岩溶地区的主要工程地质问题及处理措施ppt课件

鬼斧神工喀斯特 1 一 岩溶地貌对工程的影响二 岩溶地貌的工程处理方法三 岩溶地貌的工程处理实例 2 一 岩溶地貌对工程的影响1 地基稳定性及塌陷问题在岩溶地区 由于地表覆盖层下有石芽溶沟 岩体内部有暗河 溶洞 建筑物的地基通常很不均匀 上覆土层还常因下部岩溶水的潜蚀作用而坍塌 形成土洞 土洞的塌陷常突然发生在地下岩溶发育的区域工民建筑物的压力作用范围多在地面以下10m左右 所以 建筑物的地基既涉及上覆土层 也涉及下伏基岩 而岩溶区的土层特点是厚度变化大 孔隙比高 因此 地基易产生不均匀下降 从而导致建筑物倾斜甚至破坏 3 地基塌陷 4 根据岩溶发育的特点 岩溶地区可能遇到以下几类地基 1 石芽地基由于地表岩溶作用 石灰岩表层溶沟发育 纵横交错的溶沟之间多残留有锥状或尖锥状的石芽 致使石灰岩基面高低不平 形成石芽地基 石芽间的溶沟常被土填充 因此强度较低 压缩性较高 易引起地基的不均匀沉降而影响建筑物的稳定性 2 溶洞地基溶洞地基的稳定性取决于溶洞的规模 埋深及填充情况 当溶洞的规模大 埋深浅 溶洞顶板承受不了荷载时 就会使溶洞顶板坍塌 地基失稳 3 土洞地基在覆盖型岩溶地区 可溶岩的上覆土层中常常发育着空洞 一般叫土洞 当土洞顶板在建筑物载荷下失去平衡而产生下陷或者坍落时 会危急建筑物安全 岩溶洞 5 2 渗透和突水问题若地区的岩体中有许多裂隙 管道和溶洞 在进行水库 大坝 隧道 基坑等工程时 如存在承压水并有富水优势断裂作为通道 则可能会遇到地下突水而导致基坑 隧道等工程的排水困难甚至淹没 也可能因岩溶渗漏而造成水库无法蓄水 井下突水 6 二 岩溶地貌的工程处理方法1 地基塌陷问题的处理 1 石芽地基在石芽地基上修建建筑物时 必须查清基岩的埋深 起伏情况 覆盖土层的压缩性及石芽的强度 2 当建筑物地基直接遇到溶洞时 可视溶洞的规模及充填物情况 进行适当处理 规模小 可采用清除或堵塞 或盖板跨越 规模大 则不宜作为建筑物的地基 为了确保溶洞地基的稳定性 必须根据溶洞的规模 溶洞顶板岩层的性质确定洞穴离地面的安全深度 即溶洞顶板的安全厚度 当溶洞埋深大于安全厚度时 地基是稳定的 否则地基不稳定 必须进行处理 实践中 对溶洞顶板安全厚度的确定常采用以下方法 a 对洞顶完整的溶洞 顶板安全厚度采用厚跨比法确定 认为当溶洞顶板厚度h与建筑物跨过溶洞的长度L之比h L 0 5时 溶洞顶板安全 b 对顶板不完整 洞顶坍塌的溶洞 顶板安全厚度洞顶板坍塌堵塞计算法 所需塌落高度 H 按下式计算 H H0 K 1 式中H0 洞体最大高度 m K 岩体松散 涨余 系数 石灰岩K 1 2 粘土K 1 05 7 c 若溶洞顶板不完整 裂隙 节理发育 则可按裂隙节理分布特征采用受力的梁 板 计算弯矩 根据弯矩和岩体应力求洞顶板的厚度 2 渗漏和突水问题 1 库区的选择库区应选在地势低洼 四周地下水位较高 上游有大泉出露而下游无大泉出露 上下游流量没有显著差异的河段上 要避免邻区有深谷大河 如果发现库底有渗漏 可采用堵 铺 截 围 引等方法进行处理 多数情况下 由于渗漏形式和通道较复杂 需要采取综合处理 堵 是处理集中渗漏通道的主要办法 可利用不同的材料堵塞空洞 堵塞材料可因地制宜采用块石 砂 混凝土或粘土等 截 系指在地下管道的集中渗水出筑隔水墙截断渗漏通路 围 库区有个别大溶洞或反复泉 采用简单的堵法不能见效 可以修筑高烟筒圆形围墙 将其与水库隔离以达到防渗的目的 铺 是处理地表呈面状或带状的分散渗漏带的常用办法 库岸斜坡常用混凝土盖板或粘土斜墙 库底则常用粘土铺盖 灌 灌入浆液充塞孔洞和裂隙 并使经过灌浆的地带连成一帷幕 以起到防止渗漏的作用 这是防止坝基和绕坝防渗最常用的办法 8 3 方式说明岩溶地基变形破坏主要形式有地基承载力不足 不均匀沉降 地基滑动 地表坍塌等 目前对岩溶洞体稳定性评价方法有定性 半定量和定量之分 对稳定围岩 将洞体顶板视作结构自承重体系 可用结构力学分析法 对不稳定围岩 一般用散体理论分析法 岩溶地基处理方法视具体情况采取 不处理 绕避 处理 三类措施 1 溶岩地基可不加处理的场合属于下列情况的 岩溶地基可不加处理 岩溶在基础影响范围以外 溶洞处于地基压缩层深度以下或垂直附加应力与洞顶地层自重应力之比 10 时 洞顶板无破碎现象 受力地基边缘无土洞 漏斗 落水洞地段 基础位于微风化硬质岩表面且宽度小于1m的竖向洞隙旁 洞隙被密实充填且无被水冲蚀可能地段 洞体厚跨比大于1 围岩完整性好或洞体小于基础底面 9 2 可采取绕避措施的情况当遇到以下情况时 宜采取 绕避 措施 岩溶区 断裂 孔隙发育 宽度和密度较大 其底与溶洞 暗河相通的地段 溶洞 暗河发育地区 溶洞的洞径大 顶板薄 裂隙发育 基岩破碎 暗河水流较大且洞内无或少充填物的地段 岩溶水以表流和暗流交替出现 岩溶发育复杂无规律 落水洞分布较密且漏水严重 塌陷时常发生的地段 基岩起伏 流塑或可塑软土分布广且厚度变化大 地下水活动强烈地段 地基处理费用太高的地段 土洞区 土层薄 裂隙发育且地表水入渗条件好 其下伏基岩有通道 暗河或呈负岩面的地段 石芽或出露岩体与上覆土体交接处 岩体裂隙 通道发育为地表水集中入渗的地段 地层下岩体两组结构面交汇或处于宽大裂隙带上的地段 隐伏深大岩溶洞 隙 沟 槽 漏斗等 其临近基岩面以上有软弱土层分布地段 人工降水降落漏斗的中心地段及地面低洼 地面水体近旁的地段 当岩溶体地基的强度和稳定性不能满足工程要求 常据岩溶具体情况 工程要求 施工条件 按照安全性与经济性原则选择适当的地基处理方法 10 3 处理方式 填垫法 该法可分为充填法 换填法 挖填法 垫褥法等几类 充填法 适用于裸露岩溶土洞 其上部附加荷载不大的情况 最底部须用块石 片石作填料 中部用碎石 上层用土或混凝土填塞 以保持地下水的原始流通状况 使其形成自然的反滤层 换填法 当已被充填的岩溶土洞 如充填物物理力学性质不好 可采用换填法 须清除洞中充填物 再全部用块石 片石 砂 混凝土等材料进行换填 换填法图示 11 挖填法 对浅埋的岩溶土洞 将其挖开或爆破揭顶 如洞内有塌陷松软土体 应将其挖除 再以块石 片石 砂等填入 然后覆盖粘性土并夯实 称挖填法 此法适用于轻型建筑物 并且要估计到地下水活动再度掏空的可能性 为提高堵体强度和整体性 在填入块石 片石填料时 注入水泥浆液 对于重要工程基础下或较近的溶洞 土洞 除去洞中软土后 将钢筋或废钢打入洞体裂隙后再用混凝土填洞 对四周的岩石裂隙注入水泥浆液 以粘结成整体 并阻断地下水 垫褥法 对岩溶洞 隙 沟 槽 石芽等岩溶突出物 可能引起地基沉降不均匀 将突出物凿去后做30 50cm砂土垫褥处理 称为垫褥法 加固法该法通常包括灌浆法 顶柱法 强夯法 挤密法 浆砌法等 灌浆法 对埋深较大的岩溶土洞 宜采用密钻灌浆法加固 应视岩溶洞隙含水程度和处理目的来选择材料 用于填塞时 可用粘土 砂石 混凝土 水泥砂浆等 用于防渗时 可用水泥浆和沥青作帷幕 灌浆顺序可先外围后中间 先地下水上游后下游 用于充填加固时 用快干材料或砂石等将洞隙先行填塞 开始时压力不宜过高 以免浆料大量流出加固范围 在对广州白云机场候机楼扩建工程岩溶地基处理过程中 程鉴基运用双液化学硅化法对复杂多层含水溶洞成功进行加固 12 13 顶柱法 当洞顶板较薄 裂隙较多 洞跨较大 顶板强度不足以承担上部荷载时 为保持地下水通畅 条件许可时采用附加支撑减少洞跨 称顶柱法 一般在洞内做浆砌块石填补加固洞顶并砌筑支墩作附加支柱 贵州一铁路构筑物以半挖半填形式通过一顶板厚2 3 2m的大型溶洞上方 在洞内砌筑4根浆砌片石柱以支撑溶洞顶板 即获解决顶板稳定问题 强夯法 在覆盖形岩溶区 处理大面积土洞和塌陷时 强夯法是一种省工省料 快速经济且能根治整个场地岩溶地基稳定性的有效方法 一般夯击遍数1 8遍 夯点距3m 如无地下水影响 两遍夯击间歇时间可不受限制 在夯击过程中 如果夯锤突然下陷 说明下部有隐伏土洞 此时可随夯随填土或砂砾土料处理 对岩洞土洞中软土较深地段 适宜于挤密性 采用砂柱 石灰柱 松土桩 混凝土桩或者钢管等打入洞内 形成复合地基 提高地基稳定性和强度 14 跨越法此法包括板跨法 梁跨法 拱跨法等 板跨法 深度较大 洞径较小不便入内施工或洞径虽大 但因有水的溶洞 可据建筑物性质和基底受力情况 用混凝土板或钢筋混凝土板封顶 称板跨法 桂林某厂车间柱基基础下面采用钢筋凝土板跨越下伏溶洞或土洞 在各杯口周围同样预留灌浆孔 保证了各柱沉降比较均匀 宜春市张坊大桥3号桥台也用钢筋混凝土板跨越溶沟 处理效果良好 梁跨法 对埋藏较深但仍位于地基持力层内的规模较小的塌陷或土洞 可用弹性地基梁或钢筋混凝土梁跨越土洞或塌陷体 贵州某影剧院岩溶地基的处理采用倒挂式沉井墩式基础作支承 然后在沉井 墩基及基岩上架设20 6m的弹性地基梁跨越溶洞处理效果甚佳 拱跨法 在地下建筑工程的边墙 堑式挡墙 堤式坡脚挡墙及桥墩 桥台等地基下常见洞身较宽 深度又大 洞形复杂或有水流的岩溶地基 宜采用拱跨形式 拱分浆砌片石拱 混凝土拱 钢筋混凝土拱 15 桩基法溶洞 塌陷漏斗较深较大或溶洞多层发育 可采用桩基础 在基岩起伏处 其上覆土层性质较软弱 厚度又大 不易清除时 宜采用钻孔或冲孔灌注桩 爆扩桩 视工程需要作支承桩或摩擦桩 桩头锚入基岩内 采用打入桩时 桩尖应锚入基岩 采用人工挖孔桩时 多数情况开挖时宜设护壁 湖南某厂锅炉房采用钻孔灌注桩有效处理了深达12 3m 宽4 8m的溶洞 广西某市中心广场24层贸易大厦采用冲孔和挖孔要结合 解决复杂 多层 含水岩溶地基强度和稳定性问题 16 三 岩溶地貌的工程处理实例1 工程概况某工程位于广州市白云区内 是一个以住宅为主 集商业 娱乐综合建设的小区 有多幢单层 低层及多层建筑物 最高为十层住宅楼 2 地质条件该工程场区位于广花高速公路庆丰收费站附近 地处丘陵 洪冲积地带 从初步地质钻探资料反映 场地内基岩以石炭系灰岩为主 局部为炭质页岩 并存在溶洞等不良现象 场地地层自上而下分别为 人工填土层 耕植土 第四系冲积层 由淤泥 中砂 淤泥质土 粉砂 砾砂 细砂 粉质粘土 粘土等构成 全风化 强风化炭质页岩 中风化 微风化灰岩 其中全风化岩带厚度变化较大 从2m 5 5m 强风化岩层厚1 9m 12 8m 场地地下水主要赋存于第四系冲积砂层 溶洞及基岩裂隙中 粉质粘土及粘土层为弱透水层 连续性较差 大部分地区阻隔孔隙水与岩溶水 裂隙水的联系 有部分砂层直接与基岩接触 孔隙水与岩溶水 裂隙水水力联系密切 17 3 地基与基础处理工程以该小区一幢十层建筑为例介绍其地基与基础处理技术 该工程原设计采用了预制高强预应力混凝土管桩 但施工中管桩被送入土中12多米仍未能收桩 有些还不见踪影 在此情况下 设计经咨询研讨后修改地基方案 改用深层搅拌桩加固地基 基础改为浮筏基础 在深层搅拌桩施工过程中出现了土方塌陷 为了确保工程质量 对地质情况再次钻探勘查 钻探结果证实 该工程主要有四个大的土洞 溶洞与之伴生 还有个别很小的洞 其分布如图所示 18 其中K4钻孔土洞面积为6 K25土洞为15 K8为土洞 溶洞分布约20 K27也为溶洞土洞分布区 呈长条形 约48 各洞内充满地下水 并充填流动状泥砂混合物 部分钻孔中见腐殖质 灰岩碎块 在深层搅拌桩施工过程出现塌陷现象 是由于搅拌桩钻机钻穿部分砂层的土洞 砂层 泥层掉落土洞而引起 钻探确定土洞 溶洞位置后 决定用砂及灌注水泥浆的方法对土洞 溶洞进行处理 完成后再继续深层搅拌桩的施工 并对部分地质复杂的搅拌桩作加强处理 溶洞和土洞充填处理后 搅拌桩施工不再塌陷 但在随后的测桩试验中发现部分土洞的搅拌桩还达不到设计要求 这与土洞和溶洞的复杂性有关 此外非土洞范围的搅拌桩 在桩顶3 17的范围内 由于是回填土 导致部分搅拌桩成形不够理想 根据以上的情况 设计决定在土洞范围的搅拌桩再用钢管桩加强处理 对非土洞范围部分成孔不够理想的搅拌桩 在搅拌桩桩心浇筑素混凝土桩 19 4 处理经验在溶洞地区的地基处理必须慎之又慎 这类工程 在地质资料详尽的情况下 可以通过评价 对比选出合理的地基方案 此外 在考虑整体支承上部荷载的方案时 应重点处理顶板很薄的溶洞 土洞 溶洞的地下水具有流动性 在选择地基方案时 应特别注意水泥浆可能被稀释或带走 影响构件的形成或削弱构件强度的情况 地基处理时 回填中砂使土洞 溶洞的空隙填充均匀 密实 有一定的难度 主要靠施工方案的可行性和操作队伍的经验来实现 因此 施工队伍的选择是非常重要的 20