9.6 洞穴地基
9.6.1 洞穴地基主要有岩溶、土洞及人工洞室三种类型。对洞穴地基进行设计时,除应取得工程地质勘察报告外,尚应取得洞室结构的竣工资料和预期的地下空间开发与利用等资料。
9.6.2 选择建筑场地时,宜避开岩溶、土洞发育及人工洞室密布的地区。在进行建筑场地的整体规划时,重要建筑物应放置在地下洞穴较少的位置,同时应注意地面排水系统的规划与设计,采取有效的疏导排泄措施。
9.6.3 洞穴地基上的基础,应尽量浅埋。位于洞穴地基上的一级建筑物,及对变形较敏感的二级建筑物,应严格执行“动态设计、信息化施工”。当为浅埋洞穴时,应验算洞穴地基承载力和洞穴地基变形,且应对浅埋洞穴围岩、支护结构及地面建筑物实施监测。监测时间应从施工开始直至建筑物投入正常使用后两年,中途不得间断。
9.6.4 洞穴围岩压力宜根据围岩的工程地质特性及岩体力学属性,相应采用弹性理论、弹塑性理论、或散体理论计算,并与经验类比相结合,经综合分析后确定。
9.6.5 洞穴地基的稳定性评价,应凭借常规的简化计算、数值分析、经验类比、监测反馈相结合的综合判断法来进行。
9.6.6 洞穴地基符合下列条件之一时,对二、三级建筑物,如有可靠经验,可不考虑地下洞穴对地基稳定性的影响:
1 洞穴围岩为微风化的完整硬质岩,且基础底面下洞穴顶板岩体的厚度大于洞跨,或与洞跨相当时。
2 洞穴体积较小,基础底面宽度大于洞穴跨度,且洞穴侧壁岩体较稳定时。
3 洞穴被密实的沉积物或堆积物全部填充,且不存在被水流冲蚀的可能性时。
9.6.7 应根据洞穴围岩岩体结构面与洞穴临空面的空间组合关系,对岩体结构面不利空间组合向洞穴临空面滑塌的可能性进行验算,并采取有效的防治措施。
9.6.8 根据洞穴形态及顶板完整程度,可将顶板岩体视作梁、板、拱、壳等自承重结构进行结构力学分析和验算。
9.6.9 对人工洞室的稳定性进行评价时,应考虑如下主要影响因素:
1 整体及块状结构岩体中,洞室围岩一般较稳定,但应注意结构面不利组合可能产生局部岩块坍塌。结构面水平或缓倾时,洞室侧壁较稳定,应注意洞顶围岩的稳定性。洞室轴线沿结构面倾向方向布置时,洞室一般较稳定;斜交时,应注意岩块沿结构面滑塌的可能性。
2 围岩属硬质岩时,一般稳定性较好,软质岩次之,极软质岩最差。围岩中含食盐或石膏等易溶于水的矿物时,对洞室的稳定很不利。
3 地下水在围岩裂隙中活动,可造成岩块崩塌、溶解岩层中的某些矿物,使岩体强度降低,削弱承载力。
4 完整而可靠的衬砌结构,对保证人工洞室地基的安全承载有利。
9.6.10 浅埋人工洞室地基上的一、二级建筑建筑物,应考虑地面建筑物和地下洞室的相互影响,且应对安全进行专门论证。论证时,一般应按以下内容进行:
1 按地面建筑的荷载性质、大小、分布等作用在洞室地基上,采用理论分析与经验类比相结合的方法,对洞室地基整体稳定性进行综合分析评价。必要时,也可按地面建筑与浅埋洞室相互作用与经验类比相结合的方法进行深入分析。
2 验算洞室地基承载力和洞室地基变形。洞室地基的应力,应小于或等于地基承载力和洞室结构的承载力。建筑物的洞室地基变形,应小于或等于地基规范规定的相应变形允许值;地下洞室的周边变形,应小于或等于洞室允许变形值,且不得侵入洞室建筑限界。
3 对洞室围岩岩体结构面的不利组合,进行局部稳定性验算,并采取措施避免洞室因局部岩体的失稳而危及洞室地基的整体稳定性。
4 按“动态设计、信息化施工”进行设计时,对洞室地基和地面建筑物在施工过程中设点实施监测、及时反馈。必要时,为修改初拟的设计参数进行反分析。
9.6.11 当人工洞室地基反力分布较均匀且分布范围较大时,若符合以下条件:
9.6.12 地面建筑与开洞地基相互作用时的数值分析要点:
1 确定计算参数和计算模型(计算简图);
2 确定本构模型(例如:弹性、弹塑性、粘弹塑性等模型);
3 施加初始应力(算出的初始位移是地质历史形成的,不应计入后续影响);
4 开挖地下洞室,计算第一次围岩应力重分布;
5 如洞室有衬砌结构,计算第二次围岩应力重分布和地下结构内力重分布;
6 修建地面建筑并加载,计算第三次围岩应力重分布,以及地下结构再次内力重分布和建筑结构内力重分布;
7 分析各次计算结果,对其应力场(含塑性区分布),位移场,基础沉降,及洞室或地下结构承载力及变形等,进行稳定性和承载力评价;
8 结合经验类比和其他计算方法所得结果,进行综合判断,提出稳定性,承载力和变形对安全影响程度的结论和建议(含需设点监测的内容、监测位置及监测时间等要求)。
9.6.13 对地基承载力、变形及稳定性有不利影响的人工洞室,经综合分析后,可依据具体情况采取如下加固措施:
1 封填加固。对于已经废弃的人工洞室,可采用块石填筑、混凝土灌注堵塞封闭。对于大型洞室,当条件允许时,可按照基础工程所在位置设置刚性横墙。
2 衬砌加固。对于未设置衬砌结构的人工洞室,加设衬砌结构。对于原有衬砌结构不能安全承载时,应予加强。
3 贯穿式顶撑。当顶板上作用有较大的集中荷载,且条件允许时,可采用贯穿顶板的桩,或在洞室内设置钢筋混凝土柱,将顶板荷载直接传递到洞底。
4 当围岩裂隙发育,局部岩块可能发生滑塌时,宜采用灌浆、锚杆锚固或锚喷支护。
5 洞室围岩侧壁岩体有良好的支承条件时,宜采用梁、板、拱等跨越结构体系承载。否则,应对洞室围岩进行相应加固,或用桩基作支承深入到可靠的岩层后,再采用跨越结构体系承载。
9.6.14 岩溶洞穴地基上不宜采用挤土式桩基础,宜采用挖(钻)孔灌注桩,桩端下洞穴的顶板厚度不得少于3倍桩径,且不得小于5m。当桩端下洞穴顶板厚度小于6倍桩径时,应验算顶板岩体的抗冲切承载力。验算嵌岩桩桩端洞穴顶板岩体抗冲切承载力时,洞穴顶板厚度应从嵌岩桩的嵌岩标高处起算。