直接开挖，清除洞内软土或松散的塌陷土层后，再换上好的土或砂、石等填料并按要求分层进行压（夯）实。
3.1.1.2 灌填（浆）
桂林岩溶区广泛存在有溶洞、土洞或岩溶塌陷，并将影响建筑地基的稳定性，降低地基的承载能力或加大地基的沉降变形。对存在的溶洞、土洞或岩溶塌陷进行灌填（浆），可避免其对建筑地基所造成的不利影响，这种方法在桂林广泛运用，具有较成熟的经验。
对于埋藏较深、洞径大的土洞，在洞体范围的顶部地基基坑面上钻孔，可采用多个钻孔（至少两个以上，以便土洞排气），一般直径为Φ108～146 mm，将砂或砾石灌入洞内，然后灌入水泥浆，或直接灌入混凝土。实践证明该法处理土洞地基切实可行，效果很好。
对于岩溶塌陷的松散地基，则在塌陷体内直接灌水泥浆，水泥浆的水灰比可采用1:1，灌浆压力一般为0.2～0.5 MPa。
对于石灰岩中的溶洞，若是以上部土层作为地基持力层，一般不考虑下伏基岩中溶洞的影响；若选用岩石作为桩基础的地基持力层，通常是将桩基础穿透溶洞并进入下部完整岩石，并以下部完整岩石作为桩端持力层。但也有少数工程采用灌水泥浆或采用高压旋喷注浆处理溶洞。由于桂林的溶洞很多是串珠状的，灌水泥浆时易产生漏浆的现象。
3.1.1.3 水泥土深层搅拌桩
水泥土深层搅拌桩在桂林主要是用来处理素填土、粘性土等软弱地基，该法在20世纪90年代中期用得较多。例如在三里店的某职工住宅楼场地，采用深层搅拌桩处理厚达6 m 的素填土地基，效果良好。该方法具有费用较低、施工噪声小、环境污染较小等优点。又如桂林新洲花园，软弱土层分布较深、较广泛，采用搅拌桩法处理地基，在经济及技术上都是非常适合的。但在处理桂林市老城区的杂填土地基时应慎重，因为杂填土地基中常常分布有大块石、砖头等硬杂质，此时不宜采用深层搅拌桩。
3.1.1.4 碎石桩
碎石桩是以碎石、卵石等粗粒土为填料，在软弱地基中制成的桩体，在桂林市曾经用来处理填土地基，主要是用来处理对地基沉降要求不太高的建筑物地基，也可用来地基补强处理，如桂林新洲花园2＃楼对部分不合格搅拌桩周围打碎石桩处理，碎石桩桩径Φ200 mm，桩长1.5～2.8 m，每平方米打碎石桩2.5～4.5根，处理后经检验符合设计要求。
3.1.1.5 强夯
该法一般是以80～400 kN重锤（最重可达2000 kN）起吊8～40 m 的高度，令锤自由落下给地基以冲击力和振动，强力夯实地基以提高其强度、降低其压缩性。该法目前还用得不多。在位于桂林市三里店的国际展览中心场地，原为漓江二级阶地，地形起伏较大，东西两侧为山丘，中间分布有水塘，水塘宽22～38 m，长约400 m。根据设计要求，对地势高的地段推土整平，对低洼水塘回填并采用强夯处理，地基强夯后经静力载荷试验检验，地基承载力标准值fk=206.5kPa，压缩模量E s=13.35 MPa，加压至300kPa时，累计沉降量为25.2 mm，承载力和沉降均达到了设计要求。
强夯施工时将会对周围环境造成较大的噪声和振动影响，因此不宜在城市的繁华区中使用。
3.1.1.6 基础托换
目前在桂林采用的基础托换技术，大多是用来解决原有建筑物的地基加固、基础加固或改建问题，因此也可称其为补救性托换。
基础托换常常用来处理已有建筑物的开裂问题。例如，桂林理工大学教四楼联合教室的基础突然下塌，一楼的联合教室地面形成一个直径约4 m 的凹陷区、墙体由一楼开裂到三楼，裂缝宽2～15 mm，该教室只好停用。在基础内外两侧各布置一排钻孔桩，桩头嵌入完整灰岩0.3～0.5 m，再在承台梁与原有建筑物基础之间安装预制托板。托板安装完成后再用低压力灌浆的办法将托板与基础连成一体。处理完毕后经沉降观测，显示的沉降量趋近于零，没有新的沉降，非常成功。但该法施工难度较大，工序流程时间较长。
当然，对已有建筑物开裂的处理，采用对松软地基灌浆也是一个办法。从已有调查的桂林市建筑物开裂原因来看，绝大部分是由于地表水及地下水的缘故，地表水下渗或地下水的升降而形成土洞、塌陷，引起地基下沉变形。因此，在岩溶地基处理中，应做好地表水疏流、防渗等工作，而这方面工作往往容易被忽略。
3.1.1.7 梁板跨越或调整柱距
主要是用来处理埋藏较深和直径较小的溶洞、土洞，或范围不大的岩溶塌陷。当土洞或塌陷周边土体的承载力和稳定性较好时，可在洞顶（塌陷体）上部用梁板跨越或调整建筑物框架结构的柱距，对洞体本身不再处理。但在岩溶地区，有时很难查清溶洞、土洞或塌陷的准确分布范围，这就给设计带来一定的困难，到底梁板应跨越多少或柱距应调整多少？目前没有计算公式，设计中还多是凭经验。
3.1.1.8 CFG桩
CFG 桩即水泥（Cement）粉煤灰（Flyash）碎石（Gravel）桩，是水泥、粉煤灰、碎石、石屑加水拌和而形成的一种具有黏结强度的桩。过去在桂林用得很少，由于它比纯碎石桩具有地基强度更高、地基沉降更小的优点，目前已有一些建筑物采用此处理方法。例如，位于桂林市上海路北侧的枫丹丽苑工程，根据CFG 桩原理，通过分析CFG 桩复合地基中桩、土、褥垫层之间的受力变形特点和工程特性，采用高强度素混凝土桩处理复杂地基的方法，处理后经检验的复合地基承载力特征值达到480kPa的设计要求。
3.1.2 常用的地基处理设计方法和质量检验方法
3.1.2.1 常用的地基处理设计方法
目前，在地基处理设计中，对于换土垫层、水泥土深层搅拌桩、碎石桩、CFG 桩、强夯等的设计，一般是按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79—2002）的有关规定进行，规范中有明确具体的设计技术要求、计算公式等。但对于像灌填（浆）、基础托换、梁板跨越或调整柱距等地基处理的设计，地基处理规范中没有明确的规定，在工程实践中，一般是在设计前通过现场试验确定其适用性和处理效果再进行设计，或者是依据设计人员的经验进行设计并在地基处理完毕后进行处理效果检验。
3.1.2.2 地基处理质量检验
地基处理质量的检验是确保地基能否达到设计要求的重要手段。目前主要采用以下方法进行地基处理质量的检验：
（1）载荷试验：对绝大多数的地基处理来说，最有效的检验办法是进行载荷试验，它能较可靠的得到被处理地基的承载力、变形模量等参数，但载荷试验的成本也相对较高。
（2）野外原位测试：主要是采用标准贯入试验、动力触探试验、轻便触探试验来评价地基处理的效果。如用来评价换土垫层后的地基承载力；检验深层搅拌桩桩体的均匀程度；检验碎石桩桩体和桩间土的质量。
（3）室内土工试验：主要采取处理后的地基土体试样进行室内土工试验，测定其物理力学性质，并进行处理前后地基土的物理力学性质对比，以评价处理效果。
（4）孔隙水压力监测：主要是用来检验强夯处理的效果，如桂林国际展览中心场地就对强夯施工过程中的孔隙水压力进行监测，以检验强夯处理效果。
（5）沉降变形监测：主要是用来检验基础托换的处理效果，或检验灌浆加固开裂建筑物地基的处理效果。例如对桂林工学院教四楼联合教室的基础托换处理后的变形监测，处理后经一段时间的变形监测，地基已稳定，达到处理要求。
3.1.2.3 展望
总体来说，桂林岩溶地区地基处理，已经积累了很多的成功经验，尤其在处理溶洞、土洞或塌陷地基方面，取得了显著的成绩，但在以下方面还可以值得进一步的探讨和完善。
（1）进一步完善地基处理设计理论，改变理论相对落后于实践的局面。例如，在灌填（浆）法中，对灌浆孔的布置、灌浆压力的确定等方面，争取有较成熟的计算及理论依据；在采用梁板跨越或调整柱距措施时，设计跨越梁板的尺寸、柱距调整距离的大小，目前没有相应的计算公式，大多是凭设计人员的水平和经验。进一步探讨和完善这些地基处理设计的理论依据、计算公式具有很重要的现实意义。
（2）尝试探索运用新的地基处理方法。如可尝试采用土性改良法处理松软红粘土地基，即在松软红粘土地基中按一定比例掺入石灰、粉煤灰、矿渣、砂砾石和水泥等无机材料或其混合料，通过碾压或夯实从而改良地基土。土性改良法处理膨胀土地基已经是成熟可行的方法，是否也可借鉴其成功经验用来处理红粘土地基？
在桂林的红粘土地基中，大多呈现上硬下软的分布特征，尤其是靠近基岩附近，常分布有软、流塑粘性土，构成地基的软弱下卧层。有些建筑物场地在局部地段含有软弱下卧层，其强度或变形验算不能满足《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）的要求，不得不放弃浅基础方案而采用桩基础，加大了建设成本。此时，能否选用一些即经济又可行的处理方法，如可探讨采用土性改良或电化学加固的办法对局部地段的软弱下卧层进行处理，从而使地基的强度或变形均满足浅基础方案的要求。
（3）施工工艺方面，研究探讨更行之有效的方法。例如在溶洞灌浆中如何有效地避免漏浆，特别是在某些大溶洞、串珠状溶洞地段的堵漏问题。目前国内已有采用袋装粘土及水泥填堵溶洞及防渗堵漏的成功经验。此外，还可多积累用高压旋喷处理溶洞地基的经验。
（4）岩溶地基处理效果检验方面，除目前常用的监测检验方法外，将来可采用多种测试手段方法，如采用旁压试验、十字板剪切试验等来检验地基处理的效果，并建立经验对比关系。
3.6.1地下水或地表水产生的潜蚀作用
在建筑物建成后，由于地基中有地下水，且地下水位经常波动，地下水（或地表水）产生的潜蚀作用或崩解作用，往往会形成土洞甚至塌陷，导致地基沉降变形，当地基产生的变形超过一定限度时，可引起建筑物的墙面开裂，危及建筑物安全。地下水潜蚀型塌陷形成的整个过程中时间可长可短，长者几年，甚至几十年，最短者只需几小时，主要取决于地下水水位变幅、频度、搬运能力、土体矿物成分、土层厚度以及地下岩溶的规模、连通性等。
3.6.1.1 地表水下渗产生的潜蚀作用
地表水的流动下渗进入地基土体中，当土层中地下水渗流的水力梯度大于临界水力梯度时，土体中的细颗粒在孔隙通道中移动并被携出，土层产生潜蚀破坏并形成土洞或塌陷。例如桂林理工大学（原桂林工学院）教四楼、原图书馆的墙体开裂，均是由于地表池内水渗漏产生潜蚀作用使地面变形所致。
3.6.1.2 酸、碱性污水入渗的化学潜蚀作用
酸、碱性工业废水具有很强的溶蚀能力，不但使场地排水设施迅速破坏，造成污水大量集中渗漏，而且入渗污水使土体中的可溶性组分被溶解淋滤，土体结构受到削弱，尤其是对于铁、钙质胶结的红粘土地基，土体强度降低，并加剧了入渗水流的潜蚀作用，形成土洞，导致盖层失稳塌陷。首先是含有各种酸（如H2SO4、HCl等）的废水排入地下后，溶解地基红粘土胶结，强度降低；其次是污水中的一些化合物（如H2S、NH3等）经过氧化作用后形成酸，增强了污水中的酸性，从而加剧了溶解作用；此外，地表废水（含污水）排入地下后，通过同离子效应或盐析作用，也会促使铁、钙质胶结物的溶解。
例如1983年桂林市第二纸造厂塌陷，该厂排出的酸性废水中pH 值小于2.0, Cl－含量达到61262 m g/L，这些废水通过排污沟渗入地下后，在附近钻孔中取地下水分析化验，结果为地下水中pH值小于6.0（区内地下水pH 值一般在6.5～8.5之间），Cl－含量在35～65 m g/L之间，最高达620.4 m g/L。据该厂处理车间勘探资料，施工49个钻孔中有26个孔遇到土洞，一些土洞中充填有酸、碱物质，塌陷即是由于含酸废水下渗，使地下水中pH 值降低，对土体中易溶盐的溶蚀作用加强，土洞规模不断扩大而导致塌陷。
3.6.2 岩溶区建筑物开裂原因调查及地基处理实例[43,44]
3.6.2.1 工程概况
桂林理工大学（原桂林工学院）老图书馆始建于1982年，建筑物主体为框架结构，三层。楼板与走廊均采用预制空心板。以前曾在多个部位尤其是卫生间附近位置、走廊及南楼东面山墙发现裂缝。大部分裂缝未见有新的发展迹象，也未做过任何岩土工程治理工作。
2000年3月图书馆的二、三楼局部走廊和局部墙体地面裂缝等裂缝发现有发展趋势。
2001年6月21日图书馆南楼南门台阶突然发生地面塌陷。桂林理工大学勘察设计研究院对塌陷进行加固处理，于2001年7月14日完成该塌陷的填充和灌浆工作，并于7月21日提交处理竣工报告。经近一年的观察证明，处理效果良好。
2001年7月23日图书馆南楼一楼、二楼局部墙体发现有裂缝，三楼楼面与北墙体有拉裂缝。这些裂缝的出现时间是在塌陷前还是在塌陷后无准确记录。
2001年9月3日该校原土木工程系开始对图书馆进行变形观测，到2002年4月19日共进行了8期共233日的观测工作，并于2002年4月提交了图书馆沉降变形观测中期技术总结，观测的结论是：图书馆的东北角区域明显上升约1.5 mm，西南角明显下沉约1.5 mm，即图书馆沉降变形存在由东北角向西南角方向有3 mm明显倾斜。
2002年4月30日现场踏勘工作，发现图书馆西南侧一楼墙体裂纹及楼面与北面墙接触处裂缝有发展，图书馆正大门南面二楼的楼梯口有新裂纹产生。
2002年6月8日，桂林理工大学勘察设计研究院开始地质钻探工作，主要是调查南楼柱基础下是否存在土洞、岩溶塌陷或软弱地层，分析开裂原因，提出地基加固及治理方案。
3.6.2.2 场地岩土工程地质条件
3.6.2.2.1 地层岩性
根据现场钻探，在该调查范围内主要分布的地层有：素填土、粉质粘土、粉土、细砂、卵石，描述如下：
素填土（ ：灰褐色—褐色，主要由粘性土组成，局部表面为砼地面。该层分布于图书馆整个场地。厚0.8～2.5 m，呈稍湿—湿、稍密状态。
粉质粘土（Q al）：黄褐、褐黄色，局部含铁锰质斑点及结核，个别地段可见到石英砂粒及云母。该层分布于整个场地，厚度差异较大，一般在0.80～3.20 m。主要呈湿—饱和，可塑状态②－2局部为硬塑状态②－1。
粉土（Q al）：褐黄色，局部可见石英砂粒及云母。局部地段砂性较强或粉质粘土呈团块状或条带状出现在粉土层中。该层厚度变化大，为0～1.90 m，分布不连续，呈饱和、中密状态。
细砂（Q al）：浅褐色，含云母片，局部地段含粘粒成分较多。该层分布于整个场地，但厚度变化大，为0.20～2.30 m，呈饱和、松散状态。
卵石（Q al）：本次勘察未完全揭穿该层。主要成分为石英砂岩，次圆状，粒径一般在30 mm左右，大者100 mm，含量约70％，局部地段有增减，在卵石骨架中为细砂、中砂充填。该层分布于整个场地，呈饱和状态。根据重型动力触探的测试及现场钻探结果，可将该层划分为⑤－1中密状态、⑤－2稍密状态、⑤－3松散状态及⑤－4稍密状态、⑤－5中密状态。其中，在钻孔3的6.4～9.10 m 深度范围，N 63.5值极低，（N63.5<1击/10 cm），将其划为⑤－3-1松散状态。
3.6.2.2.2 地下水
钻探过程中，部分钻孔遇到了地下水，地下水类型为上层滞水及潜水，前者主要赋存于填土中，后者主要赋存在粉土、砂及卵石层中。其初见水位埋藏深度2.0～6.0 m，混合稳定水位埋深为1.8～6.0 m。主要为大气降水渗透补给，潜水地下水与小东江、漓江有密切水力联系，据前人研究结果，地下水位波动幅度为3～5 m。
3.6.2.2.3 不良地质现象
钻探过程中未发现土洞及岩溶塌陷等不良地质现象。
3.6.2.2.4 地基岩土参数
场地内除填土层外，各地层的地基承载力特征值和压缩模量，根据现场钻探、原位测试及室内土工试验结果综合分析，按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）的规定，并参照其他地方规范，结合本地区的建筑经验，确定如表3.2。
表3.2 岩土参数建议值Table 3.2 Proposal values for geotechnical param eters
3.6.2.3 墙体开裂原因分析
3.6.2.3.1 墙体开裂情况
多年来，图书馆多处出现裂缝，具体位置如下：
南楼一楼局部隔墙、窗台角，出现约45°方向，宽约0.1～2 mm 的裂缝。个别梁出现5～10 mm裂缝；
南楼二楼局部隔墙发现有裂隙。正大门南面二楼楼梯部位有新裂缝。二楼走廊个别桃梁和走廊有裂缝；
南楼三楼楼面在梁中（预制板接合部位）有裂缝，与北面墙体有拉裂缝；
楼顶东面、北面女儿楼也发现有裂缝。
3.6.2.3.2 原地基基础设计概况
该图书馆为三层框架结构，采用柱下浆砌片石条形基础和钢筋混凝土独立柱基础（柱间为片石基础），条形基础宽1.0～1.2 m，南楼A轴柱子处放大为1.4 m ×2.15 m; B轴柱基础尺寸为2.8 m ×1.8 m ～3.2 m ×2.00 m。基础埋深均为－2.40 m。地基持力层主要为粉质粘土，局部为粉土（原定名分别为亚粉土和轻亚粉土，下同），地基承载力均用196kPa（即20 t m/2）。
而且，从南门塌陷中出露的浆砌片石基础看出，原基础施工质量差、相当部分水泥砂浆与片石之间基本不满缝不胶结。
从上述资料可知：南楼A、B轴，基础类型不同，基础尺寸也相差较大。
3.6.2.3.3 地下水或地表水产生的潜蚀作用
图书馆天井鱼池水有渗漏现象，经调查发现在未维修前鱼池有多处漏水，需要不断补充水才不至于鱼池的水漏干。在2001年7月南门塌陷和基础灌浆处理后，鱼池漏水量减少。这不但说明鱼池漏水，且片石基础孔隙大，并与岩溶塌陷有通道关系。该地表水的渗漏，对地基土产生浸泡软化潜蚀的作用。
此外，据分析，与图书馆紧邻的新教学楼冲孔桩基础施工时，大量抽排渣，和回灌大量混凝土，破坏了该塌区原地下水的平衡条件，使地下水位的波动变大和流动速度加快，加剧了地下水对地基土的软化潜蚀作用。
3.6.2.3.4 荷载原因
图书馆南楼三楼，靠南面半边设置仓储式书架，藏书50000多册，增加了南侧楼板及墙柱的荷载。由于南楼南北两边柱基类型和尺寸不同，南侧基础底面尺寸较小，该地基附压力增大，沉降变形增大。
3.6.2.3.5 地基条件分析
图书馆南侧场地地基持力层为粉质粘土、粉土、细砂及卵石层，地基土具有不均匀性，主要表现为：
按基础埋深2.40 m 考虑，大多基础直接持力层为粉质粘土层（硬—可塑状态），但局部（如22号孔柱位及13号孔柱位）则为软塑状态，而7号孔柱位，基础则置于粉土层上（中密状态）。粉质粘土层厚度变化较大，为0.8～2.10 m 左右；
下卧层为粉土层（中密状态）、细砂层（松散状态），分布亦不连续，厚度变化亦大（厚度分别为0～1.9 m，及0.2～2.30 m），粉土层面坡度有的地段较大。
在应力影响深度内，可压缩的松散细砂层厚度亦变化较大，如22号孔柱位为1.5 m, 18号孔柱位为0.50 m 等，这必然表现为地基沉降变形的差异。
3.6.2.3.6 地基沉降变形分析
以三条主要代表性剖面进行地基沉降变形计算。根据图书馆现有的荷载情况（书籍等堆载及活荷载）估计单柱荷载为983 kN，柱自重13.5 kN。按原基础设计尺寸，其有关参数为表3.3所列。地基沉降计算中所采用的有关参数按表3.2建议，沉降计算结果为表3.4。
表3.3 基础结构有关参数Table 3.3 Relevant parameters for base
表3.4 沉降计算结果Table 3.4 Result of settlement calculation
对于框架结构的工业与民用建筑，变形计算需进行柱基之间、柱基与墙基之间的沉降差进行评价，其计算结果为表3.5。
从以上计算可知：不论柱基础之间，还是柱间填充墙与柱基础之间的局部倾斜和沉降差均超过国家规范的允许值。
综合上述分析，图书馆南侧墙体开裂的原因就是多因素作用的结果，但最为关键的原因是地基土的不均性，导致差异沉降量过大，超过现行规范的有关规定，致使结构受损。
3.6.2.4 地基处理
为了提高地基土的强度和稳定性，对松软地层分布地段的地基进行压力灌浆处理。
表3.5 柱基间变形计算结果Table 3.5 Calculation results of deformation between the column bases
3.6.2.4.1 灌浆的原理和目的
利用压力灌浆方法将水泥浆分段充填到软弱层以及片石基础孔隙中，防止地层中的孔隙发展，形成土洞，诱发塌陷。同时，改善软弱土层的力学性能，提高地基基础的稳定性。
3.6.2.4.2 施工工艺
（1）先用工程钻机φ108 mm～Φ127 mm 钻孔，进入松散状态卵石层2～3 m 或到达稍密以上卵石层层面，下灌浆管。
（2）用DY-70型或H BW 50/1.5型灌浆泵自下而上分段灌浆。最上段止浆深度一般在1.6 m处。
（3）本次灌浆采用强度等级为32.5的普通硅酸盐水泥，灰水比为1:1～1.5:1，浆液配置以先稀后浓为原则。对吸浆量较大的钻孔地段，视现场实际情况进行调整。
（4）灌浆压力最下一段用0.2～0.3 MPa，最上一段用0.1～0.2 MPa，根据吸浆量情况进行调整注浆压力。
（5）终灌条件以灌浆压力和吸浆量控制：下段特别是在松散卵石段，如压力达到0.4MPa，并持续30 min吸浆量很少时即终灌；如吸浆量很大，压力很低，则间歇6 h后再灌；上段压力控制在0.2 MPa时，吸浆量很小时终灌。
3.6.2.4.3 质量检测
2002年8月12、13日及8月21～8月24日分别在室内、室外早期施工地段随机选取5点进行检验，以检查施工效果。本次检测采用取心观察和原位标准贯入试验结合重型圆锥动力触探方法。对于上覆的粉质粘土层及细砂层进行原位标准贯入试验；而下卧的卵石层则进行重型圆锥动力触探试验。
（1）通过钻孔取心观察发现，粉质粘土层及细砂层中见少量的水泥浆结块，而卵石层中则充满了团块状、条纹状水泥，且水泥浆部分已凝结成块，部分尚未凝固。
（2）现将检测结果与未进行地基处理前相邻勘察孔的结果，进行对比统计，见表3.6至表3.10。
表3.6 原30号勘察孔与1号检测孔原位测试成果对比Table 3.6 In-situ results comparison of the 30th investigation hole and the 1st testing hole
表3.7 原26号勘察孔与2号检测孔原位测试成果对比Table 3.7 In-situ results comparison of the 26th investigation hole and the 2nd testing hole
表3.8 原20号勘察孔与3号检测孔原位测试成果对比Table 3.8 In-situ results comparison of the 20th investigation hole and the 3rd testing hole
表3.9 原21号勘察孔与4号检测孔原位测试成果对比Table 3.9 In-situ results comparison of the No.21 investigation hole and the 4th testing hole
表3.10 原26号勘察孔与5号检测孔原位测试成果对比Table 3.10 In-situ results comparison of the 26th investigation hole and the 5th testing hole
检测结果表明：处理后卵石层的重型动力触探试验锤击数均有明显的提高，而粉质粘土层中的标贯击数无变化，说明水泥浆在卵石层中胶结较好，灌浆效果甚佳；在细砂层中其锤击数也有所提高。改善了土层的力学性能。
由于时间关系，检测部分地段的灌浆时间在2周左右，灌入的水泥浆未到固结所需的时间，随着时间的推移，水泥浆还会进一步固结。
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