淺析巖土工程中白堊系鈣質(zhì)砂礫、礫巖溶蝕問題

摘?要：實(shí)證舉例鈣質(zhì)砂礫、礫巖中的溶蝕問題，敘述其造成的工程延誤情況和處理方式，分析論證該地層溶蝕產(chǎn)生的機(jī)理與條件，并最后歸納了常用的處理方法，為以后鈣質(zhì)砂礫、礫巖地層的溶蝕問題提供了一定的指導(dǎo)處理意見。

關(guān)鍵詞：鈣質(zhì)砂礫；空洞；溶蝕

隨著我國20多年來基礎(chǔ)建設(shè)的蓬勃發(fā)展，各種工程問題越來越多，尤其是某些地質(zhì)類問題實(shí)例越來越多，所造成的經(jīng)濟(jì)影響越來越大。在高速發(fā)展的今天，我們工程建設(shè)對(duì)于工期、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量等方面的要求越來越高，工期要求短、經(jīng)濟(jì)要求實(shí)惠、質(zhì)量要求高標(biāo)準(zhǔn)等，而對(duì)于下伏地質(zhì)條件因素引發(fā)的工期延誤、造價(jià)提升、質(zhì)量檢測(cè)、紀(jì)檢等問題容納度越來越低，要求也越發(fā)嚴(yán)苛。本文僅對(duì)工程問題中白堊系鈣質(zhì)砂礫、礫巖的溶蝕問題進(jìn)行淺析，試舉工作過程中的實(shí)例進(jìn)行初步的歸納與分析。

1?鈣質(zhì)砂礫、礫巖溶蝕現(xiàn)象對(duì)工程建設(shè)的影響

1.1?鈣質(zhì)砂礫、礫巖的溶蝕現(xiàn)象（如圖1所示）

紅層（泛指中生代以來即三疊系、侏羅系、白堊系和新生代古近系）主要巖性為泥巖、粉砂巖、砂巖（未細(xì)化泥質(zhì)粉砂巖、砂礫巖、砂巖等巖性命名），工程建設(shè)過程中，往往忽視了紅層中白堊系鈣質(zhì)砂礫巖、礫巖的溶蝕問題，在紅色砂礫巖層中有不少石灰?guī)r礫石和碳酸鈣膠結(jié)物，碳酸鈣被水溶解后常形成一些溶溝、石芽和溶洞，或者形成薄層的鈣化沉積，甚至發(fā)育石鐘乳，沿節(jié)理交匯處還發(fā)育漏斗。

1.2?空洞、溶蝕裂隙引發(fā)的工程問題（如圖2所示）

空洞或溶蝕裂隙隨著地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的抬升與下降，給工程過程造成多種建設(shè)施工問題。尤其是樁基礎(chǔ)施工過程中，鈣質(zhì)砂礫、礫巖中存在溶蝕裂隙、空洞等因溶蝕現(xiàn)象形成的不利埋藏物，從而造成樁基施工過程中的垮孔、樁基的掉落、地面形成塌陷等工程事故，進(jìn)而造成工程停滯、專家論證、設(shè)計(jì)變更、工期延誤、造價(jià)提高等一系列工程問題，大大延緩了工程的進(jìn)度與質(zhì)量。

2?實(shí)例1（某四星級(jí)酒店工程）

2.1?地質(zhì)構(gòu)造

2013年某市某縣某四星級(jí)酒店進(jìn)行巖土工程勘察，場(chǎng)地本場(chǎng)地在區(qū)域構(gòu)造上位于萍（鄉(xiāng)）～樂（平）凹陷帶西端，袁水向斜西部北翼。

2.2?水文地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地系贛江水系袁水河西側(cè)，距袁水約2km，位于江西省蘆溪縣坪里村境內(nèi)。境內(nèi)有一水渠從場(chǎng)地東面自北向南流過，水位遠(yuǎn)低于場(chǎng)地。擬建場(chǎng)地范圍內(nèi)地下水主要為孔隙潛水及裂隙水。

2.3?地質(zhì)分層

根據(jù)勘察鉆孔揭露地層巖性分布特征、成因類型、組合特征、物理、力學(xué)性質(zhì)，場(chǎng)地可劃分5個(gè)巖土工程分層：雜填土（Qml）、第四系沖洪積層礫砂（Qal）、第四系殘積層粉質(zhì)黏土（Qel）、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（K2n）、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖夾砂礫巖（K2n）。

2.4?剪切波速測(cè)試

進(jìn)行了剪切波測(cè)試工作，采用單孔測(cè)試法進(jìn)行地震波速度測(cè)試，在3個(gè)勘探孔進(jìn)行了測(cè)試。

測(cè)試結(jié)果：本建筑場(chǎng)地為Ⅱ類場(chǎng)地。下伏基巖為泥質(zhì)粉砂巖夾砂礫巖，中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖夾砂礫巖的剪切波速在610～860m/s之間，速度變化較大，風(fēng)化程度不均勻，局部含泥質(zhì)成分較重。

2.5?場(chǎng)地地質(zhì)情況

場(chǎng)地水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，萍鄉(xiāng)地區(qū)地震烈度小于6度。場(chǎng)地穩(wěn)定性為較差、適宜性為較差。地下水對(duì)建設(shè)工程建筑材料呈微腐蝕性?？拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防。

報(bào)告中指出：場(chǎng)地內(nèi)下伏白堊系上統(tǒng)南雄組泥質(zhì)粉砂巖夾砂礫巖，屬弱可溶性巖類，泥質(zhì)粉砂巖與砂礫巖互層，場(chǎng)地南西角存在空洞，洞高5.4～6.2m，走向近東西，存在地面塌陷的可能性。

2.6?基礎(chǔ)方案

根據(jù)勘察資料，結(jié)合建筑物所處場(chǎng)地具體位置、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)標(biāo)高，考慮到建設(shè)工程的安全、經(jīng)濟(jì)、實(shí)效等要求：地下室基坑開挖深度4.00m，開挖后擬建場(chǎng)地大部出露礫砂層。擬建建筑物宜采用沖擊成孔灌注樁，以中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂夾砂礫巖巖層做基礎(chǔ)持力層；也可采用筏板基礎(chǔ)，以礫砂、粉質(zhì)黏土作為基礎(chǔ)持力層。

2.7?工況描述（如圖3所示）

勘察鉆孔間距以22.6～24m間距布置，僅1個(gè)鉆孔揭露空洞，提出進(jìn)行施工勘察補(bǔ)勘，進(jìn)一步查明空洞范圍，被甲方以工期緊任務(wù)重，予以否決。

設(shè)計(jì)依據(jù)勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但對(duì)于場(chǎng)地內(nèi)空洞未給予高度重視，僅按照以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行指導(dǎo)設(shè)計(jì)；施工方對(duì)南西角的空洞預(yù)計(jì)不足。施工過程中，空洞區(qū)域進(jìn)行機(jī)械旋挖樁施工，施工鉆探至11.5m時(shí)掉鉆至15.54m，周邊地面開始下沉，10分鐘內(nèi)下沉明顯，2小時(shí)候后地面圍繞樁基鉆孔，形成了半徑約15m的塌陷區(qū)域，最大下沉量約1.5m。

2.8?解決方案

情況發(fā)生后工程停待，甲方邀請(qǐng)五方責(zé)任主體進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析與論證會(huì)議，現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議決定：因場(chǎng)地地質(zhì)條件復(fù)雜，需另行召開專家專項(xiàng)論證會(huì)議，因此上報(bào)上級(jí)主管部門約請(qǐng)專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)專家論證，于事件發(fā)生22天后召開了專家論證會(huì)，會(huì)后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件的復(fù)雜性給予肯定；并提出進(jìn)行施工勘察，進(jìn)一步查明空洞范圍；空洞的樁基施工參照灰?guī)r巖溶地區(qū)施工工藝進(jìn)行施工，對(duì)超量的砼方量進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)三方簽證并保留影響資料。

3?實(shí)例舉證2（某黨風(fēng)廉政教育基地食堂）

3.1?地質(zhì)構(gòu)造

2015年某市某區(qū)黨風(fēng)廉政教育基地食堂進(jìn)行巖土工程勘察，本場(chǎng)地在區(qū)域構(gòu)造上位于萍（鄉(xiāng)）～樂（平）凹陷帶西端，第四系以下隱伏基巖為白堊系上統(tǒng)南雄組（K2n）巖層。

3.2?水文地質(zhì)條件

擬建場(chǎng)地系贛江水系萍水河支流白源河北西側(cè)，距白源河約1km，位于萍鄉(xiāng)市安源區(qū)流萬村境內(nèi)。場(chǎng)地原為低丘崗埠，地勢(shì)較高，地下水位遠(yuǎn)低于場(chǎng)地。故擬建區(qū)遭受洪澇災(zāi)害的可能性小。場(chǎng)地范圍內(nèi)地下水主要為孔隙潛水及裂隙水，與上部孔隙水產(chǎn)生水力聯(lián)系，場(chǎng)地地下水位埋深較深，大部鉆孔未揭露到地下水。

3.3?地質(zhì)分層

根據(jù)勘察鉆孔揭露地層巖性分布特征、成因類型、組合特征、物理、力學(xué)性質(zhì)，場(chǎng)地可劃分6個(gè)巖土工程分層：雜填土（Qml）、第四系沖洪積層礫砂（Qal）、第四系殘積層粉質(zhì)黏土（Qel）、第四系殘積層角礫（Qel）、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖（K2n）、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖夾砂礫巖（K2n）。

3.4?場(chǎng)地地質(zhì)條件及周邊情況

場(chǎng)地內(nèi)地層種類較多，分布不均勻，且軟硬不均，厚度變化較大，但區(qū)域地質(zhì)條件較好；工程重要性為三級(jí)、場(chǎng)地等級(jí)二級(jí)、地基等級(jí)二級(jí)；場(chǎng)地水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，萍鄉(xiāng)地區(qū)地震烈度小于6度。場(chǎng)地穩(wěn)定性為較差、適宜性為較適宜。勘察期間未發(fā)現(xiàn)埋藏的河道、溝溪、墓穴、空洞、孤石等對(duì)工程不利的埋藏物。場(chǎng)地內(nèi)土、地下水對(duì)建設(shè)工程建筑材料呈微腐蝕性?？拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防。

擬建場(chǎng)地北側(cè)緊鄰建設(shè)東路，西側(cè)緊鄰市政規(guī)劃路（建設(shè)中），南側(cè)約20m處為滬昆鐵路聯(lián)絡(luò)甲線，其余周邊為林地、荒地。

3.5?基礎(chǔ)類型

根據(jù)勘察資料，食堂采用機(jī)械旋挖樁基礎(chǔ)，以角礫、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖夾砂礫巖巖層做基礎(chǔ)持力層。建議基礎(chǔ)設(shè)置在同一個(gè)地層，若采用不同的地層，則需注意不同地層的沉降均勻性。

3.6?工況描述

食堂勘察鉆孔的布置間距為12.6～24m間距，勘察報(bào)告中未發(fā)現(xiàn)存在溶蝕裂隙與空洞，場(chǎng)地采用機(jī)械旋挖樁進(jìn)行作業(yè)，2016年3月25日進(jìn)行到樁號(hào)27號(hào)樁時(shí)，樁成孔正常，無垮孔現(xiàn)象，鋼筋籠正常下放后澆筑混凝土，此時(shí)施工及監(jiān)理人員發(fā)現(xiàn)該樁孔混凝土在逐漸流失。發(fā)現(xiàn)該情況后，現(xiàn)場(chǎng)施工人員、監(jiān)理、甲方發(fā)表、設(shè)計(jì)人員商議后，繼續(xù)澆筑混凝土，直至澆筑混凝土超200立方米仍未澆滿后停止，場(chǎng)地內(nèi)樁基施工隊(duì)伍停滯，等待進(jìn)一步指示。

3.7?解決方案

4月2日召開工地會(huì)議，五方責(zé)任主體到場(chǎng)，會(huì)議初步認(rèn)定為溶蝕裂隙或者下埋管道，須待施工勘察和管線收集后進(jìn)一步確認(rèn)。

4月3日—11日緊急進(jìn)行施工勘察，施工勘察過程中27號(hào)樁南東側(cè)3個(gè)鉆孔揭露0.8～1.3m左右混凝土塊，證實(shí)場(chǎng)地泥質(zhì)粉砂巖夾砂礫巖存在溶蝕裂隙。調(diào)查了周邊情況并進(jìn)行了管線收集，排除了地下存在管線的可能性。

設(shè)計(jì)依據(jù)施工勘察資料，在場(chǎng)地內(nèi)存在溶蝕裂隙或空洞的地質(zhì)情況下，調(diào)整了施工工藝，調(diào)配了鋼護(hù)筒，在可能出現(xiàn)漏漿的樁孔配置鋼護(hù)筒，以保證樁基施工的可行性。后期僅少量樁使用了鋼護(hù)筒，確保了樁基施工的質(zhì)量與進(jìn)度。

4?溶蝕機(jī)理分析

據(jù)以上實(shí)例分析，空洞發(fā)育地層均為鈣質(zhì)砂礫、礫巖中，不排除其他巖層也存在溶蝕的可能性。

4.1?含鈣質(zhì)地層

溶蝕現(xiàn)象發(fā)生在含鈣質(zhì)地層中，包括鈣質(zhì)膠結(jié)或者砂礫原巖成分為灰?guī)r的區(qū)域。只有存在碳酸鈣的地層區(qū)域才具備溶蝕的可能。

4.2?水力侵蝕

溶蝕現(xiàn)象發(fā)生地層為正處于地下水流動(dòng)或曾經(jīng)處于流動(dòng)水體侵蝕中，與水體曾產(chǎn)生過密切的水力聯(lián)系。場(chǎng)地區(qū)域均距離現(xiàn)有地表河流不遠(yuǎn)，且均存在過沖洪積地層，說明該區(qū)域曾經(jīng)受過流水沖刷。因此，水力侵蝕是形成空洞必不可少的因素之一。

4.3?地殼運(yùn)動(dòng)

發(fā)現(xiàn)的砂礫、礫巖的溶蝕現(xiàn)象有很多種。其中地表侵蝕可見于丹霞地貌內(nèi)，有流水侵蝕、風(fēng)侵蝕等多種形成機(jī)理，地下侵蝕常因地下水侵蝕基準(zhǔn)面的變化形成溶蝕裂隙和空洞。不論以上那種方式形成，實(shí)例內(nèi)揭露的空洞和裂隙一定經(jīng)過了地殼的下降（該空洞位于地下水位以下）。

5?方法與措施

5.1?常用方法

（1）采用沖擊成孔灌注樁，沖擊成孔到至溶洞區(qū)域，回填片石和黏土，并使用沖錘反復(fù)沖擊，使片石和黏土充填整個(gè)溶洞，從而擠密整個(gè)溶洞，形成完整的成樁地層條件。缺點(diǎn)是時(shí)間長(zhǎng)、溶洞上部地層易垮塌、溶洞若存在聯(lián)通通道不易擠密等。

（2）采用鋼護(hù)筒護(hù)壁，對(duì)大型不易垮塌的空洞。

（3）灌注水泥漿或者其他填充物的方法處理溶蝕裂隙或者小型的空洞。

5.2?規(guī)范論述方法

對(duì)較小的溶洞裂隙，可采用鑲補(bǔ)、嵌塞與跨越等方式處理；對(duì)較大的巖溶洞隙，可采用梁、板和拱等結(jié)構(gòu)跨越，也可采用漿砌塊石等堵塞措施以及洞底支撐或調(diào)整柱距等方法處理?？缭浇Y(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置可靠的支撐面。

結(jié)語

工程過程中遇到的地質(zhì)問題，常常是不可預(yù)估的，也常常是超出預(yù)算的復(fù)雜問題。對(duì)曾發(fā)生過的地質(zhì)問題進(jìn)行歸納總結(jié)，建立應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)對(duì)預(yù)防措施，是今后每一個(gè)單位部門做大做強(qiáng)的基石。若以上兩個(gè)實(shí)例中，建設(shè)主體中有砂礫、礫巖溶蝕裂隙和空洞的處理經(jīng)驗(yàn)，必將減少因此種地質(zhì)問題引發(fā)的工期停滯、討論研究等時(shí)間成本，同時(shí)也可減少因此產(chǎn)生的施工成本和處理成本。

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作者簡(jiǎn)介：肖億（1984—?），男，漢族，江西萍鄉(xiāng)人，碩士，巖土高級(jí)工程師，研究方向：環(huán)境巖土工程。