溶洞、土洞對地基的影響及其處理方法探討

張仕建

（福建省華榮建設集團有限公司， 福建 福州 350000）

隨著我國經(jīng)濟水平的發(fā)展和進步，巖溶地區(qū)也成為了我國建筑開發(fā)的主要位置，而一旦巖溶地區(qū)存在溶洞或者土洞，那么就會出現(xiàn)地基沉陷或者不均勻的沉降，這一問題對于巖溶地區(qū)的穩(wěn)定性以及整體建筑施工水平都是一種較為嚴重的影響，因此巖溶地區(qū)的地基處理就成為了我國建筑行業(yè)的重點以及難點。目前來說，我國對于巖溶地區(qū)的地基處理方面缺乏一些比較系統(tǒng)化的理論對施工方法進行指導與建議，更多的是對當下實際工程施工過程中的巖溶地基進行分析評價。因此未來如何才能夠更好的處理溶洞與土洞，就成為了巖溶地區(qū)地基施工的關鍵問題。

1 溶洞、土洞對地基穩(wěn)定性的影響

溶洞和土洞都屬于地質(zhì)變化過程中逐漸形成的地質(zhì)環(huán)境之一，溶洞可以分為無充填、半充填、全充填幾種，至于土洞大多數(shù)都是無充填。巖溶地區(qū)，這些無充填類型的溶洞和土洞將會導致地基承載力下降，導致地基出現(xiàn)沉降與變形，從而導致地面塌陷，進而也就影響了建筑地基的整體穩(wěn)定性[1][2]。

1.1 溶洞

溶洞穩(wěn)定性很多時候需要多項因素進行支撐，當下現(xiàn)有的勘察手段對于溶洞的特征來說依舊缺乏針對性的勘察手段。目前來說對于溶洞的勘察主要來自于經(jīng)驗，比如說使用結構力學對溶洞的受力特征進行分析。但是這種方法的弊端就在于溶洞邊界并不明確，因此得出的計算結果一般來說并不準確。

在巖溶地區(qū)，溶洞的主要構成就是灰?guī)r、白云巖，這兩種巖石都屬于硬質(zhì)巖石，如果巖石整體比較完整，并且基礎地基尺寸比溶洞平面尺寸更大或者擁有足夠的支撐長度、頂板巖石厚度大于溶洞跨度，如果有以上幾種情況，那么就可以不考慮溶洞對于地基造成的影響。除此之外，如果土層的厚度比獨立基礎寬度高出三倍或者比條形基礎寬度高出六倍，同時并不會形成土洞，那么就可以不考慮溶洞對于地基造成的影響。而如果不滿足以上的要求，那么就需要開展專門洞體穩(wěn)定性分析，從而提升溶洞穩(wěn)定性。本文主要以龍巖市勘察場作為案例進行研究，在這一勘察場當中，具體來說的溶洞土層結構主要有雜填土、耕土、卵石、粉質(zhì)粘土、紅粘土、含角砂粉質(zhì)粘土、含卵石粉性土、中風化灰?guī)r、破碎灰?guī)r。對于不同的土層需要計算土層的抗壓性以及抗擊打性，計算相關能力。

1.2 土洞

一般來說土洞出現(xiàn)出現(xiàn)在巖溶地區(qū)覆蓋層或者是覆蓋層與巖石接觸的位置，經(jīng)過巖溶通道以及巖溶水動力的影響，土洞也就會隨之出現(xiàn)。土洞出現(xiàn)之后，生長的主要原因就是在巖溶水作用下導致土壤流失。隨著土洞大小逐漸擴大，土洞上部的自重就會逐漸大過剪切力，進而導致洞體塌陷。和溶洞進行比較之后發(fā)現(xiàn)，土洞對于地基的穩(wěn)定性造成更大：首先就是土洞很多時候都處于較為松散的巖層當中，因此非常容易出現(xiàn)頂板塌陷。其次則是土洞一般都會承受建筑物地基的壓力而出現(xiàn)，因此容易導致地基塌陷。再次則是土洞不會單個出現(xiàn)，一般來說都是成群出現(xiàn)，尤其是溶蝕發(fā)育的過程中。最后則是隨著巖溶水活動逐漸頻繁，土洞也將會迅速的進行生長，尤其是一些人工的抽水工作會導致這一現(xiàn)象迅速加快，進而危及建筑物。而在本文研究的過程中，選擇的案例龍巖市勘察場當中，土洞的充填物主要為角砂、粘土，呈現(xiàn)出了流塑狀，鉆進時大部分鉆孔孔內(nèi)有漏水現(xiàn)象，鉆進尺較快，孔壁不穩(wěn)定，極易塌孔，局部出現(xiàn)鉆桿自沉現(xiàn)象。

2 常用地基處理原則

處理巖溶地基的過程中，首先需要分析巖溶形態(tài)當下的實際狀態(tài)以及工程使用過程中的具體要求進行分析，同時還需要讓安全與經(jīng)濟進行結合，從而更好的進行處理。對于地層當中的溶洞來說，是否處理則是需要分析是否對上層建筑物造成了負面的影響，這方面的分析具體來說分為兩大部分。首先是溶洞與建筑物之間的覆蓋層厚度數(shù)值，只有達到了一定的厚度之后才能夠說建筑物此時處于安全范圍。其次則是溶洞的狀態(tài)是否穩(wěn)定，也就是未來建筑物使用的時間中，溶洞隨著地下水的沖刷以及侵蝕，是否會導致溶洞進一步的發(fā)展與擴大。而實際處理的過程中，地層當中溶洞的深度、高度、橫向范圍都有著不同的數(shù)值，因此對于上層建筑以及地基造成的影響也各不相同。因此為了更好的處理溶洞與土洞，首先就需要使用不同的處理方法進行控制。原則上來說，對于地層當中的溶洞，主要處理方法就是將溶洞填充，保證溶洞與周圍的土質(zhì)能夠處于緊密狀態(tài)。同時這一工作還有兩方面的關鍵意義和作用。一方面就是溶洞在填充緊密之后，周圍地基與溶洞將會成為一個較為完整的個體，從而保證樁基或者復合地基能夠按照常規(guī)設計方案來執(zhí)行施工。除此之外，溶洞填充密實之后，地下水的流動也能夠被充分的阻斷，這種方式就可以更好的避免溶洞在地下水沖刷下不斷的擴大與發(fā)展。一般來說用于溶洞填充的材料和介質(zhì)可以選擇黏性土或者砂性土，對于土壤的密實度和強度也沒有非常嚴格的要求。主要的原因就是對溶洞的填充處理主要目的在于能夠更好的避免地質(zhì)非均勻狀態(tài)帶來的影響以及作用。相反如果填充材料的密度過大或者強度過大，很多時候就會造成一種非均質(zhì)情況。因此在對溶洞填充加固之后，填充密實度以及強度需要盡量與溶洞保持一致即可。

3 常用地基處理方法

對于巖溶地區(qū)來說，土洞和溶洞是非常常見的地質(zhì)狀態(tài)，對于這兩者的處理方法也比較多樣化，其中具體來說包括避讓、填埋、灌漿、夯實、梁板跨越、樁基等等方式?？梢哉f對巖溶地區(qū)的地基處理主要的依據(jù)就是因地制宜，根據(jù)地理位置的實際情況來選擇更合適的方法。溶洞和土洞對于建筑物自身的穩(wěn)定性影響非常大，如果無法妥善的處理，那么建筑物的安全使用將會受到影響，甚至會出現(xiàn)建筑物坍塌等等情況。對于巖溶地區(qū)的地基來說，想要進行正確的處理，主要的方式就是在正確的基礎上來進行。如果建筑場地和地基經(jīng)過了工程地質(zhì)的評價，屬于不穩(wěn)定的巖溶地基類型，那么就需要進行認真的處理與對待。

在巖溶地區(qū)，滿足了條件之后的溶洞可以不進行分析，比如說前文體積的土層厚度大于三倍基礎底面寬度或者大于條形基礎底面寬度六倍。如果溶洞的頂板數(shù)據(jù)與相關內(nèi)容經(jīng)過計算之后發(fā)現(xiàn)不符合要求，那么就需要根據(jù)溶洞的相關數(shù)據(jù)來進行分析，從而掌握洞體的穩(wěn)定性。比如說地質(zhì)條件滿足以下內(nèi)容，那么就可以不考慮溶洞對地基穩(wěn)定性帶來的影響，比如說溶洞被密實的沉積物塞滿，并且承載力達標，不會被地下水沖走。亦或者是洞體頂板厚度要接近或者大于洞跨等等，這些條件下就可以不考慮溶洞對于地基穩(wěn)定性地帶來的負面影響。

而如果在不穩(wěn)定的地區(qū)進行施工，那么就需要對溶洞的實際位置、大小、深度、穩(wěn)定性、水文地質(zhì)條件等等內(nèi)容來進行分析，并且采取相關的措施和方法來提升穩(wěn)定性。首先對于一些洞口比較小的溶洞，最合適的方法就是首先進行鑲補、嵌塞，使用塊石、碎石、粘土等等方式來進行填充、壓實，同時也可以使用鋼筋混凝土進行梁板跨越處理。其次則是對于一些洞口比較大的溶洞，主要的處理方式就是使用梁板拱進行結構上的跨越。而這種方式需要具有一個非?？煽康闹蚊?，也可以使用漿砌塊石等等堵塞措施進行處理。對于一些圍巖不穩(wěn)定，并且出現(xiàn)了風化與破裂的巖體來說，可以使用灌漿加固的方法或者填塞等等措施，也就是清除覆土、爆開頂板、挖去軟土，使用塊石或者毛石來進行填充。最后則是對于規(guī)模比較大的溶洞來說，可以進行洞底支撐或者調(diào)整柱間距的方式進行處理。為了更好的增加頂板巖體的穩(wěn)定性，可以使用合適的方式進行支撐，比如說拱、鋼筋混凝土等等。需要注意的是，如果選擇了這種方法，需要檢查洞底的整體穩(wěn)定性水平[3][4]。在龍巖市勘察場案例施工的過程中，選擇了注漿處理施工方式，具體來說這種施工方法的施工流程為首先需要引孔，這一過程中需要使用鉆機在注漿孔位置進行鉆孔，鉆孔口徑為110毫米，鉆孔深度則是需要進行記錄，與勘察報告對比之后再決定。引孔需要到達土洞底部下方0.8米，或者是達到灰?guī)r下方300毫米左右。在引孔的過程中需要注意記錄土層的標高情況，同時繪制對應的鉆孔樁狀圖。需要注意的是，懸空順序需要根據(jù)勘探點開始，隨后沿著四周進行，如果發(fā)現(xiàn)最外一排孔洞周圍依舊有溶洞，需要繼續(xù)向外擴孔，直到?jīng)]有溶洞為止。其次則是需要安放注漿管，在鉆孔結束之后需要下兩根DN20焊接管，分別作為一次注漿管與二次注漿管。其中一次注漿管需要下放到洞底500mm左右，二次注漿管則是需要下放到洞頂500mm左右。第三步驟為孔口封堵，在下管結束之后，需要使用石塊、砂石塞填洞口，同時使用漿液封堵，要求封閉段大于1.0m以上。

對于土洞來說，在前文中已經(jīng)分析了土洞的形成原因以及形成條件，可以說土洞受到了巖石性質(zhì)、巖溶水、水流等等方面的控制和限制。如果土洞或者地表坍塌，那么在深層勢必會出現(xiàn)巖溶水通道。土洞對于建筑物地基的整體穩(wěn)定性影響遠遠大于溶洞，而出現(xiàn)這種情況的原因是就是土洞要遠遠比溶洞更淺。也就是土洞處于建筑物地基壓縮范圍之內(nèi)，有的土洞甚至處于受力范圍之內(nèi)。除了深度之外，土洞頂板強度比較低，上層土抗壓強度要低于基層巖石強度，一旦土洞大小成長到了一定階段，那么很多時候都會由于頂板的承壓能力較低而出現(xiàn)塌陷。同時土洞的分布密度比較大，在很多地區(qū)都呈現(xiàn)密集分布。最后則是土洞的發(fā)育速度比較快，受到流水的影響，土層被侵蝕的速度要遠遠超過巖石。因此，在這樣的狀態(tài)下，土洞將會造成更加嚴重的影響。而一般來說對于土洞的處理主要分為以下幾方面：首先就是處理地表水以及地下水。在建筑整體范圍之內(nèi)，需要做好對于地表水的攔截、防滲等等工作，如果情況允許，可以進行截留、改道等等方式來避免土洞繼續(xù)發(fā)展。其次則是進行挖填處理，這種方法一般來說出現(xiàn)在淺層土洞的處理過程中，主要的方式就是挖除軟土，使用塊石或者混凝土進行回填。對于地下水形成的土洞以及塌陷，可以將軟土之后的塊石作為反濾層，從而進行夯實。有些土洞如果挖除工作量實在過大，那么可以使用強夯法來夯塌土洞，隨后使用碎石來逐漸回填并且逐層夯實。[5]

4 結束語

巖溶地區(qū)地基受到溶洞與土洞的影響，基面受到的影響比較大，尤其是對于地基的處理來說，經(jīng)常難以控制。未來規(guī)劃工程場地的過程中，需要盡量避開巖溶地區(qū)，無法避讓的情況下則是需要使用合適的方式來提升巖溶地區(qū)地基水平。本文主要針對于實際情況進行分析，希望能夠幫助我國工程建設方面的工作水平實現(xiàn)進一步的提升與進步。