貴州強(qiáng)巖溶場(chǎng)地勘察要點(diǎn)及實(shí)施步驟

高祥龍

（貴州省煤田地質(zhì)局一五九隊(duì)，貴州盤州553500）

中國(guó)西南部可溶巖分布以貴州最為集中，其中可溶巖分布范圍廣泛，約占全省總面積的73%，在加之貴州特殊的地理?xiàng)l件，俗有：“九山半水半分田”之稱，可見其可開發(fā)使用土地面積較有限；隨著現(xiàn)國(guó)家對(duì)貴州經(jīng)濟(jì)建設(shè)的推動(dòng)及關(guān)注，伴隨建設(shè)土地使用面積增大，對(duì)于巖溶發(fā)育場(chǎng)地使用避無可避，但如何正確合理開發(fā)使用強(qiáng)巖溶場(chǎng)地，首先需明確場(chǎng)地內(nèi)巖溶發(fā)育情況及特征，其場(chǎng)地地質(zhì)勘察成為首要環(huán)節(jié)，其勘察成果對(duì)后期建設(shè)使用產(chǎn)生重要影響。

1 勘察區(qū)概況

1.1 擬建筑物概況

擬建筑物，塔樓-3F+30層，裙樓-3F+3層。建筑物塔樓地面最大高度99.80m，裙樓高9.0m，總建筑面積51075.42m2，本工程上部結(jié)構(gòu)形式框支剪力墻結(jié)構(gòu)。塔樓最大單柱荷載為25000kN/柱，裙樓最大單柱荷載為3500kN/柱，基礎(chǔ)采用（柱）樁基礎(chǔ)形式。

1.2 場(chǎng)地地質(zhì)概況

結(jié)合前期擬建筑場(chǎng)地巖土工程勘察報(bào)告（詳細(xì)階段）[1]場(chǎng)地內(nèi)巖土結(jié)構(gòu)自上而下為：①素填土層（Q4ml）、②殘積紅粘土層（Q4el）、③殘積碎石土層（Q4el）；下伏基巖層為三疊系中統(tǒng)關(guān)嶺組二段（T2g2）巖性為灰色、黃灰色中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r層，該巖層承載力特征值為3500kPa；擬建筑物基礎(chǔ)持力層采用中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r層。場(chǎng)地勘察深度范圍內(nèi)未見地下水；制約場(chǎng)地不良地質(zhì)現(xiàn)象為巖溶，場(chǎng)地內(nèi)鉆孔見洞率為18.99%，局部基巖面高差大于5m；場(chǎng)地屬于巖溶強(qiáng)發(fā)育地段，前期勘察明確場(chǎng)地內(nèi)兩區(qū)域存在兩個(gè)不同形式的巖溶發(fā)育：

（1）塔樓N/6軸～N/16軸，長(zhǎng)約16m區(qū)域見塊石土出露，已查明塊石土為深層巖溶塌陷后溶洞頂板脫落堆積，塌落堆積厚度大于80m，該巖溶判定為深切割巖溶漏斗。

（2）塔樓L/42軸～A/42軸，長(zhǎng)約25m區(qū)域見空洞發(fā)育，溶洞自上而下頂板厚7.10～25.00m不等，空洞深度約6.70～10.50m，底部見溶洞頂板塌落填充物厚度大于50m，屬于深層巖溶發(fā)育半填充型溶洞。

以上情況表明：該場(chǎng)地為強(qiáng)巖溶發(fā)育場(chǎng)地，加之建筑物荷載大，對(duì)地質(zhì)條件要求較高，結(jié)合原詳細(xì)階段巖土勘察資料，需對(duì)場(chǎng)地內(nèi)兩區(qū)域存在兩個(gè)不同形式的巖溶進(jìn)行專項(xiàng)巖溶勘察，以查清場(chǎng)地兩巖溶區(qū)域地質(zhì)情況為目的，提供該區(qū)域巖溶影響范圍及對(duì)建筑物適宜性及地基的穩(wěn)定評(píng)價(jià)提供合理依據(jù)，為后期建設(shè)提供依據(jù)。

2 場(chǎng)地內(nèi)不同巖溶發(fā)育形態(tài)的勘察要點(diǎn)及實(shí)施步驟

2.1 深切割巖溶漏斗勘察要點(diǎn)及實(shí)施步驟

2.1.1 查清巖溶邊界范圍

于巖溶漏斗區(qū)域樁柱位置布設(shè)勘探孔，查清各樁位置處見溶槽填充物厚度，確定樁底見中風(fēng)化巖石的深度，明確其為上大下小的深切割溶槽發(fā)育，取芯確定溶槽內(nèi)填充物的為母巖坍塌堆積而成的稍密塊石土，骨架成分與場(chǎng)地出露巖性一致，部分塊體風(fēng)化程度較高，骨架間見粘土局部見有圓礫，粉細(xì)砂填充，確定其為古巖溶坍塌加后期沖填巖溶漏斗。

結(jié)合前鉆探資料于原鉆孔間加設(shè)、加密勘探點(diǎn)縮小待查溶槽邊界范圍，明確漏斗陡壁發(fā)育特征，于漏斗四壁小范圍內(nèi)對(duì)漏斗邊緣范圍開挖探槽、探坑，明確其范圍，查明其陡壁內(nèi)壁巖石均存在風(fēng)化，既陡壁兩側(cè)巖石強(qiáng)度有所降低。

2.1.2 巖溶漏洞陡壁的穩(wěn)定性分析

（1）漏斗陡壁進(jìn)行穩(wěn)定性定性分析：查清漏斗范圍內(nèi)確定其填充物為塊石土，本次勘察采用N63.5、N120原位測(cè)試[2]及鉆探取芯，確定其為稍密、級(jí)配差，堆積時(shí)間長(zhǎng)，并結(jié)合其特性得出其Es，結(jié)合不同深度的原位測(cè)試，得出其強(qiáng)度自上而下有所加強(qiáng)，其整體穩(wěn)定性較好，對(duì)漏斗陡壁存在一定的支撐作用。

于巖溶漏斗沿陡壁四側(cè)揭露巖層面進(jìn)行清理，開挖探槽，查明漏斗陡壁四周裂隙發(fā)育及分布情況（需做裂隙調(diào)查的范圍兩側(cè)取已查明陡壁深度的3倍），做好場(chǎng)地裂隙調(diào)查后對(duì)場(chǎng)地裂隙進(jìn)行分析，是否存在卸荷裂隙（卸荷裂隙：是由于自然地質(zhì)作用和人工開挖使巖體應(yīng)力釋放和調(diào)整而形成的裂隙。卸荷裂隙往往受重力、風(fēng)化及岸坡的物理地質(zhì)作用進(jìn)一步張開或位移），明確卸荷裂隙位置，及裂隙性質(zhì)特征，本次勘察巖溶漏斗深切割發(fā)育，陡壁深度大于80m，故本次勘察裂隙調(diào)查范圍沿N軸線至地下室基坑邊坡處，并結(jié)合場(chǎng)地地下室基坑開挖巖石斷面進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)查，明確場(chǎng)地內(nèi)無明顯卸荷裂隙發(fā)育。結(jié)合以上兩其漏斗陡壁自然狀態(tài)下趨于穩(wěn)定。

（2）漏斗陡壁進(jìn)行穩(wěn)定性定量分析：采用石芽地基或基巖穩(wěn)定性驗(yàn)算公式[5]：

式中：θ——外傾結(jié)構(gòu)滑動(dòng)面內(nèi)摩擦角，（°）；

α——外傾滑動(dòng)面傾角，（°）；

C——外傾結(jié)構(gòu)面的凝聚力，kPa；

L——滑動(dòng)巖體的滑動(dòng)面長(zhǎng)，m；

G——滑動(dòng)巖體自重（包括基礎(chǔ)自重）W與基礎(chǔ)頂面集中荷載P的合力，kN。

結(jié)合上式對(duì)巖溶漏斗陡壁采用上述公式驗(yàn)算，其陡壁穩(wěn)定，故建議采用梁板跨越。

2.1.3 深切割巖溶漏斗勘察要點(diǎn)

（1）于漏斗邊緣外找出梁板跨越支點(diǎn)，為正確提供可靠地支點(diǎn)位置避開漏斗邊壁采用巖溶漏陡壁兩側(cè)巖質(zhì)邊坡進(jìn)行塌滑區(qū)域范圍估算，按照公式[6]：

式中：L——邊坡坡頂塌滑區(qū)邊緣至坡底邊緣的水平投影距離，m；

H——邊坡高度，m；

θ——巖質(zhì)邊坡的破裂角，（°），破裂角按

跨梁支點(diǎn)選擇按照上述公式計(jì)算后選擇支點(diǎn)距離邊壁范圍（孔樁外側(cè)計(jì)）不小于L。

（2）場(chǎng)地巖溶漏斗勘察應(yīng)進(jìn)行鉆孔聲波測(cè)試及巖塊樣的剪切、抗壓常規(guī)實(shí)驗(yàn)，提供必要的實(shí)驗(yàn)數(shù)理依據(jù)。

2.1.4 深切割巖溶漏斗處置措施

結(jié)合上述針對(duì)場(chǎng)地巖溶漏斗勘察要點(diǎn)及實(shí)施步驟為設(shè)計(jì)單位提供了合理依據(jù)，結(jié)合場(chǎng)地實(shí)際情況及施工應(yīng)用，考慮到跨越該巖溶漏斗跨梁較大、較長(zhǎng)無相關(guān)經(jīng)驗(yàn)參考故建議該區(qū)域調(diào)整，減小單柱軸力，最大程度上利用該區(qū)域位置。

2.2 深層巖溶發(fā)育半填充型溶洞勘察

2.2.1 查清巖溶邊界范圍

（1）于巖溶漏斗區(qū)域樁柱位置布設(shè)勘探孔，查明溶洞分布情況。

（2）結(jié)合樁柱位置鉆探資料明確溶洞頂板厚度7.00～25.00m不等，溶洞范圍約26.00m，結(jié)合場(chǎng)地情況于溶洞頂板較薄弱7.00m厚度區(qū)域?qū)θ芏错敯暹M(jìn)行揭穿處理，于揭穿位置進(jìn)入溶洞內(nèi)進(jìn)行溶洞勘測(cè)：

①實(shí)測(cè)溶洞內(nèi)空洞范圍為29.00m×11.00m，結(jié)合底層平面圖繪制大比例溶洞范圍平面展布圖，溶洞呈不規(guī)則橢圓形，明確其溶洞發(fā)育影響區(qū)域?yàn)槿齻€(gè)孔樁位置。

②于溶洞內(nèi)實(shí)測(cè)溶洞頂板上節(jié)理分布情況及實(shí)測(cè)產(chǎn)狀，繪制大比例溶洞頂板裂隙分布圖，做好溶洞周邊出露巖面裂隙調(diào)查，結(jié)合頂板裂隙分布，繪制節(jié)理玫瑰圖。

③確定洞內(nèi)垮塌體為頂板脫落堆積，表層有膠結(jié)，調(diào)查洞壁、頂板巖石均有風(fēng)化，多因地表水溶蝕風(fēng)化后表層存在黃色泥化物覆蓋層，厚度約5mm，拍取、拍攝洞內(nèi)影像資料。

（3）于實(shí)測(cè)溶洞發(fā)育區(qū)域沿軸線外沿從大間距到小間距增設(shè)勘探孔，勘探孔深度揭穿溶洞進(jìn)入完整巖石深度不小于5.00m，其目的在于查明擬建場(chǎng)地內(nèi)溶洞發(fā)育分布情況，查明該溶洞發(fā)育深度7.10～60.80m不等，明確邊界范圍及確定溶洞頂板厚度7.10～25.50m不等，填充物為頂板塌落堆積塊石土，表面有膠結(jié)，本次勘察采用N63.5、N120原位測(cè)試[2]及鉆探取芯，確定其為稍密、級(jí)配差，堆積時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)合不同深度的原位測(cè)試，得出其強(qiáng)度，其整體穩(wěn)定性較好。

（4）以實(shí)測(cè)溶洞范圍校核工程地質(zhì)剖面圖，明確溶洞邊界范圍，明確三個(gè)孔樁位置地質(zhì)情況。

2.2.2 溶洞頂板進(jìn)行穩(wěn)定性分析

場(chǎng)地內(nèi)巖體呈中厚層狀產(chǎn)出，根據(jù)該區(qū)域巖溶發(fā)育的情況，按極限平衡條件的公式對(duì)溶洞頂板穩(wěn)定性公式[7]進(jìn)行驗(yàn)算:

式中：T——溶洞頂板的總抗剪力，kN；

L——溶洞平面周長(zhǎng)，m，由于2#沖孔樁采用溶洞底板為持力層現(xiàn)未澆筑，澆筑后可用。詳見溶洞平面布置圖，溶洞范圍以2#沖孔樁中點(diǎn)至3#沖孔樁所處位置的實(shí)測(cè)范圍；

S——巖體計(jì)算抗剪強(qiáng)度（取較破碎泥質(zhì)灰?guī)r飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的1/12）；

H——頂板巖層抗沖切厚度，m；

P——頂板所受總荷載，kN/m，為頂板厚度H的巖體自重、頂板上覆土體自重和頂板上附加荷載之和，按下式[7]計(jì)算：

式中：γ1——土層重度；

γ2——石灰?guī)r重度；

γ3——巖溶發(fā)育帶重度

H1——土層平均厚度，m；

H2——巖溶發(fā)育帶平均厚度，m；

H3——溶洞頂板較完整巖石平均厚度，m；

P1——柱位軸力；

P2——基礎(chǔ)自重；

A——溶洞頂板面積，m2。

按照極限平衡條件的公式對(duì)溶洞頂板穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算時(shí)應(yīng)結(jié)合溶洞頂板裂隙分布來確定其溶洞平面周長(zhǎng)L（m）；結(jié)合場(chǎng)地內(nèi)溶洞頂板裂隙分布計(jì)算出其頂板厚度后，確定其溶洞頂板不可用。

2.2.3 深切割巖溶漏斗處置措施

（1）建議兩個(gè)樁柱位置采用揭穿處理，基礎(chǔ)形式采用嵌巖端承樁，樁身穿過溶洞填充物后置于溶洞底板中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r層。

（2）結(jié)合溶洞發(fā)育特征采用梁板跨越，避開溶洞頂板根據(jù)溶洞邊界明確跨梁支點(diǎn)位置，并查明支點(diǎn)處地質(zhì)資料。

3 結(jié)論

實(shí)踐表明，勘察以直觀鉆探并結(jié)合各種勘察手段，有序地對(duì)強(qiáng)巖溶發(fā)育場(chǎng)地進(jìn)行勘察，實(shí)施步驟中，調(diào)整完善勘察方案，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題過程中即可有效提高勘察水平，提交完整、合理的勘察成果；通過對(duì)強(qiáng)巖溶場(chǎng)地的勘察，可更經(jīng)濟(jì)、合理加快施工進(jìn)度，并合理利用強(qiáng)巖溶發(fā)育場(chǎng)地取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。