談巖溶地區(qū)地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用和地基處理方案

馬 凱 王衛(wèi)彤 葛紅梅

(中海油山東化學(xué)工程有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

談巖溶地區(qū)地質(zhì)雷達(dá)的應(yīng)用和地基處理方案

馬 凱 王衛(wèi)彤 葛紅梅

(中海油山東化學(xué)工程有限公司，山東 濟(jì)南 250101)

以某工程場(chǎng)區(qū)為例，對(duì)場(chǎng)地中無(wú)法判斷是否存在溶洞的情況，應(yīng)采用地質(zhì)雷達(dá)作為輔助判斷的重要手段，根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)提供的主要資料和數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)該巖溶地區(qū)設(shè)計(jì)方案的綜合比較，提出了較合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案。

地質(zhì)雷達(dá)，現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)槽，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

1 工程概況

本工程場(chǎng)區(qū)地形為山麓斜坡堆積地貌單元，地勢(shì)總體東北高西南低，地面標(biāo)高最大值186.43 m,最小值157.39 m,地表相對(duì)高差29.04 m。場(chǎng)地所處地貌類(lèi)型為坡地?？碧綀?bào)告范圍內(nèi)未揭露地下水。通過(guò)本次勘察資料及查閱區(qū)域地質(zhì)資料，場(chǎng)地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)全新活動(dòng)斷裂構(gòu)造，場(chǎng)區(qū)及附近無(wú)大的活動(dòng)斷裂通過(guò),未見(jiàn)滑坡、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象，場(chǎng)地穩(wěn)定，適宜建筑。

2 工程地質(zhì)勘察資料

勘察為一次性詳細(xì)勘察，其目的要求是為本工程提供詳細(xì)的工程地質(zhì)資料和巖土技術(shù)參數(shù)?？辈旃ぷ鞑贾?，采用沿?cái)M建建筑物周邊線、角點(diǎn)及中心線布設(shè)鉆孔。本次勘察共布置鉆孔142個(gè)，鉆孔孔深4.00 m～14.00 m，勘探點(diǎn)、勘探線間距均滿足規(guī)范要求。勘察共投入XY-1型工程鉆機(jī)3臺(tái)。工程鉆探土層采用合金鉆頭回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，泥漿護(hù)壁，土樣采用活塞式取土器，采用重錘少擊法取得，采取原狀土樣蠟封裝箱，并當(dāng)天送試驗(yàn)室進(jìn)行分析。

根據(jù)鉆孔揭露及室內(nèi)土工試驗(yàn)資料分析，勘探深度范圍內(nèi)自上而下分布的地層巖性為:

①層雜填土、①-1層素填土、②層黃土、③層粉質(zhì)粘土、③-1層含碎石粉質(zhì)粘土、④層殘積土、⑤層中風(fēng)化石灰?guī)r、⑥層中風(fēng)化泥灰?guī)r。

3 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)槽情況

建筑物基坑挖至基底設(shè)計(jì)標(biāo)高并清理后，施工單位會(huì)同勘察、設(shè)計(jì)、建設(shè)、監(jiān)理等單位共同進(jìn)行驗(yàn)槽，驗(yàn)槽時(shí)勘察、設(shè)計(jì)、建設(shè)、監(jiān)理、施工等單位有關(guān)負(fù)責(zé)及技術(shù)人員到場(chǎng)；攜帶基礎(chǔ)施工圖、結(jié)構(gòu)總說(shuō)明和詳勘階段的巖土工程勘察報(bào)告。

基坑情況是現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖完畢槽底無(wú)浮土、松土條件良好的基槽。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)復(fù)核，基槽底面與設(shè)計(jì)標(biāo)高相差不大；基槽底面坡度較緩，高差懸殊不大；槽底沒(méi)有明顯的機(jī)械車(chē)轍痕跡，槽底土擾動(dòng)情況不明顯；能夠分辨出人工清除的溝槽、鏟齒痕跡；基槽清理情況良好。驗(yàn)槽時(shí)相關(guān)各方重點(diǎn)觀察柱基、墻角、承重墻下或其他受力較大部位，驗(yàn)槽時(shí)發(fā)現(xiàn)基槽某處有裂隙，因詳勘資料中寫(xiě)有局部側(cè)壁有溶孔、溶槽發(fā)育。因該工程基底持力層為中風(fēng)化泥巖及灰?guī)r，泥灰?guī)r中易賦存風(fēng)化裂隙，開(kāi)口溶洞發(fā)育。

為保證工程質(zhì)量和安全，考慮到由于巖溶地質(zhì)的場(chǎng)地在地下具有很強(qiáng)的隱蔽性和在空間的分布上具有較大的離散性，在建筑物地基的安全性上溶洞、溶槽、溶溝和裂隙等的發(fā)育也起著至關(guān)重要的作用。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)、施工、勘察、監(jiān)理和建設(shè)單位共同驗(yàn)槽決定，委托詳勘部門(mén)再次對(duì)此位置進(jìn)行勘察工作。采用巖土工程勘察方法傳統(tǒng)的鉆探法時(shí)，對(duì)地質(zhì)病害的勘察如溶洞、裂隙等存在的大小、深度和范圍具有一定的局限性和不確定性且成本大,耗時(shí)多，對(duì)工期影響較大。隨即決定采用地質(zhì)雷達(dá)的勘察方法對(duì)建筑地基進(jìn)行巖溶地質(zhì)病害的補(bǔ)充勘察。

4 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)情況

勘察院采用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)該工程基礎(chǔ)進(jìn)行了探測(cè)，因測(cè)區(qū)內(nèi)地表為第四系山前沖積，下伏基巖為泥灰?guī)r，附近區(qū)域構(gòu)造較為發(fā)育，而場(chǎng)地東側(cè)的北向和北西向山斷裂為該區(qū)域主控?cái)嗔?，受其影響，?chǎng)地裂隙較為發(fā)育，圍巖較為破碎。

因勘察目的是探察基底持力層開(kāi)口溶洞的空間分布情況。故使用LTD2100型數(shù)字化探測(cè)雷達(dá)儀，中心工作頻率為270 MHz的天線進(jìn)行了探測(cè)。該地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)是利用介質(zhì)的介電性質(zhì)和導(dǎo)電性質(zhì)差異進(jìn)行探測(cè)，從物理性質(zhì)上分析，雷達(dá)電磁波在不同地層或物質(zhì)之間存在著不同的傳播速度和頻率，完整巖石與破碎帶、裂隙、風(fēng)化層等存在一定的物性差異，這些地球物理性質(zhì)的差異構(gòu)成了開(kāi)展地質(zhì)雷達(dá)工作的前提。雷達(dá)觀測(cè)系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

勘察單位的地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖2～圖4。

從地質(zhì)雷達(dá)反射剖面圖中顯示出明顯的不同介質(zhì)的界面反射，呈現(xiàn)出“凹”形異常體。具體表現(xiàn)為反射能量較強(qiáng)和同相軸不連續(xù)等特點(diǎn)?？辈靻挝慌袛嗟刭|(zhì)病害為沿著弱風(fēng)化石灰?guī)r裂隙向地下發(fā)育的溶溝。

5 地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)成果結(jié)論與建議

通過(guò)本次物探工作，并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)，綜合分析如下：

1)場(chǎng)地發(fā)現(xiàn)一處開(kāi)口溶洞，該溶洞主體發(fā)育走向北東東，傾向南西，開(kāi)口溶洞作用范圍深度達(dá)8.0 m，開(kāi)口溶洞影響范圍深度2.5 m內(nèi)，層理溶蝕發(fā)育強(qiáng)烈(見(jiàn)圖5)。2)場(chǎng)地中部存在一條層理裂隙，層理溶蝕深度局部達(dá)7.0 m左右。3)該開(kāi)口溶洞位于山坡腳下，受地表水系及巖層傾向影響，存在潛在發(fā)育，在設(shè)計(jì)處理時(shí)，應(yīng)予以重視。

6 設(shè)計(jì)處理方案

地基處理的關(guān)鍵是解決溶洞的穩(wěn)定性,以保證建筑物的安全。巖土交界面的地區(qū)假如地下水活動(dòng)于此，應(yīng)合理預(yù)測(cè)建筑物基礎(chǔ)下地下水位的變化趨勢(shì)，并考慮由于地下水的影響所形成的溶洞對(duì)地基的影響，因巖溶不良地質(zhì)構(gòu)成的巖溶地基常常引起地基變形破壞，將會(huì)造成地基承載力不足、不均勻沉降、地基滑動(dòng)和塌陷等，故對(duì)地基評(píng)價(jià)不能滿足穩(wěn)定性要求時(shí)，必須對(duì)地基進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚怼?/p>

尤其是在地下水位高于基巖表面的巖溶地區(qū)，在對(duì)地基處理時(shí)必須注意由于人工降水可能會(huì)引起溶洞的進(jìn)一步發(fā)育或可能造成的地表塌陷的可能性。根據(jù)水文地質(zhì)條件和抽水試驗(yàn)的觀測(cè)結(jié)果綜合分析確定塌陷區(qū)的范圍及方向。在判定為塌陷的范圍不應(yīng)采用天然地基。在施工現(xiàn)場(chǎng)遇到溶洞的處理方式一般主要采取三種方式：一是跨越式，即加強(qiáng)梁的鋼筋或增大梁的寬度和高度;二是懸臂式，按懸臂梁設(shè)計(jì)基礎(chǔ);三是穿越式，采用樁基礎(chǔ)，即下挖穿越。方案選擇應(yīng)根據(jù)其大小、埋深、位置、圍巖穩(wěn)定性和水文地質(zhì)條件綜合分析后確定將要采取的地基處理措施。

7 巖溶地區(qū)地基處理措施

1)對(duì)于巖溶地區(qū)較小的溶洞和洞隙，可考慮采用鑲補(bǔ)、嵌塞與跨越等方法進(jìn)行處理。2)對(duì)于巖溶地區(qū)較大的溶洞和洞隙，可采用漿砌塊石等堵塞措施以及洞底支撐或調(diào)整柱距等方式處理，也可考慮采用結(jié)構(gòu)跨越的方式進(jìn)行處理。3)對(duì)于巖溶地區(qū)的基底有不超過(guò)25%基底面積的溶洞(隙)且填充物難以挖除時(shí)，可采用在溶洞(隙)部位加設(shè)鋼筋混凝土底板，并且底板寬度必須大于溶洞(隙)，也可在溶洞(隙)部位采用樁基礎(chǔ)進(jìn)行穿越處理。4)對(duì)于溶洞位于條形基礎(chǔ)的末端，跨越工程量大，可采用懸臂梁設(shè)計(jì)的方式設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，若溶洞位于單獨(dú)基礎(chǔ)重心一側(cè)，可采用偏心荷載設(shè)計(jì)的方式設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。

8 設(shè)計(jì)院處理結(jié)論與方案

本工程基礎(chǔ)形式為條基及獨(dú)立基礎(chǔ)，東北角外墻條形基礎(chǔ)及角部多棵柱獨(dú)立基礎(chǔ)均落在溶洞上方，根據(jù)成果報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)情況決定采用如下方法進(jìn)行處理：把碎渣從現(xiàn)有標(biāo)高再下挖1 m～2 m，夯實(shí)底部碎渣，并清理周?chē)扑閹r石，再用C20毛石混凝土將溶洞灌實(shí)至基底設(shè)計(jì)標(biāo)高。并決定對(duì)基礎(chǔ)下溶洞進(jìn)行注漿充填空隙的處理方式，使溶洞內(nèi)的空腔填充密實(shí)，從而保證填充物與周?chē)h(huán)境固結(jié)成為一個(gè)整體，并具有一定的強(qiáng)度；并且起到切斷溶洞與地下水的聯(lián)系的作用，使其不再發(fā)育，以保證建筑物的安全性及基礎(chǔ)和持力層的穩(wěn)定性，并保證強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)的承載力要求。在溶洞范圍內(nèi)基礎(chǔ)加強(qiáng)，并采取加寬基礎(chǔ)寬度，設(shè)置基礎(chǔ)拉梁的措施保證地基基礎(chǔ)的安全。

[1] GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JGJ 79-2012，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 顧曉魯.地基與基礎(chǔ)[M].第3版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

[4] 魏 敏.談地基基礎(chǔ)檢測(cè)[J].山西建筑，2013，39(15)：39-40.

[5] 毛志兵.建筑工程管理與實(shí)務(wù)[M].第4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[6] 薄會(huì)申.地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：地質(zhì)出版社，2006.

Application of geological radar and ground treatment scheme of karst area

MA Kai WANG Wei-tong GE Hong-mei

(CNOOC Shandong Chemical Engineering Limited Company, Jinan 250101, China)

Taking a project site as an example, to determine whether there is cave on the site, an important means to be used as auxiliary judgment by geological radar, according to the data of geological radar provides, through comprehensive comparison according to the design scheme of karst region, puts forward the foundation is relatively reasonable design proposal.

geological radar, on-site checking slot, foundation design

1009-6825(2014)31-0101-02

2014-08-29

馬 凱(1980- )，男，工程師； 王衛(wèi)彤(1968- )，男，高級(jí)工程師； 葛紅梅(1969- )，女，高級(jí)工程師

P642

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