常见工程地质现象之岩溶课件

常常见见工程地工程地质现质现象分析之一岩溶象分析之一岩溶张修杰2007年9月1A常见工程地质现象分析之一岩溶张修杰2007年9月1A主要内容主要内容岩溶概述岩溶概述14影响因素及影响因素及规规律律3岩溶岩溶发发育条件育条件岩溶勘察岩溶勘察57岩溶区工程岩溶区工程问题问题2岩溶岩溶类类型及形型及形态态 6岩溶岩溶评评价价2A主要内容岩溶概述14影响因素及规律3岩溶发育条件岩溶勘察57培培训预训预期效果期效果v通过理论讲解和工程实例分析，以期达到：v1、了解岩溶形态和形成条件；v2、了解岩溶区桩基施工过程中易发事故；v3、熟悉岩溶区常见地质问题和解决方法；v4、掌握岩溶区勘察方法及各方法的适用条件。3A培训预期效果通过理论讲解和工程实例分析，以期达到：3A一、岩溶概述一、岩溶概述v岩溶又称喀斯特（岩溶又称喀斯特（Karst），是指水），是指水对对可溶性岩石可溶性岩石进进行以化学溶行以化学溶蚀蚀作用作用为为特征的特征的综综合地合地质质作用以及由此作用以及由此产产生的一系列地生的一系列地质现质现象，是一种十分常象，是一种十分常见见的地的地质现质现象，属不良地象，属不良地质质范范围围。据。据统计统计，整个地球，整个地球陆陆地上碳地上碳酸酸盐类盐类岩岩(属生物化学沉属生物化学沉积积岩）分布面岩）分布面积约积约4000万万km2，我国的分布面，我国的分布面积积200万万km2，我省碳酸，我省碳酸盐盐岩出岩出露地区面露地区面积约积约2.9万万km2。肇。肇庆庆、韶关、清、韶关、清远远、佛山、佛山、广州等地区均有不同程度的岩溶分布，广州等地区均有不同程度的岩溶分布，总总体上西北体上西北部、北部岩溶比部、北部岩溶比较发较发育。育。4A一、岩溶概述岩溶又称喀斯特（Karst），是指水对可溶性岩石v岩性以灰岩岩性以灰岩为为主，局部主，局部为为白云白云质质灰岩、大灰岩、大理岩等，地理岩等，地层层年代多属于泥盆系和石岩系。年代多属于泥盆系和石岩系。岩溶岩溶发发育程度不均匀，以肇育程度不均匀，以肇庆庆地区最地区最为发为发育，溶洞形育，溶洞形态态十分复十分复杂杂，千姿百，千姿百态态，局部，局部构成一座座复构成一座座复杂杂离奇的地下迷离奇的地下迷宫宫，著名的，著名的肇肇庆庆七星岩、封开旅游区，即是由岩溶地七星岩、封开旅游区，即是由岩溶地貌构成。近年来，广貌构成。近年来，广东东省建省建设设的广（州）的广（州）肇（肇（庆庆）高速公路、广（州）梧（州）高）高速公路、广（州）梧（州）高速公路、广（州）清（速公路、广（州）清（远远）高速公路、广）高速公路、广（州）佛（山）高速公路等大型工程均不（州）佛（山）高速公路等大型工程均不同程度地位于岩溶地区。同程度地位于岩溶地区。5A岩性以灰岩为主，局部为白云质灰岩、大理岩等，地层年代多属于泥二、岩溶类型及常见形态v1、岩溶类型 v岩溶的类型划分方法有多种，各种方法都采用不同的依据来进行类别划分，如从气候、发育时代方面分。常见的是按埋藏条件将岩溶类型划分为：裸露型、覆盖型和埋藏型三种。从工程角度出发，这种类别划分结果与工程建设的关系更为密切，因为岩溶的埋藏条件与建筑工程场地的适宜性和稳定性直接相关。6A二、岩溶类型及常见形态1、岩溶类型 6Av裸露型岩溶的可溶性岩石基本上都出露地表，仅有零星的小片为洼地所覆盖。各种地表和地下的岩溶形态均较为发育，地下水和地表水直接相连、相互转化，地下水位变化幅度大，岩溶形成的地下空洞也大，对工程的危害大。我国大部分岩溶均属此类。覆盖型岩溶的可溶性岩石表面大部分为第四纪沉积物所覆盖。其中覆盖厚度小于30m的为浅覆盖型岩溶。当覆盖层较薄时，石芽、石笋等常出露于地表；7A裸露型岩溶的可溶性岩石基本上都出露地表，仅有零星的小片为洼地v当覆盖层较厚时，由于下伏基岩中发育有各种岩溶空洞，地表的覆盖层中也常发育有各种空洞、漏斗、洼地和浅水塘，也是一种对工程危害较大的岩溶类型。埋藏型岩溶的可溶岩大面积埋藏于不溶性基岩之下，岩溶发育在地下深处，在地下千余米的奥陶纪灰岩中也有发育，岩溶形态以溶孔、溶隙为主，也有规模较大的溶洞存在。一般而言，埋藏型岩溶对地面工程的危害不大，但对采矿工程却有较大危害，井下洞室或巷道若遭遇岩溶水，就会发生淹井等严重透水事故。8A当覆盖层较厚时，由于下伏基岩中发育有各种岩溶空洞，地表的覆盖v土洞一般是特指存在于岩溶地区的可溶性岩层之上的第四纪覆盖层中的空洞。其形成和发生发展均与岩溶有关。受其下可溶性岩体中的岩溶洞隙影响，覆盖型岩溶之上的第四系松散堆积物或在地表水的冲蚀下顺着土体的裂隙向其下的溶洞、溶隙中排泄，在土体中形成冲蚀空洞；或由于其下存在较大的空穴而发生塌陷，形成塌陷洞穴。9A土洞一般是特指存在于岩溶地区的可溶性岩层之上的第四纪覆盖层中2、岩溶形态v在可溶性岩石分布地区，溶蚀作用在地表和地下形成了一系列溶蚀现象，称为岩溶的形态特征。这些形态是岩溶地区所特有的，使该地区地表形态奇特，景致优美别致，常被开发为旅游景区，如广西桂林、云南路南石林、肇庆七星岩等，同时，这些形态，尤其是地下洞穴也是造成工程地质问题的根源。常见的岩溶形态有溶洞、暗河、石林、石芽、漏斗、落水洞、钟乳石、石笋等。10A2、岩溶形态在可溶性岩石分布地区，溶蚀作用在地表和地下形成了11A11A12A12A13A13A14A14A15A15A(1)石林、石芽 v水沿可溶蚀岩石的节理、裂隙进行溶蚀和冲蚀所形成的沟槽间突起与沟槽形态，浅者为溶沟，深者为溶槽。16A(1)石林、石芽 水沿可溶蚀岩石的节理、裂隙进行溶蚀和冲蚀所v沟槽间的突起称石芽，其底部往往被土及碎石充填。在质纯层厚的石灰岩区，可形成巨大的貌似林立的石芽，称为石林。如云南石林。17A沟槽间的突起称石芽，其底部往往被土及碎石充填。在质纯层厚的石18A18A（2）溶洞v地下水沿岩石裂隙溶蚀扩大形成的各种洞穴称为溶洞。其形态多变，断面不规则。19A（2）溶洞地下水沿岩石裂隙溶蚀扩大形成的各种洞穴称为溶洞。其左上广梧高速公路K71附近虎岩左下广梧高速公路K71附近虎岩内部情况20A左上广梧高速公路K71附近虎岩左下广梧高速公路K71附近虎岩（3）石钟乳、石笋v在岩溶地区，地下水中多含有碳酸盐，在溶洞顶部和底部饱和沉淀而形成石钟乳、石笋和石柱。其形成过程如右图。21A（3）石钟乳、石笋在岩溶地区，地下水中多含有碳酸盐，在溶洞顶22A22A23A23A24A24A25A25A26A26A（4）溶蚀漏斗、落水洞v岩石溶蚀破碎及竖直溶隙扩大，岩层顶部塌落形成近于圆形坑，向下逐渐缩小，形似漏斗，称之为溶蚀漏斗。如竖直溶隙连通大溶洞或地下河，称之为落水洞。落水洞27A（4）溶蚀漏斗、落水洞岩石溶蚀破碎及竖直溶隙扩大，岩层顶部塌v（5）v地下暗河 v岩溶地区地下沿溶洞流动的河流称为地下暗河，其规模大小不一。落水洞28A（5）落水洞28A29A29A虫子暗河中的鱼30A虫子暗河中的鱼30A三、岩溶发育条件v岩溶发育的基本条件有三个，即可溶性的岩石、具有溶蚀能力的水和良好的地下水循环交替条件。岩溶可溶性的岩石具有溶蚀能力的水良好的地下水循环交替条件31A三、岩溶发育条件岩溶发育的基本条件有三个，即可溶性的岩石、具1、可溶性岩石 v这是岩溶发育的物质基础。自然界中的水溶性岩石主要有石灰岩、白云岩、石膏和岩盐等。在这几种可溶性岩石中，以岩盐的溶解度为最大，石膏次之，石灰岩和白云岩的最小。但是就分布面积来看，石灰岩和白云岩的分布极为广泛，而石膏和岩盐则极小，岩溶主要也分布在石灰岩和白云岩地层中。因此，一般情况下岩溶主要是指由石灰岩和白云岩构成的地层中的发育的岩溶。32A1、可溶性岩石 这是岩溶发育的物质基础。自然界中的水溶性岩石33A33A2、具有溶蚀能力的水v“具有溶解能力的水”的存在，是导致岩溶现象发生的外部原因，没有水对岩石的长期溶解溶蚀，岩溶现象当然也不会出现。试验研究发现，纯净的水对石灰岩地层的溶解溶蚀能力是极其有限的，但是当水中的等酸性物质含量提高时，其对碳酸类岩石的溶蚀性就明显增大。碳酸钙溶于水的化学反应式为：34A2、具有溶蚀能力的水“具有溶解能力的水”的存在，是导致岩溶现vCaCO3+CO2+H2O=Ca2+2HCO3-v纯水对碳酸盐的溶解度很低，而当水中含有侵蚀性CO2时，水对碳酸盐的溶解能力就会大大提高，水中侵蚀CO2的存在对碳酸的溶蚀起决定性作用。水中侵蚀CO2含量越高，其溶蚀碳酸盐的能力越强。水中CO2主要来自于土壤和大气。35ACaCO3+CO2+H2O=Ca2+2HCOv大气中含有大量的CO2，地表的土壤受动植物活动的影响也含有一定量的CO2，水与大气接触或在土壤中流动时，其中的一部分CO2就会溶入水中，形成对碳酸类岩石“具有溶解能力的水”。水中的CO2含量愈高，对碳酸类岩石的溶蚀性就愈强。地下水对岩石产生溶解溶蚀的同时，会不断消耗CO2，水的溶蚀性就会减弱，因此地下水的溶蚀性会随着深度的增加而减小。36A大气中含有大量的CO2，地表的土壤受动植物活动的影响也含有一3、良好的地下水循环交替条件v岩石具有透水性是岩溶向地壳内部发育的必要条件。如果可溶性岩石不透水，岩溶作用只能在地表发生，岩溶地貌中的落水洞、溶蚀竖井、地下溶洞等地下岩溶现象就不会产生，地表岩溶现象也将大幅度减弱，工程中也只需要考虑如何防止地表水对可溶性岩石的局部冲蚀，其它岩溶灾害将不复存在。例如石膏和岩盐的溶解度远大于碳酸类岩石，但由于这类岩石中的裂隙一般较少，透水性差，因此其中的岩溶现象相比石灰岩区域反而十分微弱。37A3、良好的地下水循环交替条件岩石具有透水性是岩溶向地壳内部发v碳酸盐中的孔隙非常少，岩石的透水性主要取决于其裂隙性，褶皱轴部、断层附近、构造复杂地带等裂隙发育区，是岩溶发育相对强烈的区域。还必须指出，碳酸盐的溶解速度是非常缓慢的，我国即使在岩溶作用最为强烈的广西中部地区，水对岩石的溶蚀速度也仅有1230mm/百年。目前存在于地球上的岩溶形态和景观乃是漫长地质历史时期中的岩溶作用结果。38A碳酸盐中的孔隙非常少，岩石的透水性主要取决于其裂隙性，褶皱轴v在水流长期运动过程中，岩体裂隙周围的岩石被溶解溶蚀，裂隙发育成溶隙，并不断扩大，裂隙的扩大为水流的运动提供了更大的空间，增大了流水和岩石的接触面积，进一步加强了对岩石的溶解溶蚀作用。运动空间的增大使运动水量的增加成为可能，运动水量的增加不仅会加速流水对岩石的溶解溶蚀作用，而且会增大水流对周围岩石的机械冲蚀能力，促使岩溶的发展并最终形成各种岩溶地貌单元。因此，岩溶要发育就离不开良好的地下水循环交替。39A在水流长期运动过程中，岩体裂隙周围的岩石被溶解溶蚀，裂隙发育40A40A四、岩溶影响因素和发育规律v（一）影响因素v影响岩溶发生因素很多，但其中最主要的有以下几种：v1、岩性v地层岩性和岩溶的发育速度直接相关，一般地，岩石中方解石（碳酸钙）含量愈多，则溶蚀愈强烈，也就是岩溶愈发育；酸不溶物含量愈多，岩石愈不溶蚀，岩溶发育弱。可溶性岩层的厚度越厚，岩溶发育得越强烈、发展的规模愈大。41A四、岩溶影响因素和发育规律（一）影响因素41A各类碳酸盐可溶性表岩石名称方解石含量（%）白云石含量（%）硅质含量（%）泥质含量（%）比溶解度灰岩9911.02白云质灰岩67330.80泥灰岩9460.77白云岩5920.54硅质白云岩72280.3542A各类碳酸盐可溶性表岩石名称方解石含量（%）白云石含量（%）硅v从上表明显看出随着方解石含量的减少，岩石的比溶解度也随之降低，也就是说溶蚀程度减弱。广梧高速公路的马安立交、广肇高速公路的肇庆大桥基底岩石为灰岩，江肇高速公路的西江大桥、广明高速公路的富湾大桥东岸局部为泥灰岩，其岩溶发育程度很明显地表明了这一点。另外不同时代的可溶性岩石其溶蚀性也在差别，但规律不明显。43A从上表明显看出随着方解石含量的减少，岩石的比溶解度也随之降低不同时代岩溶发育统计表岩溶化地层三叠系（T）二迭系（P）石炭系（C）泥盆系（D）面岩溶率（%）5.2-2010-3010-302-15线岩溶率（%）5-151713.910-1844A不同时代岩溶发育统计表岩溶化地层三叠系二迭系石炭系泥盆系面岩v2、地质构造v地质构造是控制地下水循环交替条件的主要因素，因此它也是影响可溶性岩石岩溶发育的重要因素。断裂带附近由于岩石较破碎，是地下水运移的主要通道，因此岩溶易发育，它控制了岩溶空间分布与发育速度，大型溶洞常沿断裂带发育，如贵州乌江渡水电站坝址区在河床以下220m深处的大型溶洞即是；褶皱构造的不同型式和不同部位岩体破碎程度不同，地下水的循环交替条件也不相同，一般挤压较紧密的背斜核部，岩溶也就相对较发育。另外，岩层的产状对岩溶发育也有影响。45A2、地质构造45A46A46A47A47A项目路线地理位置图 项目终点项目起点广明高速公路西樵至更楼段广明高速公路平洲至西樵段富湾大桥48A项目路线地理位置图 项目终点项目起点广明高速公路西樵至更楼段区域地质构造示意图西江断裂恩平-新丰褶皱构造带广明高速公路西樵至更楼段49A区域地质构造示意图西江断裂恩平-新丰褶皱构造带广明高速公路西广清北区域地质图50A广清北区域地质图50Av3、地形地貌v地形地貌影响地下水的循环交替，从而影响岩溶的发育。地形地貌反映了区域性侵蚀基准面和地下水排泄基准面的性质和分布，控制地下水运动的趋势和方向，从而控制了岩溶发育的总趋势。不同地貌部位上发育的岩溶形态是不同的。如平原区往往以埋藏较浅的水平溶洞为主，而深切峡谷区则以深度很大的落水洞等垂直岩溶形态居多。51A3、地形地貌51Av4、气候v气候直接影响参与岩溶作用的水的溶蚀能力，控制岩溶发育的类型、规模和速度。对岩溶作用影响最大的气候要素是降雨量和气温。降雨量大小影响地下水补给的多少，进而影响地下水的循环交替条件；而气温的高低则直接影响化学反映速度和生物新陈代谢的快慢，从则影响岩溶的速度。一般情况下降雨量大、气温高的地区岩溶发育较强烈。52A4、气候52Av5、新构造运动v新构造运动有多种表现形式，其中地壳的升降运动与岩溶的发育关系最为密切。地壳的相对稳定时间长短、升降幅度、速度和波及范围，控制了地下水循环交替条件的优劣和变化趋势，从而制约了岩溶以育的类型、规模和速度。53A5、新构造运动53A（二）发育规律v从影响岩溶发育的因素可以看出，岩溶发育有以下几个方面的规律：v1、质纯、层厚的岩石岩溶发育强烈，且形态齐全，规模较大；含泥质或其它杂质的岩溶发育较弱；结晶颗粒粗大的岩石岩溶较为发育。浅部较深部发育。v2、断裂带附近、背斜的核部和倾斜的岩层岩溶发育强烈。v3、地形陡峭、岩石裸露的斜坡上，岩溶多呈溶沟通、溶槽、石芽等形态；地形平缓地带，岩溶多以漏斗、竖井、落水洞、溶洞等形态。54A（二）发育规律从影响岩溶发育的因素可以看出，岩溶发育有以下几v4、高温、多雨地区岩溶发育强烈。我国地域辽阔，由南向北可划分为热带、亚热带和温带，降雨量也由南向北递减。不同气候带中岩溶类型和规模也不相同。广东、广西和云南等地区属热带岩溶类型，岩溶作用强烈，地表峰林、峰丛等发育；广大的北方属温带岩溶类型，岩溶一般不太发育，岩溶规模小。以岩溶风景点多在南方而北方则少有就是这个道理。55A4、高温、多雨地区岩溶发育强烈。我国地域辽阔，由南向北可划分v5、地壳强烈上升地区，岩溶以垂直方向发育为主；地壳相对稳定地区，岩溶发育由于受水文地质垂直分带的控制，岩溶的发育情况比较复杂，但一般认为以水平方向发育为主。在包气带，岩溶形态以漏斗、落水洞、竖井为主；在季节变动带，岩溶发育最强烈，常形成复杂的大型溶洞、暗河、地下湖等；在水平径流带，构造互相连通的地下通道；在深循环带，岩溶一般不发育，往往只有溶洞及溶孔等。56A5、地壳强烈上升地区，岩溶以垂直方向发育为主；地壳相对稳定地v以上五点为宏观上岩溶发育的规律。由于岩溶发育受到岩性、地质构造和岩溶水的循环交替条件的控制，而这些因素在空间上的分布是不均一的，这就造成岩溶在空间上发育程度、发育部位和发育深度的差异性，具体到每一个工点，如某一桥位，其规律性往往不明显，很难说这个墩位岩溶发育，则另一个墩位岩溶也发育。57A以上五点为宏观上岩溶发育的规律。由于岩溶发育受到岩性、地质构五、岩溶勘察 v岩溶地区的勘察宜采用工程地质调查、物探和勘探等多种手段结合的综合方法进行，单一的勘察方法很难查明岩溶发育情况。它们有各自的优缺点，需要相互配合和补充。v岩溶地区的勘察需与相应的设计阶段相一致，分阶段进行。一般地，可行性研究阶段应查明岩溶的发育条件，并对其危害程度和发展趋势作出判断，对场地的稳定性和适宜性作出初步评价；58A五、岩溶勘察 岩溶地区的勘察宜采用工程地质调查、物探和勘探等v初勘阶段应查明岩溶的分布、发育程序和发育规律，并按场地稳定性和适宜性进行分区；详勘阶段应查明拟建工程范围及有影响地段的各种岩溶的位置、规模、埋深，查明地下水埋藏特征，对地基基础的设计和岩溶的治理提出建议。v（一）工程地质调查v此手段主要在可行性研究阶段和初勘阶段进行，重点调查岩溶的类型、形态、分布和发育规律；调查地下水赋存条件、水位变化和运动规律；调查地形地貌、地质构造和地层岩性及当地岩溶治理的经验。59A初勘阶段应查明岩溶的分布、发育程序和发育规律，并按场地稳定性v以往勘察经验表明，该方法对勘察工作常常起到举足轻重的作用，只要充分重视并发挥该方法的效能，往往会收到事半功倍的勘察效果。它是岩溶区勘察的基础，可以指导物探和钻探工作。通过认真细致的工程地质测绘，然后有目的、有计划地进行物探及钻探验证和控制。它可以确定物探工作的范围，为物探方法的选择提供依据并确定物探工作量。主要方法有收集资料、野外踏勘、调查访问、地表揭露及工程测绘等，其内容主要包括地形地貌、地层岩性、地质构造，地震、水文地质等。60A以往勘察经验表明，该方法对勘察工作常常起到举足轻重的作用，只（二）物探v常规物探方法主要在可行性研究阶段和初勘阶段进行，CT法和管波可在详勘阶段使用。对各种不同的物探方法，要慎重研究其适应条件、适应范围、探测深度和精度。针对不同的地形地貌，地层岩性等地质条件，选用不同的物探方法。其工作量的布置宜遵循“先面后点、先疏后密、先地面后地下，先控制后一般”的原则。61A（二）物探常规物探方法主要在可行性研究阶段和初勘阶段进行，v物探工作应注意与钻探工作相结合，物探工作一般结合钻探进行解译并用钻探进行验证。就目前国内外水平来看，物探勘察深度一般在40m以内，浅而大的溶洞容易被发现，深而小的溶洞难于被发现。物探勘察结论一般能对是否存在溶洞给出定性的解释，而对于溶洞的大小很难给出定量的解释。常见的物探方法有电法勘探、电磁勘探、地震勘探等，下面简单进行介绍。62A物探工作应注意与钻探工作相结合，物探工作一般结合钻探进行解译1、高密度电法 v该方法为电法的一种，是目前较为常用的岩溶勘察物探方法之一，其原理是根据当地下存在岩溶空洞时，所测电位差与正常曲线发生偏离，从而判断空洞的存在。该方法的优点是：成果图比较直观，异常部位明显，施工方便，费用一般1000元/台班，适用条件要求一般为：地形平坦，岩层倾角较小，岩性层差异大，探测深度一般在100-150m以内，精度范围10-20%，一般40-100m效果较好。63A1、高密度电法 该方法为电法的一种，是目前较为常用的岩溶勘察2、地质雷达法v该方法为电磁法的一种，是近年来新发展起来的，在岩溶勘察中取得了令人满意的效果。该方法的优点是：比较准确地确定出地下空洞的埋藏深度、轮廓大小、而且具有很高的分辨能力，可直接探测到较小的空洞。成果图比较直观，异常部位明显，解释容易，施工方便，费用一般10000元/km，适用条件要求一般为：不受地形影响，适用于高阻地质体（溶洞充水），探测深度一般在60m以内，精度范围5%，一般10m以内效果较好。64A2、地质雷达法该方法为电磁法的一种，是近年来新发展起来的，在3、面波法v该方法为地震法的一种，是近年来新发展起来的，在岩溶勘察中取得了很好的效果。该方法的优点是：比较准确地确定出地下空洞的埋藏深度、轮廓大小、而且具有很高的分辨能力，可直接探测到较小（20-30cm）的空洞。成果图清晰直观，解释容易，施工方便，但价格较高，费用一般1800-5760元/点，适用条件要求一般为：不受地形影响，探测深度一般在40-50m以内，精度范围5%，一般10-40m以内效果较好。v另外折射波法和反射波法也有应用，但均有一定的适用条件，精度一般不高，一般在大面积低精度的普查中应用。65A3、面波法该方法为地震法的一种，是近年来新发展起来的，在岩溶4、跨孔CT法v该方法为地震法的一种，精度较高，比较准确地确定出地下空洞的埋藏深度、轮廓大小、而且具有很高的分辨能力，可直接探测到较小（20-30cm）的空洞。成果图清晰直观，解释容易，施工方便，但需钻探配合，费用一般2000-3000元/剖面。66A4、跨孔CT法该方法为地震法的一种，精度较高，比较准确地确定67A67A5、管波法v该方法为地震法的一种，精度较高，比较准确地确定出地下空洞的埋藏深度、轮廓大小。管波探测是利用一个勘察钻孔，探测半径可达1.2m、而且具有很高的分辨能力，可直接探测到大于30cm的空洞。成果图清晰直观，解释容易，施工方便，但需钻探配合，费用一般2000-3000元/孔。68A5、管波法该方法为地震法的一种，精度较高，比较准确地确定出地69A69A（三）钻探v钻探是广泛应用的勘察方法，可直接获得岩土芯，适用于各阶段勘察。它主要用于查明岩土层的成分、性质、结构、厚度、基岩面的起伏、溶洞顶板厚度、溶洞充填物情况、地下水的埋深、采取岩土样品等，同时也可验证物探结果。岩溶区钻孔的布置和数量，直接关系到勘察精度和经济效益，钻孔布置应根据地质调查和物探的结果，结合各勘察阶段进行。70A（三）钻探钻探是广泛应用的勘察方法，可直接获得岩土芯，适用于v一般在可行性阶段可不进行钻探，必要时可布置少量钻孔；初勘阶段一般在物探判定的岩溶发育带和物性指标异常的部位应布置钻孔验证，同时查明岩溶的基本形态和规模、溶洞充填物的性状和地下水标高等，在桥位等构造物部位，可结合桥跨组合100m左右布置一个钻孔，岩溶不发育的可适当减少钻孔，岩溶发育的可适当增加钻孔；详勘阶段岩溶地区对于路基地段，勘探的重点宜在初勘已查明的岩溶发育地段布置钻孔，对于桥位地段，一般应逐桩布孔。71A一般在可行性阶段可不进行钻探，必要时可布置少量钻孔；初勘阶段v在目前勘察工作量受限的情况下，钻探宜采用多次实施、逐步深入的方法，即先按左右逐墩布置，根据钻孔探明的岩溶发育情况，在岩溶发育段按逐桩增加钻孔。我们在广梧东坝大桥、韶赣浈江大桥勘察中用此种方法，目前还不好评价其效果。在岩溶地区钻探应特别注意钻进过程中所遇到的各种异常现象的现场编录。如钻具的突然下落、埋钻或卡钻、钻进速度的突然加快、冲洗液的突然减少、孔内掉块、漏浆、钻进中响声变化等。72A在目前勘察工作量受限的情况下，钻探宜采用多次实施、逐步深入的广明富湾大桥56号墩补勘现场及岩芯73A广明富湾大桥56号墩补勘现场及岩芯73A六、岩溶评价v岩溶地基评价可分为场地评价和单体岩溶评价两部分，即从宏观和微观上进行评价。场地评价是在较大范围内，按岩溶发育强度划分出不同稳定性地段，作为路线选择的依据。而对涉及地基稳定的单体岩溶评价性评价一般分为定性和半定量（由于目前尚无统一的定量标准，所进行的计算称为半定量）两种方法。74A六、岩溶评价岩溶地基评价可分为场地评价和单体岩溶评价两部分，v1、定性评价v定性评价属于经验比拟法，适用初勘阶段及一般工程的地基稳定性评价。这种方法简单，但往往有一定的随意性，人为因素影响较大。实际运用中应根据影响稳定性的各项因素充分地综合分析，并在勘察和工程实践中不断总结经验。各项因素对定性评价的影响见表。75A1、定性评价75A影响因素对稳定有利 对稳定不利 岩性及层厚 厚层块状，强度高 薄层状有互层，岩体软化，强度低 裂隙状况 无断裂，裂隙不发育或胶结好 有断层通过，裂隙发育，岩体被二组以上裂隙切割 岩层产状 岩层走向与溶洞轴线正交或斜交，倾角平缓 走向与溶洞平行，陡倾角 溶洞形态 溶洞小，呈竖向延伸的井状，单体分布，埋藏深，覆土厚。溶洞小，呈竖向延伸的井状，单体分布，埋藏深，覆土厚。顶板情况 厚跨比大，顶板呈拱状或板状。厚跨比大，顶板呈拱状或板状。充填情况 密实充填且无被水冲蚀的可能。密实充填且无被水冲蚀的可能。地下水 无有水流或间歇性水流，流速大，有承压性。76A影响因素对稳定有利 对稳定不利 岩性及层厚 厚层块状，强度高岩溶发育强度定性划分岩溶发育强度特 征强烈发育以大型暗河、较大规范的溶洞、竖井和落水洞为主，地下洞穴系统已基本形成，溶洞间管道连通性强，有大量溶洞水涌出。中等发育沿断裂、层面等有显著溶蚀，中小型串珠状溶洞发育，地下洞穴系统尚未形成，但溶洞裂隙连通性好，有小型暗河或集中径流，呈岩溶裂隙水涌出。弱发育沿裂隙、层面溶蚀扩大为岩溶化裂隙或小型洞穴，裂隙连通性差，很少有集中径流。77A岩溶发育强度定性划分岩溶发育强度特 征强烈发岩溶发育强度定量划分岩溶发育强度钻孔岩溶率（%）钻孔遇洞率（%）泉流量（l/s)强烈发育1060100中等发育10-360-30100-10弱发育3301078A岩溶发育强度定量划分岩溶发育强度钻孔岩溶率钻孔遇洞率泉流量强注：相关名词解释v钻孔遇洞率：遇到溶洞的钻孔数与总钻孔数的比值。v钻孔岩溶率：溶洞累计长度与基岩总长度的比值。79A注：相关名词解释钻孔遇洞率：遇到溶洞的钻孔数与总钻孔数的比值v根据岩溶地区已有的工程实践，下列若干成熟经验可供以参考；v基础底板之下土层厚度大于地基压缩层厚度，且土层中有不致于形成土洞的条件，若地下水动力条件变化不大，可不考虑基岩内溶洞对地基稳定性的影响；v基础底板之下土层厚度虽小于地基压缩层厚度，但洞内充填物较密实，又无地下水冲刷溶蚀的可能；或基础尺寸大于洞的平面尺寸，洞顶基岩又有足够承载能力；或洞顶板厚度大于洞的最大跨度且顶板坚硬完整。皆可不考虑洞对地基稳定性影响。80A根据岩溶地区已有的工程实践，下列若干成熟经验可供以参考；80v当溶沟、溶槽、石芽、漏斗、洼地等密布发育，致使基岩面参差起伏，其上又有松散土层覆盖时，土层厚度不一，常可引起地基不均匀沉陷；v 在地基主要受压层范围内，存在溶洞且平面尺寸大于基础尺寸，顶板基岩厚度小于最大洞跨，岩石破碎，洞内无充填物或有水流时，在附加荷载或振动荷载作用下，易产坍塌，导致地基下沉。81A当溶沟、溶槽、石芽、漏斗、洼地等密布发育，致使基岩面参差起伏2、半定量评价v岩溶地区受各种因素的制约，岩溶地基的边界条件相当复杂，受探测技术的局限，岩溶情况往往很难完全查清，加之洞穴的受力状况和围岩应力场的演变十分复杂，要确定其变形破坏形式和取得符合实际的力学参数很困难，因此目前对岩溶地基的稳定性的定量评价较难实现，在工程实践中大多采用半定量评价方法。82A2、半定量评价岩溶地区受各种因素的制约，岩溶地基的边界条件相v（1）溶洞顶板坍塌堵塞法：当浅部有隐伏岩溶发育时，溶洞顶板安全厚度可用此法确定。其基本原理是溶洞顶板岩体塌落后体积发生松胀，当塌落向上发展到一定高度后，洞体可被松胀的坍塌体自行堵塞，此时可认为溶洞顶板已稳定，此法的前提是溶洞内无地下水搬运。溶洞坍落高度B的计算公式为：B=H0/（K-1）v式中H0溶洞的高度；K岩土的松膨系数，一般取1.05-1.20。岩石取高值，土取低值。若溶洞顶板的实际厚度大于B值，则可判断为稳定。83A（1）溶洞顶板坍塌堵塞法：当浅部有隐伏岩溶发育时，溶洞顶板安84A84Av（2）厚跨比类比法：当顶板岩层完整时，对于水平洞顶可采用厚跨比法进行控制。通过工程类比，一般完整顶板安全厚度的 厚跨比最小值为0.5-0.87。当溶洞的厚跨比大于此值时即可认为是安全的。85A（2）厚跨比类比法：当顶板岩层完整时，对于水平洞顶可采用厚跨v（3）荷载传递交汇法：在剖面上从基础边缘按30-45度扩充散角向下作应力传递，若溶洞位于该传递所确定的应力扩散范围以外时，即认为是安全的。86A（3）荷载传递交汇法：在剖面上从基础边缘按30-45度扩充散v（4）结构力学近似计算法v当顶板跨中有裂隙，两端支座处岩石坚固完整时，按悬臂梁计算；裂隙位于支座处，而顶板较完整时，按简支梁计算；支座和顶板岩层均较完整时按两端固定梁计算。需要说明的是这几种方法计算结果往往相互矛盾，有时相差十分大，具体如何评价需注意各方法的适用条件，做综合分析。87A（4）结构力学近似计算法87A七、岩溶区工程地质问题及处理v岩溶对工程的影响主要有以下四个方面：地基不均匀沉降问题、地表塌陷引起的地基稳定性问题、溶洞顶板变形造成桥梁桩基的稳定性问题、地下水渗透和突水问题等。前三个问题公路工程中常遇到，下面简单地进行分析。88A七、岩溶区工程地质问题及处理岩溶对工程的影响主要有以下四个方（一）地基不均匀沉降v在埋藏型岩溶区，由于第四系覆盖层下常发育有石芽、溶沟，基岩顶面起伏变化较大，有的甚至在不至一、二米的范围内，基岩顶面高程就相差数米至数十米，致使覆盖层厚度变化大，另外在一些覆盖层厚度大的地方，往往下部因透水差其土体成为软土，更加剧了地基的不均匀性，导致上覆土层厚度不均匀，使建筑物地基产生不均匀沉降。89A（一）地基不均匀沉降在埋藏型岩溶区，由于第四系覆盖层下常发育v在工程上，对不均匀沉降的处理，当土层较浅时，可挖掉大部分土层，然后打掉一定厚度的石芽，再辅以褥垫材料，也可采用换填或灌浆加固土层。当土层较厚时，可设桩基，也可挖掉部分土层，将基底做成阶梯状，使相邻点可压缩层厚度相对一致或呈渐变状态。90A在工程上，对不均匀沉降的处理，当土层较浅时，可挖掉大部分土层（二）地基稳定性v岩溶往往会引起地面塌陷，从而影响地基的稳定性。产生地面塌陷的地段第四系覆盖层厚度一般较小。据对我国南方岩溶地面塌陷的统计，大多数地面塌陷区的覆盖层厚度小于10m。一般情况是：厚度小于10m塌陷严重；10-30m塌陷量较少；大于30m者塌陷可能性很小。另外，调查资料表明，地面塌陷于下伏岩溶的发育程度相对应，即岩溶发育，地面塌陷也相应发育，其出现数量与钻孔线岩溶率正相相关。其统计关系见下表：v岩溶发育与地面塌陷统计关系表91A（二）地基稳定性岩溶往往会引起地面塌陷，从而影响地基的稳定性地面塌陷统计几率表92A地面塌陷统计几率表92Av工程上对地面塌陷的处理，首先要分析塌陷的原因以便采取针对性的处理措施。地面塌陷一般多由雨水渗入土层或施工抽取地下水而引起，因此，其治理措施要预防和处理相结合，施工时根做好地面防排水措施，禁止过度抽取地下水。对于已发生的塌陷，多采回填、强夯等办法进行处理。93A工程上对地面塌陷的处理，首先要分析塌陷的原因以便采取针对性的v某公路施工时，附近煤矿排水，导致尤其是土洞形成，引起地面塌陷，最大塌陷面积达200多平方米，路基两侧稻田出现多处塌陷，大大延误了工期，增加了投资。94A某公路施工时，附近煤矿排水，导致尤其是土洞形成，引起地面塌陷95A95A（三）桥梁桩基稳定性v岩溶给桥梁的桩基的影响极大，往往给桥梁的勘察、设计和施工带来一系列的严重问题和困难，以致谈岩溶色变。v1、勘察阶段v在勘察阶段，一是要投入大量的工作量，一桩一孔，就这样也很难探明岩溶的发育情况，二是钻探十分困难，易发生钻孔事故。京珠国道主干线粤境高速公路的北江大桥的5号墩第2号桩曾先后三次在桩身及桩周部位共钻12个孔。一般地区的一个钻孔1-3天可完成，岩溶地区的一个钻孔没人敢说10天一定能完成，钻探十分困难96A（三）桥梁桩基稳定性岩溶给桥梁的桩基的影响极大，往往给桥梁的v2、设计阶段v设计阶段的困难主要是桩端持力层的选择。对于嵌岩桩下的单个溶洞，保证桩底有3倍桩径的完整基岩，桩基是稳定的。问题是，溶洞的分布往往会呈串珠状，同一个桩存在几个溶洞，其间很难寻找到桩底存在3倍桩径的完整基岩，如富湾大桥56号主墩，钻孔在基岩中钻进了近80m，也没有找到3倍桩径的完整基岩。这种情况下桩基设计时，需充分考虑桩侧的摩阻力，不宜一味按规范仅计算桩端嵌岩段的摩阻力。一般的当桩的长径比大于15时，桩侧摩阻力将发挥主要作用，据岩溶区某桥位大直径灌注桩承载力试验研究结论，桩顶荷载几乎全部由桩侧摩阻力分担，嵌岩段桩侧和桩端阻力未得到发挥。97A2、设计阶段97Av摩阻力如何取值，没有统一的标准，桩端持力层存在溶洞，不宜直接按嵌岩桩公式计算，通常引入经验系数，其值为0-1，取值情况一般根据岩石的均匀性、裂隙的发育情况和建筑难的重要性综合确定。个人认为可取500-1000kPa。另外需注意相邻桩桩长不宜相差太多，应力扩散角以内，注意充分利用上覆盖层，采用群桩基础，尽量不要去动下面的溶洞，这涉及到一个岩溶稳定的问题，具统计资料，在我国岩溶最发育的华南地区，岩溶速度最大仅达14-30mm/百年，加之桥位桩底多在侵蚀基准面以下，其溶蚀速度远远小于此速度，因此可以不考虑岩溶会不会进一步扩大从而影响桩基的稳定问题，而仅考虑桩基附加应力的是否影响岩溶的稳定。98A摩阻力如何取值，没有统一的标准，桩端持力层存在溶洞，不宜直接v马安大桥地处灰岩区，溶洞及土洞极其发育，灰岩埋深约30.0m，上覆盖层主要为淤泥及砂层。原设计桩基主要采用钻孔支承桩，由于覆盖层土质很差，施工时多次因漏浆而塌孔埋钻甚至引起地面大范围塌陷。鉴于这种情况，业主提出采用群桩基础，桩基为预制预应力管桩。我院根据管桩的技术标准和具体地质情况，在适宜采用管桩的地方（34、35墩等）将钻孔桩变更为打入桩。但对于一些溶洞土洞极其复杂的地方如果也采用管桩，就必须解决两个主要问题，第一是这些管桩必须支承在溶洞顶板的岩面上，而在管桩规范中注明不宜让桩底直接落在微风化岩面，以避免桩的破损；第二是如何保证桩底以下极其复杂的多层溶洞及性质各异的充填物的容许承载力和长期稳定性。为解决这两个问题，拟采用高压喷射桩对打入的管桩桩侧及桩底及进行加固，形成复合桩基础，并选定在马安大桥20墩B桩处进行试验。99A马安大桥地处灰岩区，溶洞及土洞极其发育，灰岩埋深约30.0m100A100A101A101A102A102A103A103Av3、施工阶段v施工阶段的问题更是十分常见，施工过程中经常会出现漏浆、塌孔、孔斜、卡钻、锤头脱落、梅花桩等问题。v（1）漏浆 v岩溶地区桩基施工漏浆是最常遇到的问题，通常情况下桩基施工过程中均会发生不同程度的漏浆现象。其产生的原因多是由于岩体裂隙发育且与溶沟、溶槽、溶（土）洞相互连通,导致泥浆沿裂隙通道漏失，另外在透水性强的砂层、砂砾层、卵石层等孔隙较大地层泥浆也会发生泥浆沿孔隙漏失的问题。104A3、施工阶段104Av为此，桩基施工前要认真分析研究已有的勘察资料，尤其钻孔资料，掌握岩土层情况，制定合理的施工工艺；施工时将孔口护筒埋设稳固以防地表水渗入，遇人工填土等松散土层时向钻孔内投入粘土与少量碎石，小冲程冲击挤密；当锤头距溶(土)洞1m左右时，派专人观察孔口液面动态，修建储浆池，备足浓泥浆(泥浆比重1.251.30g/cm3)，备浆量一般为桩孔理论容积的23倍，供孔内回补使用，在孔口附近预先堆存优质粘土和片石，这些措施可一定程度上预防和减少漏浆，并可对漏浆及时处理。105A为此，桩基施工前要认真分析研究已有的勘察资料，尤其钻孔资料，v当遇到漏浆时，首先向孔内补充泥浆，以维持孔内水头高度,保护孔壁稳定，同时分析产生漏浆的原因，根据不同原因采取针对性的处理方法。一般在砂、卵石层漏浆时，加大泥浆的比重和粘度或投入适当优质粘土，低冲程反复冲击将粘土挤入砂、卵石层中，可较好地防止渗漏；在岩层中钻进漏浆时，向孔内投入含砂量较低的粘土块，通过冲击将粘土挤入基岩裂隙中，一般可防止浆液漏失；106A当遇到漏浆时，首先向孔内补充泥浆，以维持孔内水头高度,保护孔v在破碎严重地层、溶（土）洞漏浆时，向孔内投入粘土、片石、水泥等混合物，用冲锤反复冲击挤压，形成人工造壁，对孔壁起到较好的胶结和稳固作用，可堵塞漏浆通道。漏浆问题往往引起其它问题，如塌孔、埋钻等，严重的可以造成地面塌陷等灾害。广梧高速公路某立交冲孔桩施工时，多处遇到因漏浆引起的地面塌陷，严重的不仅将钻头埋入地下，还使整台钻机发生下陷，并且引起其它已完工的桩倾斜，因此，施工过程中对漏浆问题不能大意，要及时进行有效处理。107A在破碎严重地层、溶（土）洞漏浆时，向孔内投入粘土、片石、水泥（2）塌孔 v塌孔多是由漏浆或泥浆变稀等原因引起。当钻头冲穿无填充物或仅有少量填充物的溶(土)洞顶板时，钻孔内泥浆液面急剧下降，孔壁失去护壁压力或护壁泥浆液压小于地下水侧向压力时，孔壁受力失去平衡而坍塌；冲入溶(土)洞时钻孔内快速涌水、突水，导致孔内泥浆比重下降，护壁压力降低，导致孔壁坍塌；钻遇土洞时，洞中的流软塑状充填物涌入孔内，引起土洞破坏或土洞进一步发展而导致坍塌。因此，施工过程中，保持泥浆的浓度和泥浆面的高度，是预防塌孔的有效措施。108A（2）塌孔 塌孔多是由漏浆或泥浆变稀等原因引起。当钻头冲穿无v出现塌孔问题，一般采取向孔内投入片石、粘土块或袋装粘土回填的方法进行处理，片石宜采用10-20cm大小，用锥形钻头低冲程将投入物挤入溶(土)洞或大裂隙中；当钻孔坍塌严重时，用优质粘土（或砖坯）加片石，必要时加入水泥回填至孔口并压实，经10-15天后，重新冲孔，一般可很好地处理塌孔问题；经上述方法反复处理仍不能解决问题，则可考虑使用护筒护壁施工。广肇高速公路某大桥位于岩溶发育区，基岩之上有较厚的松散砂层，少数桩基用粘土加片石不能解决塌孔问题，最后用钻、冲结合的方法，并下双层钢护筒，很好地解决了塌孔问题。109A出现塌孔问题，一般采取向孔内投入片石、粘土块或袋装粘土回填的110A110A111A111A112A112A113A113A114A114A（3）锤头脱落 v锤头脱落多是由于当锤头冲穿溶(土)洞顶板进入空的溶(土)洞时，未采取有效预防措施，在制动刹把的瞬间，锤头仍惯性下行，引起钢丝绳受力过大而被拉断从而导致锤头脱落，或是在提锤困难时，强行用力将钢绳拉断，造成锤头脱落。熟悉地层情况，根据不同地质条件选取合理施工工艺参数、经常检查锤头和提引系统状况、提钻困难时不盲目加力等措施可较好地预防锤头脱落。115A（3）锤头脱落 锤头脱落多是由于当锤头冲穿溶(土)洞顶板进入v施工过程中锤头脱落问题较多发生，单纯的锤头脱落处理困难不大，用厚2030mm钢板焊制的三翼式打捞锚，下到预先设置的打捞箍位置，勾住打捞箍，将锤头拉出即可。但要注意锤头脱落后，不要停止泥浆环循，以免沉渣太厚，从而造成埋钻，给打捞带来困难。广梧高速公路、广肇高速公路岩溶洞地区桩基施工时，均多次发年锤头脱落，一般1-2小时即可将锤头拉出。有时锤头脱落是由于塌孔埋钻引起的，处理就比较困难，严重时要移动桩位。116A施工过程中锤头脱落问题较多发生，单纯的锤头脱落处理困难不大，（4）卡钻 v锤头被卡多是由于岩溶区溶沟、溶槽、石芽、孤石发育，基岩起伏岩面倾斜，溶洞顶板厚度不均易引起钻孔倾斜从而导致挤钻、卡钻；孔壁存在“探头石”、岩石碎块掉入孔内、冲击行程太大，放绳太多，锤头倾倒顶住孔壁也会导致锤头被卡。定期修补锤头，保持锤头直径、保证孔壁光滑、在岩溶发育孔段施工时采用小冲程冲击钻进以减少或消除“探头石”、冲遇溶洞底板或基岩面时采用小冲程慢速冲击钻进等措施均可有效地预防卡钻问题的发生。117A（4）卡钻 锤头被卡多是由于岩溶区溶沟、溶槽、石芽、孤石发育v万一发生卡钻问题，首长要分析可能的卡钻原因，针对不同情况，采取有针对性的措施。如是由探头石或掉块引起的，可反复上下活动锤头，切忌强拉，防止将锤头拉死，一般可将钻头拉出；如在岩溶顶板卡阻，可用吊车在不同方位提拉，从而使锤头松动；在卡钻严重时，采取水下爆破法，即在探到锤头的2/3以上时，下入雷管、炸药实施爆破，使锤头震松；万不得已，可在桩孔旁重新冲新孔，扩充被卡部位空间。118A万一发生卡钻问题，首长要分析可能的卡钻原因，针对不同情况，采（5）桩孔偏斜v在岩面起伏变化大，溶沟、溶槽发育地段，当钻头从土层进入基岩时，钻头顺倾斜岩面下滑，造成桩孔偏斜；在溶洞底板不平或倾斜较大时，也可能造成桩偏斜。预防桩孔偏斜的措施一般是，见岩后或打穿溶洞后，采用小工艺参数，锤头行程严格控制在1m以内，密切注意钢绳在冲击过程中的摆动情况，及时校正钢绳与桩孔中心的偏差。119A（5）桩孔偏斜119A v当斜孔段长度在1m以内时，一般可采用小冲程修孔，先在倾斜的岩面上冲出台阶或用爆破方法先爆出平台，再采用较大冲程冲击；如孔斜难以修正，可采用填石修孔法，填石孔段较长，可分数次进行回填，即每次填高23m，用锤头冲击密实，再进行第二次填石，如此反复多次，即可较好地修正孔斜，广佛高速公路某大桥几条桩基的偏斜用此法处理效果很好；如填石修正效果仍达不到设计要求，可在孔斜段浇灌强度等级为C45的水泥混凝土，待混凝土凝结硬化后再进行冲击修孔。桩孔发生倾斜应及早进行填石修孔，这样既可节约块石用量,缩短修孔时间,且效果理想。120A 当斜孔段长度在1m以内时，一般可采用小冲程修孔，先在倾斜的汇报完毕谢谢大家121A汇报完毕谢谢大家121A