巖溶區(qū)的工程地質(zhì)特征及地基處理方法

□杜 佳 黃 林

一、引言

我國(guó)是世界上巖溶發(fā)育最強(qiáng)烈的國(guó)家之一，巖溶地區(qū)的分布總面積已經(jīng)達(dá)到3.65×106km2，其中以廣西、貴州和云南東部地區(qū)發(fā)育最強(qiáng)烈，其次是湖北西部、四川東部、湖南西部、山東、山西等地，全國(guó)各個(gè)省區(qū)均有分布。改革開放以來，隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，土地資源的供應(yīng)日益緊張，在巖溶地區(qū)開展工程建設(shè)已不可避免。但由于巖溶的發(fā)育，存在地下溶洞破壞巖體的完整性;土洞的存在使場(chǎng)地復(fù)雜化;巖溶水動(dòng)力條件的變化，使其上部覆蓋土層產(chǎn)生沉陷;巖面石芽、溶溝叢生，參差不平整等問題，增加了工程基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的難度，對(duì)巖溶地區(qū)的工程結(jié)構(gòu)安全性產(chǎn)生重要威脅

二、巖溶區(qū)的地質(zhì)特征

根據(jù)覆蓋層特點(diǎn)，巖溶主要分為覆蓋型、裸露型和埋藏型三類。覆蓋型是指碳酸鹽巖之上直接覆蓋第四系松散堆積物;裸露型巖溶指可溶性巖石裸露地表，經(jīng)地表水溶蝕，機(jī)械侵蝕后形成的各種巖溶地貌，如溶溝、石芽、溶斗等;埋藏型是指可溶性巖石表面被非可溶物覆蓋。

塌陷是巖溶場(chǎng)地主要發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害，巖溶區(qū)的塌陷主要分為基巖塌陷和土層塌陷。基巖塌陷是溶洞頂板破壞或失穩(wěn)導(dǎo)致垮塌的結(jié)果，導(dǎo)致這類塌陷的原因主要是自然條件下頂板安全厚度減少和巖石風(fēng)化強(qiáng)度降低，其次是溶洞上部荷載增加或爆炸作用。值得注意的是發(fā)生在地下水位以下的基巖塌陷有很強(qiáng)的次生災(zāi)害效應(yīng)，可能產(chǎn)生地表冒砂噴水、小震級(jí)烈度地震、地裂縫等，甚至可能產(chǎn)生地表大面積的坍塌。土層塌陷是上覆第四系陸相沉積物在地下水位往復(fù)上下變化作用下，沉積物沿巖溶管道向下移動(dòng)的結(jié)果。我國(guó)目前的巖溶塌陷絕大多數(shù)是土層塌陷。當(dāng)上部覆蓋層為粘性土?xí)r，由于其較強(qiáng)的粘聚力可形成頂板，該情況下可產(chǎn)生類似溶洞的土洞，地面坍塌是土洞坍塌后形成的結(jié)果。

三、巖溶區(qū)地基處理的方法

(一)地基不均勻性的處理。對(duì)于巖溶區(qū)地基不均勻時(shí)，應(yīng)從建筑、結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)等方面做出相應(yīng)的處理，保證建筑物工作年限內(nèi)的安全性，具體措施如下:

1.建筑措施。建筑物體型宜簡(jiǎn)單，平面及立面規(guī)則，避免平面和立面中形狀的突變，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的總體剛度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抵御變形的能力。同時(shí)應(yīng)控制建筑物的長(zhǎng)寬比，長(zhǎng)寬比過大，結(jié)構(gòu)在地震過程中會(huì)產(chǎn)生過多的扭轉(zhuǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)抗震不利。同時(shí)根據(jù)建筑的實(shí)際情況合理設(shè)置變形縫。

2.結(jié)構(gòu)措施。結(jié)構(gòu)宜采用輕質(zhì)墻體，如填充墻采用輕型砌塊、多孔磚或者其他輕質(zhì)墻;對(duì)于砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)注重圈梁與構(gòu)造柱的設(shè)置，圈梁對(duì)于提高砌體結(jié)構(gòu)整體性有著重要作用。

3.基礎(chǔ)形式。由于巖溶區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)于在巖溶區(qū)的建筑物而言，基礎(chǔ)的合理選擇至關(guān)重要，合理的基礎(chǔ)形式可以大大減小建筑物使用期間的變形。宜采用剛度較大的基礎(chǔ)形式，如條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、箱型基礎(chǔ)或者樁基礎(chǔ)，尤其是樁基礎(chǔ)，樁基礎(chǔ)不僅具有較高的承載力，同時(shí)樁基可以跨越表層條件較差的土，而深入深部較好的土，也起到了地基處理的目的。

(二)土洞的處理。由于土洞具有埋深淺、分布密集、發(fā)育速度快和頂板強(qiáng)度低的特點(diǎn)，所以對(duì)建筑而言，土洞的危險(xiǎn)性極大。有時(shí)候建筑物施工初期并沒有土洞，但當(dāng)建筑物施工過程中需要施工降水時(shí)，則會(huì)誘發(fā)土洞產(chǎn)生，使地面產(chǎn)生塌陷，影響建筑的使用。所以，對(duì)于土洞必須采取一些工程措施，避免這種危害的產(chǎn)生。

1.地表水形成的土洞。當(dāng)遇到排水條件差、水流集中向下滲流等情況，則會(huì)促使土洞的形成。所以對(duì)于可能出現(xiàn)土洞的地區(qū)，應(yīng)做好排水、疏水和截流等措施，阻止土洞的形成。對(duì)已經(jīng)形成的土洞，可采用填挖配合梁板跨越處理。

2.地下水形成的土洞。當(dāng)有厚度較大的較松軟的土?xí)r，而此時(shí)地下水位比較高，則會(huì)因?yàn)榈叵滤坏淖兓纬赏炼矗藭r(shí)如果將厚度較大的松軟土全部處理掉存在困難，可采用拋石夯實(shí)的方法，同時(shí)在其上做一層反濾層。由于殘留土的變形及地下水的活動(dòng)，處理后可再發(fā)生，故其上還需做梁板。

(三)溶洞的處理。溶洞處理之前應(yīng)先對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行簡(jiǎn)單的勘測(cè)，了解溶洞的分布、規(guī)模的大小以及是否連通等等，查明強(qiáng)風(fēng)化層的厚度以及溶洞頂板厚度的大小。處理時(shí)應(yīng)結(jié)合建筑物荷載的大小和超前鉆孔等情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)鉆孔下無溶洞時(shí)，處理地基時(shí)可采用人工挖孔樁，且樁體進(jìn)入穩(wěn)定巖層的深度不小于半米，當(dāng)鉆孔下有溶洞存在，處理地基應(yīng)采用大直徑?jīng)_孔灌注樁，并且要求樁體應(yīng)跨越溶洞，進(jìn)入深部穩(wěn)定巖層，且進(jìn)入巖層的深度不應(yīng)小于一倍樁徑。由于沖孔灌注樁無需抽取地下水，可以避免由于抽水而造成的地面塌陷，可減小對(duì)周圍建筑物的影響，但施工時(shí)需注意，澆筑混凝土?xí)r應(yīng)采用泥漿護(hù)壁，且水下澆注。對(duì)于人工挖孔樁，由于需抽取地下水，故對(duì)場(chǎng)地以及周邊建筑造成一定的影響，施工中應(yīng)注意各個(gè)環(huán)節(jié)的施工順序，并且做好周圍建筑的監(jiān)測(cè)工作，遇到變形過大時(shí)，應(yīng)及時(shí)處理。

四、結(jié)語

在巖溶地區(qū)首先要了解巖溶的發(fā)育情況、分布狀況和穩(wěn)定程度，查明溶洞、暗河、陷穴的界限以及場(chǎng)地內(nèi)有無出現(xiàn)涌水、淹沒的可能性，以便作為評(píng)價(jià)場(chǎng)地的參考以及為地基處理提供合理的設(shè)計(jì)條件。

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