唐山巖溶地區勘察方法及地基處理措施

摘要：針對近幾年在唐山巖溶發育區幾個工程實例，根據巖性組合和巖溶發育特征、巖溶治理工法的不同，分析了巖溶地區勘察、治理及地基處理施工中出現的問題，結合巖溶治理施工采取的技術措施，指出了當前該巖溶發育區勘察方法的一些常見方法和地基處理措施及施工經驗，并進行了歸納總結探討巖溶勘察、巖溶治理及地基處理施工工藝等問題。

關鍵字：巖溶地區 巖溶勘察 巖溶治理 地基處理 復合地基 鉆孔灌注樁

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：裸露型喀斯特、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，占地球總面積的10%。可溶性巖石有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（石灰巖、白云巖、泥灰巖等）出露地區，面積約91～130萬平方千米。河北唐山市中心區分布有巖溶地區，其覆蓋層厚度自30.0米～70.0米不等。

2巖溶的一般形態和形成原因

巖溶是主要形態有溶洞、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。巖溶發育的基本條件：1）具有可溶性巖層，2）具溶蝕能力和流量足夠的水，3）地下水有下滲、流動的途徑。

一般地說，硫酸鹽巖層、鹵素類巖層巖溶發展速度較快；碳酸鹽類巖層則發展速度較慢。質純層厚的巖層，巖溶發育強烈，且形態齊全、規模較大；含泥質或其他雜質的巖層巖溶發展較弱。結晶顆粒粗大的巖石，巖溶較為發育，結晶顆粒細小的巖石，巖溶發育較弱。巖溶的發育是緩慢的，在建筑物使用年限內可認為是不變的。

？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化的情況下，土顆粒沿巖溶、洞穴裂隙帶走，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。

3唐山巖溶區的工程地質條件

近幾年在唐山連續承接的富強里小區、紫金廣場、龍庭時代公寓、東潤廣場、金安硅谷國際幾個工程的巖溶勘察、巖土工程勘察及巖溶治理和樁基施工工程，集中在建設路與體育館道交叉口附近。總面積約0.3km2，高度均為近百米高層加裙商建筑組成。幾個工程場區從地質構造上位于褶皺構造由東向西開平向斜西北翼，碑子院背斜東南翼。其中開平向斜規模最大，總體軸向北東40°，自開平向東轉成近東西方向，構成一條向北西方向凸出的弧形彎曲，長約50 km，寬15～20 km，兩翼不對稱，西北翼構造復雜，巖層傾角較大，局部直立或倒轉，并發育若干次一級構造。從勘察鉆探和地基處理施工的情況來看，該地區基巖復雜多變，地質條件復雜，且溶洞、溶蝕現象多有發現，溶洞層數多達3層，局部破碎嚴重。下伏基巖為石灰巖，巖溶裂隙發育，局部發育規模不等的溶洞。存在漏水“天窗”及土洞，地面塌陷及溶洞發育的地質條件。該區域歷史上曾發生過2006年10月22日唐山龍庭新居巖溶塌陷、1986年6月6日唐山市體育場巖溶塌陷等。地質條件的復雜性，下伏基巖破碎和巖溶發育空間復雜性的影響，給該區域的勘察、地基處理設計及施工帶來了很大的難度。

4巖溶區勘察方法

根據在該地區的勘察經驗，該地區勘察一般分為三步，首先進行巖溶勘察，其次是巖土工程勘察，必要時施工勘察，

4.1巖溶勘察

巖溶勘察相當于初勘，但又不同于初勘，該階段的勘察目的是進行整個場區的勘察，主要為查明勘察區范圍內的巖溶發育程度及發育規律；搜集附近場區巖溶地質資料，提出防、治對策與實施方案。

該階段勘察主要特點是以物探為主，鉆探為輔的手段，鉆探的深度一般比較大，一般情況下應達到基巖面以下20.0米深度，以確定巖溶發育區的發育程度。

4.2巖土工程勘察

巖溶地區的巖土工程勘察，不同于一般地區的巖土工程勘察，該階段的勘察初滿足一般地區巖土工程勘察的目的外，應進一步查明該場地的巖溶發育情況，

因此，該階段的勘察其勘探孔深度不僅應滿足一般的巖土工程勘察的要求，還應選取部分鉆孔作為巖溶勘察孔（一般情況下應控制在鉆孔總數的1/5作為巖溶勘察孔），以便進一步查明場地巖溶的發育情況，該階段的勘察應該對巖溶勘察的結果進一步細化，根據勘察的結果進一步細化其土洞、溶洞和擾動土體的發育特征、規模及分布特點，將場地分區進一步細化。對其劃分的危險區和不穩定區應進一步治理，一般情況是選用注漿法治理。

4.3施工勘察

該階段的勘察一般是針對基礎設計基本完成后進行的，也叫“一樁一探”，主要是對樁位進行勘察，以探明樁端持力層及以下有無較發育的巖溶，以便完成樁基設計，基樁施工前在設計樁位做到“一樁一探”，其鉆探施工的目的任務是：

（1）探測完整基巖的埋深，為樁基設計提供依據。

（2）根據基樁一樁一探結果，對存在的溶洞、破碎帶及第四系存在的松動體進行注漿治理，有效降低樁基施工中出現塌孔的概率。

該階段的勘察一般應進行探孔注漿，以便對存在的溶洞、破碎帶及第四系存在的松動體進行注漿治理，有效降低樁基施工中出現塌孔的概率。

5地基基礎處理的比選

基礎問題不但會嚴重影響安全、工期和造價，有時甚至成為工程成敗的關鍵。下面概述一下巖溶地區主要使用的樁基型式。

1）沖孔灌注樁

這種樁適用于地下巖溶發育，有多層溶洞，但溶洞洞穴小，上部洞穴頂板薄的地質情況，這種樁可沖（鉆）穿上層溶洞頂板，到達下層溶洞頂板。有經驗的施工人員可以從沖擊聲中察覺到頂板的厚度，由此判斷是否已到達持力層。

2）鉆孔樁

鉆孔樁的成孔直徑大，一柱一樁，受力清楚，施工方便，適用于單樁荷載大、地下有孤石，夾層分布，巖溶表面不平的情況，用這種樁能鉆穿孤石、夾層，將樁端可靠地支承在持力層上，樁端的嵌巖情況也好。但鉆孔樁不宜用在溶巖裂除多，溶溝多的基巖中，因為施工中容易造成卡鉆、鉆桿沿溶巖斜壁偏斜，以至打偏等現象。

3）群樁

當巖溶表面極其復雜，但巖溶表面上履蓋有較厚沙土層時，如果采用以上各種樁型都難于施工或保證成樁質量和安全度的情況下，群樁不失為解決此類復雜地質情況的一種有效選擇群樁的樁端并不一定要求支承在變化極其復雜的巖面上，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，這樣就避開了復雜變化的基巖表面對樁基造成的危害或潛伏的危害。采用靜壓預制管樁作為群樁是較好的一種方式。

4）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，采用復合地基處理可避免直接應用天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強體，由周圍地基土共同承擔荷載，目前在工程實踐中多采用深層攪拌樁或剛性樁作為增強體。地基竣工驗收應進行壓板載荷試驗，一般承載力可以達到220kPa左右。

6結束語

唐山市中心區是巖溶較發育的地區，一般情況下應遵循巖溶勘察-巖土工程勘察-施工勘察三個階段進行，每個階段的勘察孔都應進行注漿處理，一是避免土洞、巖溶的進一步發育，二是對其土洞、溶洞等巖溶裂隙進行有效的治理。

巖溶地區勘察應充分利用物探，鉆探與物探有效的結合。增加物探手段，提高物探解析的準確度及精度，對土洞、溶洞的形態，形成由線到面再進入三維的立體映像，輔以巖層的產狀、夾層的巖性等，以提供給設計人員一個明晰的認識。

努力探尋適應巖溶地區的基礎型式，如發展樁端噴漿、后注漿技術；改善樁頭的嵌固能力；發展與巖面有良好接觸應力的夯擴樁，提高施工效率；發展半剛性樁復合地基基礎型式等。