一种溶洞安全性的评估方法及评估结构与流程

本发明涉及建筑安全评估技术领域，具体涉及一种溶洞安全性的评估方法及评估结构。

背景技术：

岩溶地质广泛分布于我国广东、广西、云南、贵州、湖南、四川等省份，强烈发育的岩溶地质条件不仅给设计施工增加困难，还会增加工程成本，如果处理不当甚至会对建立于岩溶地质之上的各类建筑物的安全造成威胁。岩溶地质的特点是溶洞的形状、大小、位置都具有很大的随机性，而且洞与洞之间存在相互串联，形成串珠状，或者蜂窝状。当今社会经济快速发展，各类住宅、办公楼、大型场馆、交通设施等的需求量庞大。而岩溶地区所属省份人口密度大，建设用地有限。在岩溶场地上进行各类工程建设不可避免。

在“蜂窝状”岩溶地质上建造高层建筑，如何保证溶洞顶板的稳定性，进而确保基础承载力满足设计要求，是十分重要的课题。以一栋30层的住宅楼为例，作用在地基顶部的平均竖向荷载约为450kpa，传至溶洞顶部的附加应力约为300～400kpa。若采用传统的桩基础或桩筏基础，由于单桩承担荷载较大，若将其直接支承在溶洞顶板上，则难以保证顶板稳定性。若将桩穿透溶洞，则溶洞段成桩质量较差，且需要对溶洞进行注浆处理，由于溶洞之间往往相互联通甚至形成地下河，注浆量难以预测，导致成本无法控制；且注浆的效果难以检测，无法保证满足设计要求。若采用刚性桩复合地基-筏板基础，由于单桩承担荷载较小，可以将桩端支承在溶洞顶板或其上的较硬土层中，但如何保证溶洞顶板稳定性，仍然十分棘手。因此，需探寻一种简单有效的评估溶洞安全性的方法。

技术实现要素：

本发明的其中一个目的在于提供一种溶洞安全性评估方法，通过比较桩端附加应力的大小，确定施工时为验证溶洞稳定性而施加在桩上的相当于其承载力某倍数的静载大小，从而验证一定跨度大小溶洞的存在不会破坏基础稳定性，达到确保溶洞安全性的目的。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种溶洞安全性的评估方法，所述评估方法包括：进行地质勘探，勘探出溶洞的横截面积大小；在溶洞上方打桩，桩穿过土层与基岩层接触，建设基础；根据所采用的基础类型、桩的类型和桩的布置形式，计算出建筑物上部结构建成后每根桩承受的荷载pp；在基础上施加静载p，静载p为荷载pp的n倍；若溶洞被桩刺穿，判断为建筑物建成后溶洞会塌陷；若溶洞没有被桩刺穿，判断为建筑物建成后溶洞不会塌陷。

在可选的实施例中，若溶洞的横截面积小于4㎡，则静载p为荷载pp的两倍。

在可选的实施例中，基础类型为有褥垫层，若溶洞的横截面积为4㎡-36㎡，考虑平均附加mises应力，静载p为荷载pp的1.22倍。

在可选的实施例中，基础类型为有褥垫层，若溶洞的横截面积为4㎡-36㎡，考虑平均附加竖向应力，静载p为荷载pp的1.67倍。

在可选的实施例中，基础类型为无褥垫层，若溶洞的横截面积为4㎡-36㎡，考虑平均附加mises应力，静载p为荷载pp的1.20倍。

在可选的实施例中，基础类型为无褥垫层，若溶洞的横截面积为4㎡-36㎡，考虑平均附加竖向应力，静载p为荷载pp的1.70倍。

在可选的实施例中，若溶洞横截面积小于4㎡，所述桩的布置形式为单桩；若溶洞的横截面积为4㎡-36㎡，所述桩的布置形式为群桩。

在可选的实施例中，施加静载p的方式为在刚性基础上方叠加静载单元。

本发明的另一目的在于提供一种溶洞安全性的评估结构。

一种溶洞安全性的评估结构，包括桩、刚性基础和静载单元，所述桩贯穿溶洞上方的土层，顶端与刚性基础底面垂直接触，末端与溶洞上方的基岩层顶面垂直接触，所述静载单元叠加在刚性基础上方。

在可选的实施例中，所述刚性基础底部设置有褥垫层。

本发明的原理是：在岩溶地质上建设高层住宅，先进行地质勘探，再根据设计的上部结构传来的荷载计算出建筑物首层传给基础的荷载f；根据所采用的基础类型和桩的类型、布置形式，可以计算出每根桩应当承受的荷载pp；石灰岩的强度比较高，地下的蜂窝状溶洞有一定的承载力，在地基处理打桩时，对桩施加桩承受荷载pp的n倍的静载p，使在静载作用下桩传到桩底蜂窝状溶洞的附加应力σ’大于或等于建筑物建成后上部结构荷载作用下桩传到桩底蜂窝状溶洞的附加应力σ。如果溶洞的顶板比较薄，桩传来的附加应力不能够扩散到周围的岩体，当应力达到石灰岩的破坏应力时，溶洞将会被刺穿，此后，可以继续将桩打到溶洞底部，使桩支承到稳定的基岩上；如果溶洞的顶板比较厚，桩传来的附加应力扩散到了周围的岩体，在该静载下，石灰岩的应力没有达到破坏应力，溶洞没有被刺穿，则验证了蜂窝状溶洞的承载力和稳定性，由于石灰岩的溶解相当缓慢，在建筑物的使用寿命内，溶洞顶板的厚度改变也很小，所以可以认为在建筑物使用寿命内溶洞不会塌陷。

基于上述技术方案，本发明实施例至少可以产生如下技术效果：

1.利用简单可行的方法，检验溶洞在建筑物建成后桩底传来附加应力下是否塌陷，验证建筑基础的承载力从而评估基础的安全性。

2.利用叠加静载单元的方式对桩施加静载，结构简单，评估完毕后，静载单元可以卸下再次使用，节约环保。

3.在评估的过程中，若溶洞被桩刺穿后，可以继续将桩打到溶洞底部，使桩支承到稳定的基岩上，并不影响后续的施工。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的无褥垫层模型示意图。

图2为本发明实施例提供的有褥垫层模型示意图。

图3为本发明实施例提供的无褥垫层mises应力比，其中，2m×2m群桩/整体附加mises应力比、4m×4m群桩/整体附加mises应力比和6m×6m群桩/整体附加mises应力比接近。

图4为本发明实施例提供的无褥垫层竖向应力比，其中，2m×2m群桩/整体附加mises应力比、4m×4m群桩/整体附加mises应力比和6m×6m群桩/整体附加mises应力比接近。

图5为本发明实施例提供的有褥垫层mises应力比，其中，2m×2m群桩/整体附加mises应力比、4m×4m群桩/整体附加mises应力比和6m×6m群桩/整体附加mises应力比接近。

图6为本发明实施例提供的有褥垫层竖向应力比，其中，2m×2m群桩/整体附加mises应力比、4m×4m群桩/整体附加mises应力比和6m×6m群桩/整体附加mises应力比接近。

附图标记：

1、桩；2、刚性基础；3、土层；4、基岩层；5、褥垫层。

具体实施方式

下面结合图1-6对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

实施例1

本发明实施例提供一种溶洞安全性的评估方法。其中，所述评估方法包括如下步骤：

s100、进行地质勘探，勘探出溶洞的横截面积大小。

在溶洞安全性的评估过程中，需要根据溶洞的实际大小去设计进行评估的结构。勘探溶洞的横截面积可以分为小于4㎡、4㎡-36㎡和大于36㎡三个范围。

s200、在溶洞上方打桩，桩穿过土层与基岩层接触，建设基础。

其中桩的类型为钢桩，当溶洞的横截面积小于4㎡时，采用单桩进行评估；当溶洞的横截面积为4㎡-36㎡时，采用群桩大压板进行评估，群桩呈矩形阵列分布。基础类型为无褥垫层的刚性基础。

s300、根据所采用的基础类型、桩的类型和桩的布置形式，计算出建筑物上部结构建成后每根桩承受的荷载pp；

s400、在基础上施加静载p，静载p为荷载pp的n倍；

石灰岩的强度比较高，地下的蜂窝状溶洞有一定的承载力，在地基处理打桩时，对桩施加桩承受荷载pp的n倍的静载p，使在静载作用下桩传到桩底蜂窝状溶洞的附加应力σ’大于或等于建筑物建成后上部结构荷载作用下桩传到桩底蜂窝状溶洞的附加应力σ。

若溶洞的横截面积小于4㎡，则静载p为荷载pp的两倍；

若溶洞的横截面积为4㎡-36㎡，考虑平均附加mises应力，静载p为荷载pp的1.20倍；

若溶洞的横截面积为4㎡-36㎡，考虑平均附加竖向应力，静载p为荷载pp的1.70倍。

施加静载p的方式为在刚性基础上方叠加静载单元。

s500、若溶洞被桩刺穿，判断为建筑物建成后溶洞会塌陷；若溶洞没有被桩刺穿，判断为建筑物建成后溶洞不会塌陷。

若溶洞的顶板比较薄，桩传来的附加应力不能够扩散到周围的岩体，当应力达到石灰岩的破坏应力时，溶洞将会被刺穿，此后，可以继续将桩打到溶洞底部，使桩支承到稳定的基岩上。

若溶洞的顶板比较厚，桩传来的附加应力扩散到了周围的岩体，在该静载下，石灰岩的应力没有达到破坏应力，溶洞没有被刺穿，则验证了蜂窝状溶洞的承载力和稳定性，由于石灰岩的溶解相当缓慢，在建筑物的使用寿命内，溶洞顶板的厚度改变也很小，所以在建筑物使用寿命内溶洞不会塌陷。

参见图1所示，一种溶洞安全性的评估结构，包括桩1、刚性基础2和静载单元，桩1贯穿溶洞上方的土层3，顶端与刚性基础2底面垂直接触，末端与溶洞上方的基岩层4顶面垂直接触，静载单元叠加在刚性基础2上方。

实施例2

本发明实施例提供一种溶洞安全性的评估方法。其中，所述评估方法包括如下步骤：

s100、进行地质勘探，勘探出溶洞的横截面积大小。

在溶洞安全性的评估过程中，需要根据溶洞的实际大小去设计进行评估的结构。勘探溶洞的横截面积可以分为小于4㎡、4㎡-36㎡和大于36㎡三个范围。

s200、在溶洞上方打桩，桩穿过土层与基岩层接触，建设基础。

其中桩的类型为钢桩，当溶洞的横截面积小于4㎡时，采用单桩进行评估；当溶洞的横截面积为4㎡-36㎡时，采用群桩大压板进行评估，群桩呈矩形阵列分布。基础类型为有褥垫层的刚性基础。

s300、根据所采用的基础类型、桩的类型和桩的布置形式，计算出建筑物上部结构建成后每根桩承受的荷载pp；

s400、在基础上施加静载p，静载p为荷载pp的n倍；

石灰岩的强度比较高，地下的蜂窝状溶洞有一定的承载力，在地基处理打桩时，对桩施加桩承受荷载pp的n倍的静载p，使在静载作用下桩传到桩底蜂窝状溶洞的附加应力σ’大于或等于建筑物建成后上部结构荷载作用下桩传到桩底蜂窝状溶洞的附加应力σ。

若溶洞的横截面积小于4㎡，则静载p为荷载pp的两倍；

若溶洞的横截面积为4㎡-36㎡，考虑平均附加mises应力，静载p为荷载pp的1.22倍；

若溶洞的横截面积为4㎡-36㎡，考虑平均附加竖向应力，静载p为荷载pp的1.67倍。

施加静载p的方式为在刚性基础上方叠加静载单元。

s500、若溶洞被桩刺穿，判断为建筑物建成后溶洞会塌陷；若溶洞没有被桩刺穿，判断为建筑物建成后溶洞不会塌陷。

若溶洞的顶板比较薄，桩传来的附加应力不能够扩散到周围的岩体，当应力达到石灰岩的破坏应力时，溶洞将会被刺穿，此后，可以继续将桩打到溶洞底部，使桩支承到稳定的基岩上。

若溶洞的顶板比较厚，桩传来的附加应力扩散到了周围的岩体，在该静载下，石灰岩的应力没有达到破坏应力，溶洞没有被刺穿，则验证了蜂窝状溶洞的承载力和稳定性，由于石灰岩的溶解相当缓慢，在建筑物的使用寿命内，溶洞顶板的厚度改变也很小，所以在建筑物使用寿命内溶洞不会塌陷。

参见图2所示，一种溶洞安全性的评估结构，包括桩1、刚性基础2和静载单元，桩1贯穿溶洞上方的土层3，顶端与刚性基础2底面垂直接触，末端与溶洞上方的基岩层4顶面垂直接触，静载单元叠加在刚性基础2上方。

刚性基础2底部设置有褥垫层5。

除了本实施例提及的方式外，基础类型的改变、桩的类型改变和桩的布置方式改变，这些变换方式均在本实验新型的保护范围内。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限定。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。