基于巖溶發育區域地基勘察及評價探討

蔣向東

（貴州省有色和核工業地質局二總隊，貴州 六盤水 553000）

1 巖溶地基勘察研究的基本問題

巖溶地基勘察的目的是查明對建筑場地和地基有影響的巖溶問題，以評價場地和地基的穩定性和適宜性，為提供設計和施工所需要的地質資料。

巖溶作為一種自然地質作用和不良地質現象，對建筑條件產生影響，因此，在巖溶場地進行工程地質勘察時，應注重研究各種巖溶現象及問題。

（1）巖體表面的巖溶（石芽、溶溝、溶槽等），可能造成巖石上覆土層厚度的差異，可能引起地基不均勻問題。

（2）上覆土層中的土洞，因地下水的作用或受載荷作用之故，土洞蓋層可能發坍塌而造成地表塌陷問題[1-3]。

（3）巖溶洼地中漏斗、落水洞等豎向巖溶水通道，可能被堵塞或發生季節性涌水，從而釀成的場地淹沒問題。

（4）地下水隨季節發生較大的水位波動和水量變化，從而對場地及地基條件、施工條件產生不良影響問題。

（5）巖溶陡崖處于臨空狀態的溶蝕軟弱面或結構體，可能發生崩塌、滑移，從而對坡下建筑場地造成的邊坡穩定性問題。

2 巖溶地質調查的對象

巖溶勘察工作必須加強場地基本地質條件的研究和巖溶規律的分析，遵循先地表后地下、先面上后點上，做好巖溶地質測繪與調查。進行巖溶地質調查應注意以下特點：

（1）巖溶地質測繪與調查的范圍應包括場地范圍周邊與場地巖溶發育有聯系和影響的相鄰地段。

（2）巖溶形態的調查，應注意各類形態的分布位置、高程、規模、形狀、埋深、延伸方向、頂板形態、底部坡度、充填性狀及充填物性質。

（3）巖溶與地層關系的調查，應特別注意可溶巖與非可溶巖接觸地段的巖溶特征與發育程度。

（4）巖溶與地質構造關系的調查，應注意巖溶形態和發育程度與所在的地質構造部位、斷裂性質等的關系。

（5）巖溶與地貌關系的調查，應注意不同地貌單元和不同地貌部位上的巖溶形態、特征及發育強度的差異性。

（6）巖溶與水文地質關系的調查，應注意巖溶水點的類型、位置、標高、所在地層、水位動態、水力連通情況等。

（7）土洞、塌陷、洼地的調查，注意各種形態的位置、大小、深度、密度、所在巖性層位、地質構造部位、地形地貌環境與水文地質條件外，還應注意調查塌陷時間、擴大發展或停止發展的情況。

（8）在巖溶地質調查的過程中，應做到多訪問、多分析、多踏勘。由此及彼，由表及里的，分析獲得場地巖溶發育的總規律和總模式，找出共性中的特殊地段。

（9）在巖溶地質調查的過程中，可以利用下列經驗規律：a.在落水洞、漏斗呈帶狀分布的地段，其下可能有暗河發育。b.在四周高的封閉洼地內，如有較多的落水洞、漏斗等，其下一般與溶洞、暗河相通。c.在地面塌陷、草木叢生或冬季冒氣的地段，其下往往有溶洞、暗河存在。

3 巖溶勘察工作布置原則與基本要求

對巖溶勘探不應采取單一手段，而應在工程地質測繪與調查的基礎上，依據勘察對象和建筑特征，有針對性地選擇綜合性勘探手段。目前在巖溶勘探工作中存在的問題有三：一是手段單一，只重視鉆探，忽視物探；或只重視物探，而忽視鉆探；二是布孔稀，鉆探深，平面控制精度不夠，而鉆探深度過大；三是以單孔定論，鉆探查出的巖溶洞隙，不作范圍圈定，以相鄰孔距一半隨意確定洞隙形態和大小。針對上術問題就做到下面幾點。

3.1 勘探手段的選擇

根據勘察階段，場地巖溶發育的特征、建筑物的特征綜合確定。對工業與民用建筑，經常采用一次性詳勘，應做到如下幾點：

（1）在條件允許時，應充分發揮物探的作用。采用綜合物探法，對異常點進行多種方法相互印證，并進行一定比例的鉆探驗證，一般不得以未經驗證的物探成果直接作為地基設計與處理的依據。

（2）對于埋藏不深，對地基穩定性有潛在威脅的淺層溶洞，在鉆探的基礎上，可選擇典型地段適當布置槽、井探，進行必要的揭露和觀測，以取得溶洞的直觀資料。

（3）對于巖溶發育的場地、重要的建筑物場地，在鉆探的基礎上應配合采用無線電波透視、井下電視、波速試驗等物探測試手段。并采取巖土試樣進行物理力學試驗或原位荷載試驗。

（4）為查明地下水的化學性質、埋深、動態及水動力特征，應在鉆探的基礎上，選擇典型孔位進行抽水試驗及取樣進行水質分析試驗。

3.2 勘探點的平面布置原則

（1）應沿基礎軸線和柱網軸線布置鉆孔，或逐柱位布置鉆孔。勘探點位置不宜偏離基礎軸線和柱網位置太遠。

（2）應遵循先控制后一般，先疏后密布孔準則，一般要求如下：①在基巖埋藏淺且起伏較大的地段，應加密勘探點；②在物探異常位置布置鉆孔，對于基礎下和近旁的典型物探異常點或基礎頂面荷載較大的單獨基礎，均應布置驗證性鉆孔。③在有可能存在影響地基穩定性的溶洞發育地段應布置鉆孔，當需查明溶洞的大小、頂板厚度及其危害程序時，還要加密鉆孔。④在溶溝、溶槽發育的地段和可溶巖與非可溶巖的接觸帶，應布置鉆孔并視情況進行加密鉆孔控制。⑤在有地表塌陷和土洞分布的地段，應布置鉆孔并視情況作必要的加密鉆孔。

（3）勘探深度的一般要求：①當基礎底面下的土層厚度大于沉降計算深度，且不具備形成土洞條件時，勘探孔深度可按一般規定確定，當具備形成土洞條件時，一般應鉆至最低地下水位或基巖面。②當基礎底面下的土層厚度小于沉降計算時，對有可能存在影響地基穩定性的溶洞，勘探孔應深入完整基巖3m～5m或鉆穿溶洞底板深入完整基巖內3m～5m。對重大基礎還應根據荷載情況進行加深。③為驗證物探異常帶的鉆孔及為滿足建筑物安全與穩定性計算的控制孔，其深度應鉆入異常帶及穿過巖溶發育帶進入以下適當深度，但一般不宜超過30M。④根據場地的巖溶地質條件和工程需要，還應進行連通試驗、現場頂板巖體載荷試驗等，以及進行水文長期觀測[4]。

4 巖溶場地及地基評價

對于巖溶的評價，當前尚處在經驗判定和定性分析為主的階段，一般有如下經驗。

4.1 不利建筑地段的評判條件

當場地或地段存在下列情況之一時，一般可判定為工程地質條件不良，或對建筑不利的地段。

（1）洞體大、頂板破碎且有變形跡象、洞底有新近崩塌物等，或處于溶洞群分布地段。

（2）在較大規模的暗河、漏斗、落水洞等巖溶通道成片或呈帶狀分布的地段。

（3）規模較大的淺層隱伏巖溶，并充填有軟弱土體或地面出現明顯變形的地段。

（4）地表水沿土層中的裂隙下滲或地下水的自然升降變化，可使上覆土層受沖蝕，易產生密集土洞塌陷的地段。

（5）巖溶通道排泄不暢通，或可能發生堵塞而涌水，易造成暫時性淹沒的地段。

（6）抽取巖溶地下水時，降落漏斗中最低動水位高于基巖面，活動于上覆土層中，因人工改變地下水動態而有可能引起塌陷的地段。

4.2 可以不考慮巖溶穩定性的情況

當場地的地質條件符合下列條件之一時，對于二級建筑物一般可不考慮巖溶對地基穩定性的不利影響：

（1）基礎底面以下土層厚度大于3倍單獨基礎寬度或6倍條形基礎寬度，且不具備形成土洞、塌陷和其他地面變形現象的條件。

（2）基礎底面至下部洞體間的巖土厚度，雖然小于3倍單獨基礎寬度或6倍條形基礎寬度，但具有下列有利邊界條件：①洞體為微風化巖石，巖體質量好，頂板巖石厚度大于或等于洞跨。②洞體規模小，基礎底面積大于洞的平面尺寸，并有足夠的支承長度。③基礎置于微風化硬質巖石上，而近旁溶蝕裂隙、落水洞、漏斗等豎向巖溶通道的寬度小于1.0m。④洞隙或巖溶漏斗為密實的沉積物填滿，且不具備被水沖蝕的可能性。

4.3 應該考慮巖溶穩定性的條件

當地基的地質條件不能滿足前述（2）的條件或因建筑物的安全等級要求時，則應根據洞體大小、頂板形態、巖體結構及強度、洞內堆填及巖溶水活動情況等因素進行洞體穩定性分析。視邊界條件和取得的參數，一般可從以下途徑進行分析或計算：①收集、調查已有建筑經驗，通過地基地質條件和上部建筑結構特征的類比分析進行評價。②將洞體頂板視為結構自承重體系進行力學分析，根據頂板形態、成拱條件、裂隙的分布切割情況，按梁、板受力情況進行穩定性計算。③當有條件取得有代表性的參數時，可進行有限單元數值分析。④根據已經查明的地質條件，對影響溶洞穩定性的各種因素，并結合基底荷載情況，進行有利和不利的比較分析，作出穩定性評價，如下表：

表1 巖層特征的不利條件分析

⑤當判定頂板為不穩定，但洞內有密實的沉積物充填且無水流活動時，可認為堆積物受力，以堆填物的力學指標按不均勻地基評價。

當基礎臨近存在裂隙或臨空面時，應評價驗算基底巖體向臨空面傾覆或沿裂隙面滑移的可能性。

4.4 對影響地基穩定性的巖溶洞隙的處理評價經驗

對于判定為對地基穩定性有影響的巖溶洞隙，應根據其分布位置、形體大小、埋藏深度、圍巖穩定性和水文地質條件的綜合分析，針對具體情況分別采取下列處理措施：

對洞口較小的洞穴，可采用鑲補、嵌塞、跨蓋等方法處理。

對于圍巖不穩定、風化嚴重、節理裂隙發育的破碎巖體，可采用灌漿加固和清理填塞等措施。

對洞口較大的洞隙，宜采用梁、板、拱等結構跨越，并應使跨越結構有可靠的支承面。

對規模較大，難于采取一般的嵌塞和跨越處理結構時，可采用洞底支撐或調整柱網間距等方法處理[5,6]。

4.5 對巖溶場地上的樁基、墩基選擇評價原則

鑒于巖溶場地基巖面起伏變化大，平面間距相差米余，基巖埋深可相差數米、十數米或數倍、十數倍的現象。因此，當基礎形式選定樁基、墩基時，宜遵照下列評價原則：

宜選擇大直徑嵌巖樁或墩基，一柱一樁或一柱一墩。大直徑嵌巖樁或墩基應符合下列規定與評價要點：當基底下3倍基礎寬度范圍內無傾斜或水平狀的巖溶洞隙時，對淺層洞隙可按沖剪條件驗算頂板其穩定性。

當樁、墩底面處基巖面起伏較大時，對不利角度的裂隙面可按滑移條件驗算其穩定性。

當樁、墩底面處基巖起伏較大時，應清除不穩定石芽及其間凹處的充填物,樁、墩嵌巖深度應確保基底與巖體良好接觸。