特異性地質土工程處理技術

【摘要】不良地基土質會對上層建筑物構成相當大危害，我國西北地區地質較為復雜，其中典型代表的有“土巖、巖溶、土洞”三種。如何解決上述不良地基土質是目前工程建設領域亟待解決的重要問題。

【關鍵詞】土；巖溶；孤石；土洞；處理

前言：我們將由兩種及兩種以上具有不同工程性質及力學性能且非均勻組合在一起所形成的土體稱為特異性土，例如，巖石與粘土組合、粉土與碎石土組合以及濕陷性黃土與高密性粘土組合等。還有一類土體，雖由單一土質構成，但是大范圍內密度分布極度不均、中間包裹直徑大小不同孔隙的土洞，也可以稱為特異性土。

特異性土在山區較為常見，如山頂的殘積層、山麓的坡積層、山谷口的洪積層等，其形成主要由山體沖刷滑坡、崩塌、斷層或泥石流引起的。這些土軟硬不均且在同一環境下極有可能呈現不同的物理性狀，如若將其作為地基土，對上面的建筑物則構成相當大的威脅，根據以往的設計經驗一般要求避開此類土，但是隨著人類不斷加大對山區的開發力度，一些工程的選址不得不在該類土上進行，例如我單位正在建設的山西鐵路工程某段1公里線長范圍內竟跨越了硬巖、砂土、濕陷性黃土三種不同類型地基，特別是在隧道的掘進過程中，在拱頂部位出現大塊獨立巨石，由于巖石過硬普通挖掘方法難以湊效，使用爆破又擔心圍巖整體坍塌（ⅴ級圍巖、砂土為主）而發生重大安全事故，如此現象都直接增大了工程的技術難度，耗費大量的經濟。如何處理特異性土，使之成為安全、穩定的工程地基是國內外學者探討的熱門學問。

特異性地基的特點主要表現為土質的不均勻性和場地的不穩定性兩個方面，對于不同組合類型的土處理方法也不盡相同，下面主要介紹“土巖組合類、巖溶類、土洞類”的工程處理技術。

1、土巖組合類地質

土巖組合類一般于多山丘陵地區較為常見，組合形式大致分為兩類：一類為上部薄層覆土、下臥基巖的疊合類土巖；另一類為土壤中隨機夾雜大塊孤石的雜合類土巖。由于“土”、“巖”在承受荷載的能力上差別極大，容易引起建筑的不均勻沉降，故在建筑設計之前，應對地基范圍內地質作詳細的勘察，根據不同的地基類型作相應的地基處理。

1.1上部覆土、下臥基巖的疊合型土巖

疊合型土巖中，如下臥基巖單向坡度較小，除對土、巖作常規承載力檢測外，為保險起見，還可采用加厚淺層基巖上覆土以調整變形的作用（一般不小于30cm）。

當下臥基巖單向坡度較大（單向傾斜且坡度超過經驗允許值表1）時，由于上覆涂層厚度不均使上部建筑物易產生不均勻沉降引起的裂縫（裂縫多出現在基巖埋藏較淺的部位），同時上覆土層與基巖之間還有相對滑動的趨勢，建筑物極易滑動位移，工程上一般采用混凝土褥墊法進行處理（圖1）；

當下臥基巖坡度相向傾斜呈“V”字形時，設計上一般只需要采取結構措施加強上部建筑結構剛度，如增加連系梁、降低層高等方法，而不需要對地基做特別的處理；

當下臥基巖呈“八”字形時，對建筑最不利，最好的方法是在此處用沉降縫隔開，沉降縫兩側的地基均增加砼褥墊。

1.2大塊孤石區

在我國西北（陜、晉等）強風化帶多山丘陵地區的山體隧道掘進中，經常遇到大塊孤石群，范圍從數米到數十米不等，孤石粒徑達到數十公分，且堅硬、完整、強度高，施工中稍有不慎，即發生孤石墜落傷人的事故，針對孤石一般采取靜壓力破碎法。

在城市地鐵隧道盾構中，如發現有孤石，先應停止盾構施工并探明孤石分布情況，再布設地質探孔、進行取芯補堪。城市地鐵隧道處理孤石時，一般宜優先采用地面處理方式，即地面注漿加固孤石，注漿液體采用1：1水泥漿，壓力0.2MPA以內，加固范圍隧道周邊3m，施工時采取低貫入度、高轉速方式對孤石掌子面進行切削，靠刀盤的沖擊破碎能力通過孤石區域。

2、巖溶類地質

巖溶區存在溶洞，將嚴重影響建筑地基的穩定性，降低地基的承載力、加大地基的沉降變形。在處理該類型地質時，需要采用鉆孔取芯法并根據巖芯資料以及鉆孔沖洗、壓水實驗成果綜合分析，對巖溶發育情況作基本了解。

對孔隙較小的洞隙，宜采用鑲補、嵌塞與跨蓋等方法處理；對洞口較大的洞隙，宜采用梁、板和拱等結構跨越，跨越結構應有可靠地支撐面。對于圍巖不穩定、風化裂隙破碎的巖體，可采用灌漿加固等措施。溶洞淺，可開挖回填達到承載力土或石；溶洞深，可鉆孔高壓充填沙石，然后壓入水泥速降凝固；溶洞類有流動水，可用水玻璃加水泥填筑，巖溶水的處理原則為“截、堵、排、防”相結合。

3、土洞地質

地表水形成土洞的處理：在建筑場地和地基范圍內，認真做好地表水的截流、防滲、堵漏等工作，杜絕地表水滲人土層，使土洞停止發育和發展，再對土洞采取挖填及梁板跨越等措施。

地下水形成土洞的處理：當地質條件許可時，首先盡量對地下水采取截流、改道等，以阻止土洞繼續發展。然后采用下述方法處理：①當土洞埋深較淺時，可采用挖填和梁板跨越；②對直徑較小的深埋土洞，其穩定較好，危害性小，可不處理洞體，僅在洞頂上部采取梁板跨越即可。③對直徑較大的深埋土洞，可采用頂部鉆孔灌砂（礫）或灌碎石混凝土，以充填空間。當對地下水不能采取截流、改道以阻止土洞發展時，可采用樁基（嵌入基巖內）或其他措施。