巖溶地區(qū)存在的特殊巖溶發(fā)育現(xiàn)象特性評(píng)價(jià)

邊 磊 于生飛 張慶輝

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250100)

巖溶地區(qū)存在的特殊巖溶發(fā)育現(xiàn)象特性評(píng)價(jià)

邊 磊 于生飛 張慶輝

(山東電力工程咨詢?cè)河邢薰?，山東 濟(jì)南 250100)

山東某電廠下伏基巖為碳酸鹽巖，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，形成溶蝕發(fā)育帶這一特殊的巖溶發(fā)育現(xiàn)象，通過工程地質(zhì)鉆探、原位測(cè)試及載荷試驗(yàn)等手段，對(duì)該電廠溶蝕發(fā)育帶進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。

巖溶，溶蝕發(fā)育帶，平板載荷試驗(yàn)，地基承載力

0 引言

巖溶是一種復(fù)雜的不良地質(zhì)現(xiàn)象，其空間發(fā)育規(guī)律復(fù)雜，對(duì)工程的危害后果十分嚴(yán)重，在山東某電廠勘察中，勘察成果揭露廠區(qū)下伏碳酸鹽巖中發(fā)育有大量巖溶，巖溶發(fā)育程度為極強(qiáng)烈發(fā)育，局部地段溶溝溶槽及溶洞相互貫通，地層破碎，形成巖溶地區(qū)一種特殊的巖溶發(fā)育現(xiàn)象——溶蝕發(fā)育帶。溶蝕發(fā)育帶主要包括溶蝕發(fā)育強(qiáng)烈的巖石和巖溶，對(duì)于溶蝕發(fā)育強(qiáng)烈的巖石，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，多呈蜂窩狀，巖溶一般為全充填巖溶，充填物為粘土混碎石及中粗砂。溶蝕發(fā)育帶中巖溶相互貫穿，破壞了基巖的連續(xù)性，基坑開挖面多呈現(xiàn)粘性土包裹碎石、塊石的狀態(tài)，工程地質(zhì)條件異常復(fù)雜。

1 工程概況

該區(qū)域下伏碳酸鹽巖地層中節(jié)理、裂隙和溶洞發(fā)育，節(jié)理多被方解石脈充填，裂隙、溶洞大多為粘性土混砂土、碎石等充填，部分地段分布有空腹溶洞，沿裂隙面具溶蝕現(xiàn)象，部分地段巖石被溶蝕呈蜂窩狀。

2 溶蝕發(fā)育帶

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、工程地質(zhì)鉆探及物探資料揭示，場(chǎng)區(qū)內(nèi)不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖溶，鉆孔遇洞率84.2%，鉆孔線溶率平均值為13.92%，巖溶發(fā)育程度為極強(qiáng)烈發(fā)育，且?guī)r溶與巖溶相互貫穿，形成溶蝕發(fā)育帶，其主要特征表現(xiàn)在：

1)從地質(zhì)鉆探巖芯上看，巖體沿裂隙面具有強(qiáng)烈溶蝕現(xiàn)象，發(fā)育有較多的溶孔、溶溝和溶槽，溶蝕孔洞一般被粘性土充填，少數(shù)空腹，局部部位溶溝、溶槽及溶洞相互貫穿連通，巖芯如蜂窩狀，如圖1所示。

2)從形態(tài)上看，巖體呈現(xiàn)泥石混雜的形式，開挖面含土量較高，易開挖，整體強(qiáng)度比巖溶充填物高，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如發(fā)育有巖溶的巖石強(qiáng)度高，整個(gè)巖體多呈現(xiàn)粘性土包裹碎石、塊石的狀態(tài)，俗稱“泥包石”現(xiàn)象。

3)從其組成成分上分析，該不良地質(zhì)現(xiàn)象主要包括溶蝕發(fā)育強(qiáng)烈的巖石和巖溶兩部分，對(duì)于溶蝕發(fā)育強(qiáng)烈的巖石，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，多呈蜂窩狀；巖溶一般為全充填巖溶，充填物主要為可塑～硬塑狀態(tài)的粘性土混碎石或中粗砂，少量巖溶為空腹巖溶和半充填巖溶。

這是在巖溶發(fā)育地區(qū)存在的一種工程地質(zhì)條件及其特殊和復(fù)雜的不良地質(zhì)現(xiàn)象體，由巖石、巖溶、巖溶充填物以及節(jié)理裂隙以不規(guī)則的形態(tài)組成，定義為溶蝕發(fā)育帶，其工程力學(xué)性質(zhì)較為復(fù)雜，與完整巖體、空腹巖溶和全充填巖溶地層均不同，其對(duì)工程的危害后果也極為嚴(yán)重，因此勘察過程中需要對(duì)其單獨(dú)定層進(jìn)行分析，其典型照片見圖2。

3 溶蝕發(fā)育帶地基承載力評(píng)價(jià)

由于溶蝕發(fā)育帶在廠區(qū)中分布范圍較廣，其工程地質(zhì)性質(zhì)復(fù)雜，對(duì)地基基礎(chǔ)的穩(wěn)定性影響較大，因此，需正確評(píng)價(jià)此類地質(zhì)現(xiàn)象的工程地質(zhì)性質(zhì)，以便對(duì)建筑物做成正確的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

3.1查表法

依據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》(第四版)表4-5-18，巖石的地基承載力可參考表1取值[3]。

表1 巖石地基承載力特征值fak kPa

本建筑地段地基巖石為中等風(fēng)化石灰?guī)r(硬質(zhì)巖石)，根據(jù)表1，其地基承載力特征值為fak=1 000 kPa～2 500 kPa。

3.2單軸飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

為進(jìn)一步了解巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，在現(xiàn)場(chǎng)采集大量巖塊(局部含有溶蝕孔、槽)，進(jìn)行室內(nèi)單軸飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)巖石試驗(yàn)成果，按照GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范5.2.6條，計(jì)算基巖地基承載力特征值[4]。

fak=φr·frk。

其中，fak為巖石地基承載力特征值，kPa；φr為折減系數(shù)(根據(jù)溶蝕發(fā)育帶巖體破碎程度，取0.1)；frk為巖石單軸飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 根據(jù)單軸飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)得出的地基承載力特征值

3.3現(xiàn)場(chǎng)淺層平板載荷試驗(yàn)

由于主廠房荷載較大，且地基持力層范圍內(nèi)普遍分布有溶蝕發(fā)育帶，為更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)其地基承載力，以驗(yàn)證該持力層承載力能否滿足設(shè)計(jì)的要求，在溶蝕發(fā)育帶地基進(jìn)行了2個(gè)點(diǎn)的淺層平板載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)采用直徑為30 cm圓形剛性承壓板。

表3 淺層平板載荷試驗(yàn)點(diǎn)的地基承載力特征值確定表

試驗(yàn)結(jié)果見1號(hào)，2號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)的曲線(見圖3，圖4)，各淺層平板載荷試驗(yàn)點(diǎn)溶蝕發(fā)育帶地層的地基承載力特征值取值如表3所示。

3.4溶蝕發(fā)育帶地基承載力的確定

根據(jù)上述確定地基承載力的方法，綜合對(duì)溶蝕發(fā)育帶的地基承載力進(jìn)行推薦，見表4。

表4 溶蝕發(fā)育帶地基承載力確定表 kPa

從以上3種試驗(yàn)方法確定的承載力特征值可以看出，與平板載荷試驗(yàn)相比，查表法與單軸飽和抗壓強(qiáng)度得出的承載力特征值均嚴(yán)重偏高，分析造成此嚴(yán)重差異的主要原因是：規(guī)范查表法中所涉及的巖石，以及巖體單軸飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)所采取的巖樣均為相對(duì)完整的巖塊，這無疑均忽略了本工程溶蝕發(fā)育帶地層中巖體溶蝕、破碎的典型特征。

綜合分析上述試驗(yàn)的結(jié)果，本工程溶蝕發(fā)育帶地基承載力特征值為560 kPa，同時(shí)建議：

1)對(duì)于溶蝕溶發(fā)育帶，其物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及承載力特征值應(yīng)按溶蝕發(fā)育帶地層專門考慮，不可盲目采用完整巖石的指標(biāo)，并應(yīng)充分考慮充填巖溶對(duì)基礎(chǔ)穩(wěn)定性的影響。

2)由于溶蝕發(fā)育帶的復(fù)雜性，在基坑開挖、基礎(chǔ)施工的過程中，必要情況下需要增加施工勘察，以進(jìn)一步摸清溶蝕發(fā)育帶該特殊地層的分布情況，此外，在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)施工驗(yàn)槽工作和巖土工程監(jiān)理工作。

4 結(jié)語

溶蝕發(fā)育帶這一特殊地基的工程特性與完整巖體地基、空腹溶洞以及巖溶充填物地基迥然不同，尤其體現(xiàn)在地基承載力上，因此，在工程中將該地層單獨(dú)劃分出來進(jìn)行專門評(píng)價(jià)是十分必要和重要的。對(duì)于此類溶蝕發(fā)育帶，當(dāng)基底主要為溶蝕發(fā)育強(qiáng)烈的巖石，開挖面呈現(xiàn)粘性土包裹碎石、塊石的狀態(tài)時(shí)，物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及承載力特征值應(yīng)按溶蝕發(fā)育帶考慮，并應(yīng)充分考慮充填巖溶對(duì)基礎(chǔ)穩(wěn)定性的影響。當(dāng)基底主要為充填巖溶，開挖面主要為粘性土?xí)r，物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及承載力特征值應(yīng)按充填巖溶考慮。物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及承載力特征值參數(shù)選用時(shí)應(yīng)特別注意完整巖石與溶蝕發(fā)育帶的區(qū)別。

[1] 山東省地質(zhì)礦產(chǎn)局.山東省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社,1991:105-122.

[2] 郭長寶,郭書泰,彭 濤,等.遼寧省大窯灣某建筑場(chǎng)地巖溶發(fā)育特征及工程地質(zhì)評(píng)價(jià)[J].中國巖溶,2010,29(2):176-182.

[3] 工程地質(zhì)手冊(cè)編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)[M].第4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2006:395-417.

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

Characteristicevaluationofaspecialadversegeologicalactioninthekarstsarea

BianLeiYuShengfeiZhangQinghui

(ShandongElectricPowerEngineeringConsultingInstituteCo.,Ltd，Jinan250100,China)

Rock in the engineering site of a power plant is a soluble carbonate rocks in Shandong, karsts development is very strong, forming a special adverse geological phenomenon-karsts belt. Through the engineering geological drilling, in situ test and load test and other methods, the karsts belt in the power plant was evaluated synthetically.

karsts, karsts belt, PLT, bearing capacity of foundation

1009-6825(2017)28-0071-03

2017-07-26

邊 磊(1982- )，男，碩士，工程師

P642.25

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