摘要:本文对岩溶的形态和岩溶地区工程活动中常见的一些现象、施工技术、常见问题进行了分析,探讨了岩溶地基的有效处理措施和施工工艺。
关键词:岩溶地基 处理措施 桩基型式
一 、岩溶的一般形态和形成原因
岩溶地貌分布在世界各地的可溶性岩石地区,占地球总面积的10%,岩溶的主要形态有溶洞、溶沟、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗及钟乳石等,是可溶性岩受水的化学和物理作用的结果。岩溶发育的基本条件:具有可溶性的岩层;具有有溶解能力(含CO2)和足够流量的水;具有地表水下渗、地下水流动的途径。一般地说,硫酸盐岩层、卤素类岩层岩溶发展速度较快;碳酸盐类岩层则发育速度较慢。质纯层厚的岩层,岩溶发育强烈,且形态齐全、规模较大;含泥质或其他杂质的岩层岩溶发展较弱。结晶颗粒粗大的岩石,岩溶较为发育;结晶颗粒细小的岩石,岩溶发育较弱。岩溶的发育是缓慢的,在建筑物使用年限内可认为是不变的。覆盖在岩溶面上的冲积、洪积层,在地表水下渗或地下水升降变化的情况下,土颗粒沿岩溶、洞穴裂隙带走,使上层土形成空洞而形成土洞。
二、岩溶地基勘察及其基础施工
2.1常见问题。在岩溶场地的勘察工作中不能单纯依赖钻探忽视物探,要两相结合,互相印证。可采用电法、电磁法探测基岩埋深、土洞,划分上覆土层和风化带,采用跨孔电磁波计算机层析成像(CT)技术探测地下洞穴、隐伏断层、破碎带。结合利用传统钻探孔,将部分孔加深作为电磁波发射及接收井,即可达到由点到面(剖面)的勘察效果。岩溶地区工程活动中常见下列的一些问题:
①钻探或冲(钻)孔桩作业时,发生漏浆、漏水、塌孔、卡钻、埋钻、掉钻、偏孔;②同一承台,桩长相差甚大,达数米到十余米;③地质钻孔见岩与钻(冲)桩、人工挖孔桩见岩不一致;④出现超长桩;⑤人工挖孔桩出现涌水、涌砂、掉入土洞;⑥预制桩压(打)破顶板突然掉入洞穴,深层搅拌桩掉入洞穴;⑦静压(锤击)预制管桩断桩率高,断桩率10%,甚至有的高达30% ~60%;⑧地面塌陷,相邻建筑沉裂;⑨同桩抽芯,几个钻孔完全不一样。
2.2 地基基础处理的比选。基础问题不但会严重影响安全、工期和造价,有时甚至成为工程成败的关键。而目前规范规程中涉及岩溶桩基的技术规定甚少,设计与施工依据不足。下面概述岩溶地区主要使用的桩基型式。
2.2.1复合地基。对于建筑荷载较小,土层较厚,土洞较多,岩面起伏大,采用复合地基处理可避免直接应用天然地基时的沉降量大和承载力小的问题。
2.2.2钻孔桩。钻孔桩的成孔直径大,施工方便,适用于单桩荷载大、地下有孤石的情况,钻孔桩不宜用在溶岩裂隙多、溶沟多等浅层岩溶发育的基岩中。
2.2.3预应力管桩。预应力管桩适用于地下有淤泥、土洞、流砂、地下溶洞连通暗河等情况,压桩采用的预制桩不受上述因素的影响,压桩的单桩承载力可由压桩机上的压力表观察到,所以非常直观,易于掌握,但在土岩软弱过渡较快处容易出现断桩。
2.2.4冲孔灌注桩。这种桩适用于地下岩溶发育,有多层溶洞,但溶洞洞穴小,上部洞穴顶板薄的地质情况,这种桩可冲(钻)穿上层溶洞顶板,到达下层溶洞顶板。
2.2.5群桩。当岩溶表面极其复杂,但岩溶表面上覆盖有较厚砂卵石层时,如果采用以上各种桩型都难于施工或保证成桩质量和安全度的情况下,群桩不失为解决此类复杂地质情况的一种有效选择。
三、岩溶地基的评价
评价因素 对稳定有利 对稳定不利
地质构造 无断裂、褶曲,裂隙不发育或胶结良好 有断裂、褶曲,裂隙发育,有两组以上张开裂隙切割岩体,呈干砌状
岩性及厚度 厚层块状,纯质灰岩,强度高 薄层石灰岩、泥灰岩、白云质灰岩,有互层,岩体强度低
岩层产状 走向与洞轴正交或斜交,倾角平缓 走向与洞轴平行,陡倾角
洞穴形态及埋藏条件 埋藏深,覆盖层厚,洞体小(与基础尺寸相比) ,呈竖井状或裂隙状,单体分布 埋藏浅,在基底附近,洞径大,呈扁平状,复体相连
顶板情况 顶板岩层厚度与洞径比值大,顶板呈板状或拱状,有钙质胶结 顶板岩层厚度与洞跨比值小,有切割的悬挂岩,未胶结
充填情况 为密实沉积物填满,且无被水冲蚀的可能性 未充填或半充填,水流冲蚀充填物,洞中见有近期塌落物
地下水 无地下水 有水流或间歇性水流,流速大,有承压性
地震设防烈度 地震设防烈度小于7度 地震设防烈度等于或大于7度
建筑物荷重及重要性 建筑物荷重小,为一般建筑物 建筑物荷重大,为重要建筑物
随着越来越多的工程兴建在岩溶地区,岩溶地基问题就成为工程建设中的突出问题,加强岩溶地基稳定性分析评价,采用合理、经济的地基处理措施,有着重大的技术价值和经济意义。近年来在该领域内的研究取得较大进展,对岩溶空洞地基稳定性的分析评价经历了从定性→半定量→定量的过程。定性评价法适用于初勘阶段选择场地及一般工程地基稳定性分析评价,包括综合分析法、经验比拟法。其中综合分析法可根据洞隙各项边界条件,对比表1中所列影响洞体的诸因素进行综合分析并作出评价。半定量评价方法:①顶板厚跨比法。此法常用于稳定围岩。不考虑顶板形态、荷载大小和性质,根据近似的水平投影跨度L和顶部最薄处厚度h,求出厚跨比h/L,作为安全厚度评价依据;②估算顶板安全厚度法。定量评价法:岩溶地基稳定性研究的发展趋势,必将是由定性到定量,由平面到三维的过程。
总之,岩溶场地的工程地质勘察须综合应用物探、钻探、坑探等多种技术手段,岩溶发育程度及发育特征与评价应考虑到对地基强度及稳定性的影响,必须运用工程地质的研究方法进行详尽的勘察与评价工作,对岩溶地基的处理需要考虑多种因素进行科学的处理。
参考文献:
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[2]刘宏,赵跃平,邬相国等.强溶蚀带岩溶地基稳定性研究[J].人民长江,2009,40(20)