巖溶對土木工程的影響分析

巖溶地貌對土木工程的影響1、巖溶概況

巖溶地貌是具有溶蝕力的水對可溶性巖石進行溶蝕等作用所形成的地表和地下形態(tài)的總稱。又稱喀斯特地貌。它以溶蝕作用為主，還包括流水的沖蝕、潛蝕，以及坍陷等機械侵蝕過程。按出露條件分為：袒露型喀斯特、覆蓋型喀斯特、埋藏型喀斯特。巖溶地貌分布在世界各地的可溶性巖石地區(qū)，占地球總面積的10%?？扇苄詭r石有3類：①碳酸鹽類巖石；②硫酸鹽類巖石；③鹵鹽類巖石。中國巖溶地貌分布廣、面積大。主要分布在碳酸鹽巖（石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r等）出露地區(qū)，面積約91～130萬平方千米。主要分布在廣西、貴州、云南東部和廣東北部，是世界上最大的巖溶區(qū)之一。

2、巖溶的一般形態(tài)和形成緣由

巖溶是主要形態(tài)有溶洞、溶溝、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗及鐘乳石等，是可溶性巖受水的化學和物理作用的結果。巖溶發(fā)育的基本條件：1）具有可溶性巖層，2）具溶蝕實力和流量足夠的水，3）地下水有下滲、流淌的途徑。一般地說，硫酸鹽巖層、鹵素類巖層巖溶發(fā)展速度較快；碳酸鹽類巖層則發(fā)展速度較慢。質(zhì)純層厚的巖層，巖溶發(fā)育猛烈，且形態(tài)齊全、規(guī)模較大；含泥質(zhì)或其他雜質(zhì)的巖層巖溶發(fā)展較弱。結晶顆粒粗大的巖石，巖溶較為發(fā)育，結晶顆粒細小的巖石，巖溶發(fā)育較弱。巖溶的發(fā)育是緩慢的，在建筑物運用年限內(nèi)可認為是不變的。覆蓋在巖溶面上的沖積、洪積層，在地表水下滲或地下水升降變更的狀況下，土顆粒沿巖溶、洞窟裂隙帶走，使上層土形成空洞而形成土洞。土洞是巖溶作用的產(chǎn)物，土洞其下基巖必有巖溶水通道，土洞常分布于溶溝西側和落水洞、石芽上口等位置。巖溶地貌巖溶地貌地下河的形成：石灰?guī)r地區(qū)地下水沿裂隙溶蝕而成的地下水匯合和排泄的通道。地下河的分布深度常和當?shù)厍治g基準面相適應，由于不透水層的阻擋，或者第四紀地殼上升幅度大于溶蝕深度，地下河則高于當?shù)厍治g基準面，形成懸掛式的地下河。中國廣西巖溶區(qū)的地下河，按其發(fā)育階段和形態(tài)特征分成3類：①與當?shù)厍治g基準面相適應的地下河，多分布在主要河流的兩岸，規(guī)模大，水量豐富，地下河水面與地面高差不大。②穿山式地下河，河的水面與地表河的水面等高，往往是連接相鄰兩溶蝕盆地中地表河的通道。③懸掛式地下河，規(guī)模較小，分布在峰林凹地區(qū)，主要是受隔水層的阻擋形成的。地下河地下河出口3、巖溶探查及其施工問題

工程地質(zhì)勘察的目的是為設計和施工供應工程地質(zhì)依據(jù)。但在巖溶地區(qū)巖石面凹凸起伏變更大，巖石露頭無連續(xù)性和規(guī)律性，表層巖層往往特殊破脆。一般的地質(zhì)鉆探難度大，很難反映場地的巖溶狀況，常常不能完全滿足設計要求，往往在施工過程中還要對場地環(huán)境進行復查，給地基處理、基礎選型方案的選擇帶來很大難度，造成工期長，造價高，施工質(zhì)量還難以保證。所以，在巖溶場地的勘察工作中不能單純依靠鉆探忽視物探，要兩相結合，相互認證。可接受電法、電磁法探測基巖埋深、土洞，劃分上覆松散沉積層序和風化帶，接受跨孔電磁波計算機層析成像（CT）技術探測地下洞窟、隱伏斷層、裂開帶。結合利用傳統(tǒng)鉆探孔，將部分孔加深作為電磁坡放射及接收井，即可實現(xiàn)由點到面（剖面）的探查成果。由于巖溶的形態(tài)和特點巖溶地區(qū)工程活動中常見下列的一些現(xiàn)象、問題：1）鉆探或沖（鉆）孔樁作業(yè)時，發(fā)生漏漿、漏水、塌孔、卡鉆、埋鉆、掉鉆、偏孔；2）同一承臺，樁長相差甚大，數(shù)米到十余米；3）地質(zhì)鉆孔見巖與鉆（沖）樁、人工挖孔樁見巖不一樣；4）出現(xiàn)超長樁；5）人工挖孔樁出現(xiàn)涌水、涌砂、掉入土洞；6）預制樁壓（打）破頂板突然掉入洞窟，深層攪拌樁掉入洞窟；7）靜壓（錘擊）預制管樁斷樁率高，斷樁率10%，甚至有的高達30～60%；8）地面塌陷，相鄰建筑沉裂；9）同樁抽芯，幾個鉆孔完全不一樣。4、巖溶地基的評價

巖溶不良地質(zhì)構成的巖溶地基常常引起地基承載力不足、不勻整沉降、地基滑動和塌陷等地基變形破壞。隨著越來越多的工程興建在巖溶地區(qū)，巖溶地基問題就成為工程建設中的突出問題，加強巖溶地基穩(wěn)定性分析評價，接受合理、經(jīng)濟的地基處理措施，有著重大的技術價值和經(jīng)濟意義。巖溶地基分析評價過程的一般步驟為：實際洞體→幾何模型→力學模型→數(shù)學模型→計算方法→結論。其核心內(nèi)容是力學模型、數(shù)學模型及計算方法的探討。近年來在該領域內(nèi)的探討取得較大進展，對巖溶空洞地基穩(wěn)定性的分析評價閱歷了從定性→半定量→定量的過程。定性評價法適用于初勘階段選擇場地及一般工程地基穩(wěn)定性分析評價，包括綜合分析法、閱歷比擬法。其中綜合分析法可依據(jù)洞隙各項邊界條件，對比洞隙穩(wěn)定性定性評價表中所列影響洞體的諸因素進行綜合分析并作出評價。洞隙穩(wěn)定性定性評價表影響因素對穩(wěn)定有利對穩(wěn)定不利巖層厚度及裂隙狀況厚層塊狀、強度高的巖石泥質(zhì)巖、白云質(zhì)灰?guī)r，薄層狀有互層且?guī)r性軟化巖體產(chǎn)狀無斷裂，裂隙不發(fā)育或膠結好，走向與洞軸正交或斜交，傾角平緩有斷層通過，裂隙發(fā)育，巖體被兩組以上裂隙切割，裂隙張開，巖體呈平砌狀，走向與洞軸平行，陡傾角洞穴形態(tài)與埋藏條件洞體?。ㄅc基礎尺寸相比），呈豎向延伸井狀，單體分布，埋藏深洞徑大，扁平狀，復體相連，埋藏淺，在基底附近影響因素對穩(wěn)定有利對穩(wěn)定不利充填情況可見鈣質(zhì)沉積密實沉積物填滿且無水沖蝕的可能未充填或半充填，水流沖蝕充填物，洞中見有近期塌落物地下水無有水流或間歇性水流，流速大，有承壓性頂板情況頂板巖層厚度與洞徑比值大，頂板呈板狀或拱狀頂板巖層厚度與洞徑比值小，有懸掛巖體，被裂隙切割且未膠結巖溶不良地質(zhì)構成的危害巖溶不良地質(zhì)構成的危害的實例2012年2月27日，工作人員在湖南省益陽市岳家橋鎮(zhèn)黃板橋村查看被截流的河水流入巖溶塌陷形成的深坑里。湖南益陽巖溶塌陷693處上千人生產(chǎn)生活受影響今年1月至2月24日，位于洞庭湖區(qū)的湖南省益陽市岳家橋鎮(zhèn)岳家橋、黃板橋等村發(fā)生大面積的巖溶塌陷地質(zhì)災難，共計693處，其中農(nóng)田塌陷537處，河溪塌陷150處，水庫內(nèi)塌陷6處。全鎮(zhèn)因地面巖溶塌陷引起房屋開裂的有167戶，其中房屋受損特殊嚴峻的有34戶，受災人口達1200多人；破壞河溪攔壩5座，水庫2座，影響農(nóng)田澆灌1萬多畝，致使泉交河支流河水斷流，沿河兩岸部分群眾生產(chǎn)生活陷入逆境。目前，湖南省國土資源廳已指派技術人員對岳家橋鎮(zhèn)地面巖溶塌陷地質(zhì)災難進行全面應急調(diào)查。益陽市、赫山區(qū)先后成立了岳家橋地質(zhì)災難應急處置工作領導小組，妥當安置受災群眾。并主動復原災毀設施，修繕水利、馬路等基礎設施，對部分房屋開裂進行修理加固，復原好被毀壞的農(nóng)田。5、巖溶地區(qū)主要地基處理原則

地基評價不能滿足穩(wěn)定性要求時，須要對地基進行適當?shù)奶幚怼Ｒ话銓Φ鼗€(wěn)定有影響的巖溶洞隙，應依據(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、因地制宜的實行下列處理措施：

1）對洞口較小的洞隙，宜接受鑲補、嵌塞與跨蓋等方法處理;

2）對洞口較大的洞隙，宜接受梁、板和拱等結構跨越?？缭浇Y構應有牢靠的支承面。梁式結構在巖石上支承長度應大于梁高的1.5倍，也可接受漿砌塊石等堵塞措施;

3）對于圍巖不穩(wěn)定、風化裂隙裂開的巖體，可接受灌漿加固和清爆填塞等措施;

4）對規(guī)模較大的間隙，可接受洞底支撐或調(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?shù)刭|(zhì)條件許可時，盡量對地下水實行截流、改道等，以阻擋土洞接著發(fā)展。當土洞埋深較淺時，接受挖填和梁板跨越；對直徑較小的深埋土洞，可不處理，僅在洞頂上部接受梁板跨越即可；對直徑較大的深埋土洞，可接受頂部鉆孔灌砂或灌碎石混凝土，以充填空間。當對地下水不能實行截流、改道等方式以阻擋土洞發(fā)育時，一般可接受樁基等措施。6、地基基礎處理的比選

接受樁基在巖溶地基上建立高層建筑須要面對一系列特殊問題，如持力層的穩(wěn)定、溶槽溶洞處理、同一承臺下長樁與短樁的應力應變協(xié)調(diào)問題等?；A問題不但會嚴峻影響平安、工期和造價，有時甚至成為工程成敗的關鍵。而目前規(guī)范規(guī)程中涉及巖溶樁基的技術規(guī)定甚少，設計與施工依據(jù)不足。下面概述一下巖溶地區(qū)主要運用的樁基型式。

1）沖孔灌注樁

這種樁適用于地下巖溶發(fā)育，有多層溶洞，但溶洞洞窟小，上部洞窟頂板薄的地質(zhì)狀況，這種樁可沖(鉆)穿上層溶洞頂板，到達下層溶洞頂板。有閱歷的施工人員可以從沖擊聲中察覺到頂板的厚度，由此推斷是否已到達持力層。為穩(wěn)妥起見，可在樁位先做超前鉆，查清洞窟狀況，再將沖擊鉆沖至滿足設計要求之巖層。但在地下有大溶洞存在的狀況下，不宜用這種樁，以免澆灌混凝土時，造成混凝土流失且難以限制。由于沖孔是靠鉆頭的自由落體運動形成的沖力來成孔的，所以沖孔樁還適用于開口裂隙多的地質(zhì)狀況，沖擊鉆所造成的樁孔垂直度好。

2）鉆孔樁

鉆孔樁的成孔直徑大，一柱一樁，受力清晰，施工便利，適用于單樁荷載大、地下有孤石，夾層分布，巖溶表面不平的狀況，用這種樁能鉆穿孤石、夾層，將樁端牢靠地支承在持力層上，樁端的嵌巖狀況也好。但鉆孔樁不宜用在溶巖裂除多，溶溝多的基巖中，因為施工中簡潔造成卡鉆、鉆桿沿溶巖斜壁偏斜，以至打偏等現(xiàn)象。

3）預應力管樁

預應力管樁適用于地下有淤泥、土洞、流砂、地下溶洞連通暗河等狀況，壓樁接受的預制樁不受上述因素的影響，壓樁的單樁承載力可由壓樁機上的壓力表視察到，所以特殊直觀，易于駕馭，但在土巖懦弱過渡較快處簡潔出現(xiàn)斷樁。

4）群樁

當巖溶表面極其困難，但巖溶表面上履蓋有較厚沙土層時，假如接受以上各種樁型都難于施工或保證成樁質(zhì)量和平安度的狀況下，群樁不失為解決此類困難地質(zhì)狀況的一種有效選擇群樁的樁端并不確定要求支承在變更極其困難的巖面上，只要在群樁樁端體的壓力泡，能有效搜蓋基巖面，即有堅硬的下臥層即可，這樣就避開了困難變更的基巖表面對樁基造成的危害或潛藏的危害。接受靜壓預制管樁作為群樁是較好的一種方式。

5）夯擴樁

樁由上部樁身和下部復合載體組成，樁身為鋼筋混凝土結構，復合載體是避軟就硬，以碎磚、碎石、混凝土塊等為填充料，在持力層內(nèi)夯擴加固擠密形成的擠密實體。夯擊過程中如遇土洞，可即時對土洞進行充填處理，不會危及地面平安。夯擊到巖面時，由于強大的夯擊能，事實上是對巖頂板進行強度及穩(wěn)定性檢驗。若遇溶洞薄層頂板或節(jié)理裂隙較發(fā)育強度低時，即可擊穿進行“深層強夯”處理，只要達到某種“收錘標準”就可定量取得承載力。

6）復合地基

對于建筑荷載較小，土層較厚，土洞較多，巖面起伏大，接受復合地基處理可避開干脆應用自然地基時的沉降量大和承載力小的問題。復合地基部分土體被置換成增加體，由四周地基土共同擔當荷載，目前在工程實踐中多接受深層攪拌樁或剛性樁作為增加體。地基竣工驗收應進行壓板載荷試驗，一般承載力可以