岩溶对土木工程的影响

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,岩溶地貌对土木工程的影响,1、岩溶概况,岩溶地貌是具有溶蚀力的水对可溶性岩石进行溶蚀等作用所形成的地表和地下形态的总称。又称喀斯特地貌。它以溶蚀作用为主，还包括流水的冲蚀、潜蚀，以及坍陷等机械侵蚀过程。按出露条件分为：裸露型喀斯特、覆盖型喀斯特、埋藏型喀斯特。岩溶地貌分布在世界各地的可溶性岩石地区，占地球总面积的10%。可溶性岩石有3类：碳酸盐类岩石；硫酸盐类岩石；卤盐类岩石。,中国岩溶地貌分布广、面积大。主要分布在碳酸盐岩（石灰岩、白云岩、泥灰岩等）出露地区，面积约91130万平方千米。主要分布在广西、贵州、云南东部和广东北部，是世界上最大的岩溶区之一。,2、岩溶的一般形态和形成原因,岩溶是主要形态有溶洞、溶沟、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗及钟乳石等，是可溶性岩受水的化学和物理作用的结果。岩溶发育的基本条件：1）具有可溶性岩层，2）具溶蚀能力和流量足够的水，3）地下水有下渗、流动的途径。,一般地说，硫酸盐岩层、卤素类岩层岩溶发展速度较快；碳酸盐类岩层则发展速度较慢。质纯层厚的岩层，岩溶发育强烈，且形态齐全、规模较大；含泥质或其他杂质的岩层岩溶发展较弱。结晶颗粒粗大的岩石，岩溶较为发育，结晶颗粒细小的岩石，岩溶发育较弱。岩溶的发育是缓慢的，在建筑物使用年限内可认为是不变的。,覆盖在岩溶面上的冲积、洪积层，在地表水下渗或地下水升降变化的情况下，土颗粒沿岩溶、洞穴裂隙带走，使上层土形成空洞而形成土洞。土洞是岩溶作用的产物，土洞其下基岩必有岩溶水通道，土洞常分布于溶沟西侧和落水洞、石芽上口等位置。,岩溶地貌,岩溶地貌,地下河的形成：,石灰岩地区地下水沿裂隙溶蚀而成的地下水汇集和排泄的通道。地下河的分布深度常和当地侵蚀基准面相适应，由于不透水层的阻挡，或者第四纪地壳上升幅度大于溶蚀深度，地下河则高于当地侵蚀基准面，形成悬挂式的地下河。中国广西岩溶区的地下河，按其发育阶段和形态特征分成 3 类：与当地侵蚀基准面相适应的地下河，多分布在主要河流的两岸，规模大，水量丰富，地下河水面与地面高差不大。穿山式地下河，河的水面与地表河的水面等高，往往是连接相邻两溶蚀盆地中地表河的通道。悬挂式地下河，规模较小，分布在峰林洼地区，主要是受隔水层的阻挡形成的。,地下河,地下河出口,3、岩溶探查及其施工问题,工程地质勘察的目的是为设计和施工提供工程地质依据。但在岩溶地区岩石面高低起伏变化大，岩石露头无连续性和规律性，表层岩层往往十分破脆。普通的地质钻探难度大，很难反映场地的岩溶情况，常常不能完全满足设计要求，往往在施工过程中还要对场地环境进行复查，给地基处理、基础选型方案的选择带来很大难度，造成工期长，造价高，施工质量还难以保证。所以，在岩溶场地的勘察工作中不能单纯依赖钻探忽视物探，要两相结合，互相认证。可采用电法、电磁法探测基岩埋深、土洞，划分上覆松散沉积层序和风化带，采用跨孔电磁波计算机层析成像（CT）技术探测地下洞穴、隐伏断层、破碎带。结合利用传统钻探孔，将部分孔加深作为电磁坡发射及接收井，即可实现由点到面（剖面）的探查成果。,由于岩溶的形态和特点岩溶地区工程活动中常见下列的一些现象、问题：1）钻探或冲（钻）孔桩作业时，发生漏浆、漏水、塌孔、卡钻、埋钻、掉钻、偏孔；2）同一承台，桩长相差甚大，数米到十余米；3）地质钻孔见岩与钻（冲）桩、人工挖孔桩见岩不一致；4）出现超长桩；5）人工挖孔桩出现涌水、涌砂、掉入土洞；6）预制桩压（打）破顶板突然掉入洞穴，深层搅拌桩掉入洞穴；7）静压（锤击）预制管桩断桩率高，断桩率10%，甚至有的高达3060%；8）地面塌陷，相邻建筑沉裂；9）同桩抽芯，几个钻孔完全不一样。,4、岩溶地基的评价,岩溶不良地质构成的岩溶地基常常引起地基承载力不足、不均匀沉降、地基滑动和塌陷等地基变形破坏。随着越来越多的工程兴建在岩溶地区，岩溶地基问题就成为工程建设中的突出问题，加强岩溶地基稳定性分析评价，采用合理、经济的地基处理措施，有着重大的技术价值和经济意义。,岩溶地基分析评价过程的一般步骤为：实际洞体几何模型力学模型数学模型计算方法结论。其核心内容是力学模型、数学模型及计算方法的研究。近年来在该领域内的研究取得较大进展，对岩溶空洞地基稳定性的分析评价经历了从定性半定量定量的过程。,定性评价法适用于初勘阶段选择场地及一般工程地基稳定性分析评价，包括综合分析法、经验比拟法。其中综合分析法可根据洞隙各项边界条件，对比洞隙稳定性定性评价表中所列影响洞体的诸因素进行综合分析并作出评价。,洞隙稳定性定性评价表,影响因素,对稳定有利,对稳定不利,岩层厚度及裂隙状况,厚层块状、强度高的岩石,泥质岩、白云质灰岩，薄层状有互层且岩性软化,岩体产状,无断裂，裂隙不发育或胶结好，走向与洞轴正交或斜交，倾角平缓,有断层通过，裂隙发育，岩体被两组以上裂隙切割，裂隙张开，岩体呈平砌状，走向与洞轴平行，陡倾角,洞穴形态与埋藏条件,洞体小（与基础尺寸相比），呈竖向延伸井状，单体分布，埋藏深,洞径大，扁平状，复体相连，埋藏浅，在基底附近,影响因素,对稳定有利,对稳定不利,充填情况,可见钙质沉积密实沉积物填满且无水冲蚀的可能,未充填或半充填，水流冲蚀充填物，洞中见有近期塌落物,地下水,无,有水流或间歇性水流，流速大，有承压性,顶板情况,顶板岩层厚度与洞径比值大，顶板呈板状或拱状,顶板岩层厚度与洞径比值小，有悬挂岩体，被裂隙切割且未胶结,岩溶不良地质构成的危害,岩溶不良地质构成的危害的实例,2012年2月27日，工作人员在湖南省益阳市岳家桥镇黄板桥村查看被截流的河水流入岩溶塌陷形成的深坑里。,湖南益阳岩溶塌陷693处 上千人生产生活受影响,今年1月至2月24日，位于洞庭湖区的湖南省益阳市岳家桥镇岳家桥、黄板桥等村发生大面积的岩溶塌陷地质灾害，共计693处，其中农田塌陷537处，河溪塌陷150处，水库内塌陷6处。全镇因地面岩溶塌陷引起房屋开裂的有167户，其中房屋受损特别严重的有34户，受灾人口达1200多人；破坏河溪拦坝5座，水库2座，影响农田灌溉1万多亩，致使泉交河支流河水断流，沿河两岸部分群众生产生活陷入困境。,目前，湖南省国土资源厅已指派技术人员对岳家桥镇地面岩溶塌陷地质灾害进行全面应急调查。益阳市、赫山区先后成立了岳家桥地质灾害应急处置工作领导小组，妥善安置受灾群众。并积极恢复灾毁设施，修缮水利、公路等基础设施，对部分房屋开裂进行维修加固，恢复好被毁坏的农田。,5、岩溶地区主要地基处理原则,地基评价不能满足稳定性要求时，需要对地基进行适当的处理。一般对地基稳定有影响的岩溶洞隙，应根据其位置、大小、埋深、围岩稳定性和水文地质条件综合分析、因地制宜的采取下列处理措施：,1）对洞口较小的洞隙，宜采用镶补、嵌塞与跨盖等方法处理;,2）对洞口较大的洞隙，宜采用梁、板和拱等结构跨越。跨越结构应有可靠的支承面。梁式结构在岩石上支承长度应大于梁高的1.5倍，也可采用浆砌块石等堵塞措施;,3）对于围岩不稳定、风化裂隙破碎的岩体，可采用灌浆加固和清爆填塞等措施;,4）对规模较大的间隙，可采用洞底支撑或调整柱距等方法处理。,一般对地基稳定有影响的土洞，杜绝地表水渗入土层，使土洞停止发育和发展，当地质条件许可时，尽量对地下水采取截流、改道等，以阻止土洞继续发展。当土洞埋深较浅时，采用挖填和梁板跨越；对直径较小的深埋土洞，可不处理，仅在洞顶上部采用梁板跨越即可；对直径较大的深埋土洞，可采用顶部钻孔灌砂或灌碎石混凝土，以充填空间。当对地下水不能采取截流、改道等方式以阻止土洞发育时，一般可采用桩基等措施。,6、地基基础处理的比选,采用桩基在岩溶地基上建造高层建筑需要面对一系列特殊问题，如持力层的稳定、溶槽溶洞处理、同一承台下长桩与短桩的应力应变协调问题等。基础问题不但会严重影响安全、工期和造价，有时甚至成为工程成败的关键。而目前规范规程中涉及岩溶桩基的技术规定甚少，设计与施工依据不足。下面概述一下岩溶地区主要使用的桩基型式。,1）冲孔灌注桩,这种桩适用于地下岩溶发育，有多层溶洞，但溶洞洞穴小，上部洞穴顶板薄的地质情况，这种桩可冲(钻)穿上层溶洞顶板，到达下层溶洞顶板。有经验的施工人员可以从冲击声中察觉到顶板的厚度，由此判断是否已到达持力层。为稳妥起见，可在桩位先做超前钻，查清洞穴情况，再将冲击钻冲至满足设计要求之岩层。但在地下有大溶洞存在的情况下，不宜用这种桩，以免浇灌混凝土时，造成混凝土流失且难以控制。由于冲孔是靠钻头的自由落体运动形成的冲力来成孔的，所以冲孔桩还适用于开口裂隙多的地质情况，冲击钻所造成的桩孔垂直度好。,2）钻孔桩,钻孔桩的成孔直径大，一柱一桩，受力清楚，施工方便，适用于单桩荷载大、地下有孤石，夹层分布，岩溶表面不平的情况，用这种桩能钻穿孤石、夹层，将桩端可靠地支承在持力层上，桩端的嵌岩情况也好。但钻孔桩不宜用在溶岩裂除多，溶沟多的基岩中，因为施工中容易造成卡钻、钻杆沿溶岩斜壁偏斜，以至打偏等现象。,3）预应力管桩,预应力管桩适用于地下有淤泥、土洞、流砂、地下溶洞连通暗河等情况，压桩采用的预制桩不受上述因素的影响，压桩的单桩承载力可由压桩机上的压力表观察到，所以非常直观，易于掌握，但在土岩软弱过渡较快处容易出现断桩。,4）群桩,当岩溶表面极其复杂，但岩溶表面上履盖有较厚沙土层时，如果采用以上各种桩型都难于施工或保证成桩质量和安全度的情况下，群桩不失为解决此类复杂地质情况的一种有效选择群桩的桩端并不一定要求支承在变化极其复杂的岩面上，只要在群桩桩端体的压力泡，能有效搜盖基岩面，即有坚硬的下卧层即可，这样就避开了复杂变化的基岩表面对桩基造成的危害或潜伏的危害。采用静压预制管桩作为群桩是较好的一种方式。,5）夯扩桩,桩由上部桩身和下部复合载体组成，桩身为钢筋混凝土结构，复合载体是避软就硬，以碎砖、碎石、混凝土块等为填充料，在持力层内夯扩加固挤密形成的挤密实体。夯击过程中如遇土洞，可即时对土洞进行充填处理，不会危及地面安全。夯击到岩面时，由于强大的夯击能，实际上是对岩顶板进行强度及稳定性检验。若遇溶洞薄层顶板或节理裂隙较发育强度低时，即可击穿进行“深层强夯”处理，只要达到某种“收锤标准”就可定量取得承载力。,6）复合地基,对于建筑荷载较小，土层较厚，土洞较多，岩面起伏大，采用复合地基处理可避免直接应用天然地基时的沉降量大和承载力小的问题。复合地基部分土体被置换成增强体，由周围地基土共同承担荷载，目前在工程实践中多采用深层搅拌桩或刚性桩作为增强体。地基竣工验收应进行压板载荷试验，一般承载力可以达到220kPa左右。,7）其它,可以采取削散荷载的方法来减低桩基承受的压力，通常的做法是挖去一部分地基表面的软土，做成一层或多层的地下室，可以减少这部分软土体对桩基产生的附加荷载。可采用增大桩端接触面，分散应力的扩底桩也是非常好用的桩基型式。另外，当岩溶地基不甚复杂基岩埋深较浅的情况下，挖孔桩也不失为一种安全、可靠、省钱、直观的方式。,参考文献,中国房山岩溶地貌研究 赵逊,地理科学进展2000年03期,喀斯特地貌研究进展与趋势宋林华,