基于巖溶發(fā)育區(qū)域地基勘察及評價探討

蔣向東

（貴州省有色和核工業(yè)地質(zhì)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(wěn)定性和適宜性，為提供設(shè)計和施工所需要的地質(zhì)資料。

巖溶作為一種自然地質(zhì)作用和不良地質(zhì)現(xiàn)象，對建筑條件產(chǎn)生影響，因此，在巖溶場地進行工程地質(zhì)勘察時，應(yīng)注重研究各種巖溶現(xiàn)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(fā)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(fā)生季節(jié)性涌水，從而釀成的場地淹沒問題。

（4）地下水隨季節(jié)發(fā)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(chǎn)生不良影響問題。

（5）巖溶陡崖處于臨空狀態(tài)的溶蝕軟弱面或結(jié)構(gòu)體，可能發(fā)生崩塌、滑移，從而對坡下建筑場地造成的邊坡穩(wěn)定性問題。

2 巖溶地質(zhì)調(diào)查的對象

巖溶勘察工作必須加強場地基本地質(zhì)條件的研究和巖溶規(guī)律的分析，遵循先地表后地下、先面上后點上，做好巖溶地質(zhì)測繪與調(diào)查。進行巖溶地質(zhì)調(diào)查應(yīng)注意以下特點：

（1）巖溶地質(zhì)測繪與調(diào)查的范圍應(yīng)包括場地范圍周邊與場地巖溶發(fā)育有聯(lián)系和影響的相鄰地段。

（2）巖溶形態(tài)的調(diào)查，應(yīng)注意各類形態(tài)的分布位置、高程、規(guī)模、形狀、埋深、延伸方向、頂板形態(tài)、底部坡度、充填性狀及充填物性質(zhì)。

（3）巖溶與地層關(guān)系的調(diào)查，應(yīng)特別注意可溶巖與非可溶巖接觸地段的巖溶特征與發(fā)育程度。

（4）巖溶與地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系的調(diào)查，應(yīng)注意巖溶形態(tài)和發(fā)育程度與所在的地質(zhì)構(gòu)造部位、斷裂性質(zhì)等的關(guān)系。

（5）巖溶與地貌關(guān)系的調(diào)查，應(yīng)注意不同地貌單元和不同地貌部位上的巖溶形態(tài)、特征及發(fā)育強度的差異性。

（6）巖溶與水文地質(zhì)關(guān)系的調(diào)查，應(yīng)注意巖溶水點的類型、位置、標高、所在地層、水位動態(tài)、水力連通情況等。

（7）土洞、塌陷、洼地的調(diào)查，注意各種形態(tài)的位置、大小、深度、密度、所在巖性層位、地質(zhì)構(gòu)造部位、地形地貌環(huán)境與水文地質(zhì)條件外，還應(yīng)注意調(diào)查塌陷時間、擴大發(fā)展或停止發(fā)展的情況。

（8）在巖溶地質(zhì)調(diào)查的過程中，應(yīng)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(fā)育的總規(guī)律和總模式，找出共性中的特殊地段。

（9）在巖溶地質(zhì)調(diào)查的過程中，可以利用下列經(jīng)驗規(guī)律：a.在落水洞、漏斗呈帶狀分布的地段，其下可能有暗河發(fā)育。b.在四周高的封閉洼地內(nèi)，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(yīng)采取單一手段，而應(yīng)在工程地質(zhì)測繪與調(diào)查的基礎(chǔ)上，依據(jù)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(tài)和大小。針對上術(shù)問題就做到下面幾點。

3.1 勘探手段的選擇

根據(jù)勘察階段，場地巖溶發(fā)育的特征、建筑物的特征綜合確定。對工業(yè)與民用建筑，經(jīng)常采用一次性詳勘，應(yīng)做到如下幾點：

（1）在條件允許時，應(yīng)充分發(fā)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(jīng)驗證的物探成果直接作為地基設(shè)計與處理的依據(jù)。

（2）對于埋藏不深，對地基穩(wěn)定性有潛在威脅的淺層溶洞，在鉆探的基礎(chǔ)上，可選擇典型地段適當(dāng)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(fā)育的場地、重要的建筑物場地，在鉆探的基礎(chǔ)上應(yīng)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(xué)試驗或原位荷載試驗。

（4）為查明地下水的化學(xué)性質(zhì)、埋深、動態(tài)及水動力特征，應(yīng)在鉆探的基礎(chǔ)上，選擇典型孔位進行抽水試驗及取樣進行水質(zhì)分析試驗。

3.2 勘探點的平面布置原則

（1）應(yīng)沿基礎(chǔ)軸線和柱網(wǎng)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(chǔ)軸線和柱網(wǎng)位置太遠。

（2）應(yīng)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(yīng)加密勘探點；②在物探異常位置布置鉆孔，對于基礎(chǔ)下和近旁的典型物探異常點或基礎(chǔ)頂面荷載較大的單獨基礎(chǔ)，均應(yīng)布置驗證性鉆孔。③在有可能存在影響地基穩(wěn)定性的溶洞發(fā)育地段應(yīng)布置鉆孔，當(dāng)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(fā)育的地段和可溶巖與非可溶巖的接觸帶，應(yīng)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(yīng)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(dāng)基礎(chǔ)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(guī)定確定，當(dāng)具備形成土洞條件時，一般應(yīng)鉆至最低地下水位或基巖面。②當(dāng)基礎(chǔ)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(wěn)定性的溶洞，勘探孔應(yīng)深入完整基巖3m～5m或鉆穿溶洞底板深入完整基巖內(nèi)3m～5m。對重大基礎(chǔ)還應(yīng)根據(jù)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(wěn)定性計算的控制孔，其深度應(yīng)鉆入異常帶及穿過巖溶發(fā)育帶進入以下適當(dāng)深度，但一般不宜超過30M。④根據(jù)場地的巖溶地質(zhì)條件和工程需要，還應(yīng)進行連通試驗、現(xiàn)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(dāng)前尚處在經(jīng)驗判定和定性分析為主的階段，一般有如下經(jīng)驗。

4.1 不利建筑地段的評判條件

當(dāng)場地或地段存在下列情況之一時，一般可判定為工程地質(zhì)條件不良，或?qū)ㄖ焕牡囟巍?/p>

（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(guī)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(guī)模較大的淺層隱伏巖溶，并充填有軟弱土體或地面出現(xiàn)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(chǎn)生密集土洞塌陷的地段。

（5）巖溶通道排泄不暢通，或可能發(fā)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(tài)而有可能引起塌陷的地段。

4.2 可以不考慮巖溶穩(wěn)定性的情況

當(dāng)場地的地質(zhì)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(wěn)定性的不利影響：

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

（2）基礎(chǔ)底面至下部洞體間的巖土厚度，雖然小于3倍單獨基礎(chǔ)寬度或6倍條形基礎(chǔ)寬度，但具有下列有利邊界條件：①洞體為微風(fēng)化巖石，巖體質(zhì)量好，頂板巖石厚度大于或等于洞跨。②洞體規(guī)模小，基礎(chǔ)底面積大于洞的平面尺寸，并有足夠的支承長度。③基礎(chǔ)置于微風(fēng)化硬質(zhì)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(yīng)該考慮巖溶穩(wěn)定性的條件

當(dāng)?shù)鼗牡刭|(zhì)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(yīng)根據(jù)洞體大小、頂板形態(tài)、巖體結(jié)構(gòu)及強度、洞內(nèi)堆填及巖溶水活動情況等因素進行洞體穩(wěn)定性分析。視邊界條件和取得的參數(shù)，一般可從以下途徑進行分析或計算：①收集、調(diào)查已有建筑經(jīng)驗，通過地基地質(zhì)條件和上部建筑結(jié)構(gòu)特征的類比分析進行評價。②將洞體頂板視為結(jié)構(gòu)自承重體系進行力學(xué)分析，根據(jù)頂板形態(tài)、成拱條件、裂隙的分布切割情況，按梁、板受力情況進行穩(wěn)定性計算。③當(dāng)有條件取得有代表性的參數(shù)時，可進行有限單元數(shù)值分析。④根據(jù)已經(jīng)查明的地質(zhì)條件，對影響溶洞穩(wěn)定性的各種因素，并結(jié)合基底荷載情況，進行有利和不利的比較分析，作出穩(wěn)定性評價，如下表：

表1 巖層特征的不利條件分析

⑤當(dāng)判定頂板為不穩(wěn)定，但洞內(nèi)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(xué)指標按不均勻地基評價。

當(dāng)基礎(chǔ)臨近存在裂隙或臨空面時，應(yīng)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(wěn)定性的巖溶洞隙的處理評價經(jīng)驗

對于判定為對地基穩(wěn)定性有影響的巖溶洞隙，應(yīng)根據(jù)其分布位置、形體大小、埋藏深度、圍巖穩(wěn)定性和水文地質(zhì)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(wěn)定、風(fēng)化嚴重、節(jié)理裂隙發(fā)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(jié)構(gòu)跨越，并應(yīng)使跨越結(jié)構(gòu)有可靠的支承面。

對規(guī)模較大，難于采取一般的嵌塞和跨越處理結(jié)構(gòu)時，可采用洞底支撐或調(diào)整柱網(wǎng)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(shù)米、十?dāng)?shù)米或數(shù)倍、十?dāng)?shù)倍的現(xiàn)象。因此，當(dāng)基礎(chǔ)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(yīng)符合下列規(guī)定與評價要點：當(dāng)基底下3倍基礎(chǔ)寬度范圍內(nèi)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(wěn)定性。

當(dāng)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(wěn)定性。

當(dāng)樁、墩底面處基巖起伏較大時，應(yīng)清除不穩(wěn)定石芽及其間凹處的充填物,樁、墩嵌巖深度應(yīng)確保基底與巖體良好接觸。