巖溶區(qū)溶洞及土洞對建筑物地基穩(wěn)定性影響的處理方法探討

【摘要】本文從溶洞、土洞對地基穩(wěn)定性的影響入手，結(jié)合工程實例，就巖溶地區(qū)的溶洞、土洞地基處理進(jìn)行探討，有一定借鑒意義。

【關(guān)鍵詞】溶洞；土洞；地基

我國的可溶性碳酸鹽巖分布面積達(dá)3.44×108km2，占國土面積的1/3以上，其中碳酸鹽巖出露面積約9l萬km2，為巖溶的發(fā)育提供了根本條件，廣西、云南、貴州等均是典型的巖溶分布大省，廣西桂林巖溶區(qū)為中國典型巖溶區(qū)。溶洞和土洞是在巖溶地基形成的地質(zhì)歷史過程中和后期逐漸形成的特殊地質(zhì)現(xiàn)象，由其所構(gòu)成的巖溶地基常常引起地基承載力不足、不均勻沉降、地基滑動和塌陷等地基變形破壞，若處理不好，將影響建筑物的安全使用，甚至發(fā)生塌陷事故，危及人民生命財產(chǎn)安全。因此，隨著近年來越來越多的工程興建在巖溶地區(qū)，如何采用合理、經(jīng)濟的措施處理溶洞、土洞地基，技術(shù)價值和經(jīng)濟意義頗為重大。

一、溶洞、土洞對地基穩(wěn)定性的影響

1．溶洞對地基穩(wěn)定性的影響。當(dāng)獨立基礎(chǔ)底面以下的土層厚度大于3倍基礎(chǔ)底面寬度，或大于6倍條形基礎(chǔ)底面寬度，且在使用期間不具備形成土洞的條件，或基礎(chǔ)位于微風(fēng)化硬質(zhì)可溶性巖石表面時，如基礎(chǔ)處于寬度小于1m的豎向溶蝕裂隙和落水洞近旁地段，可不考慮溶洞對地基穩(wěn)定性的影響。當(dāng)溶洞頂板與基礎(chǔ)底面之間上層厚度小于上述規(guī)定的要求，應(yīng)根據(jù)洞體大小、頂板形狀、巖體結(jié)構(gòu)和強度、洞內(nèi)充填情況以及巖溶水活動等因素，進(jìn)行洞體穩(wěn)定性分析。如地質(zhì)條件符合下列情況之一時，對一般建筑物可不考慮溶洞對地基穩(wěn)定性的影響：溶洞被密實的沉積物填滿，其承載力超過150KPa，且無被水沖蝕的可能性；洞體較小，基礎(chǔ)尺寸大于洞的平面尺寸，并有足夠的支承長度；微風(fēng)化的硬質(zhì)可溶性巖石中，洞體頂板厚度接近或大于洞跨。

2．土洞對地基穩(wěn)定性的影響。土洞常發(fā)育于巖溶地區(qū)覆蓋層中，土洞的發(fā)生、發(fā)展受巖溶發(fā)育的各種因素如巖溶、地質(zhì)構(gòu)造等影響。在存在土洞或地表塌陷的地段，在隱狀的基巖中必有洞隙等巖溶水通道。土洞對建筑物地基穩(wěn)定性的影響遠(yuǎn)大于巖溶，其主要原因是：土洞埋藏淺。土洞經(jīng)常處于建筑物地基壓縮層范圍內(nèi)，有的甚至在持力層中；土洞頂板強度低。上覆土層的抗壓強度比基巖強度低，當(dāng)土洞發(fā)育到一定階段，往往由于頂板不能承受自重而塌陷；土洞分布密度大。在某些地段呈密集分布；發(fā)育快。由于覆蓋土層受水侵蝕作用遠(yuǎn)大于巖基，因此，在自然條件下土洞發(fā)展速度快，特別是由于人工抽水改變該地區(qū)地下水動力條件，地表土層在短期內(nèi)便出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象。

二、溶洞、土洞地基處理

1．巖溶地基處理的一般原則。在對溶洞、土洞進(jìn)行地基處理時，一般應(yīng)遵循以下原則：（1）重要建筑物宜避開巖溶強烈發(fā)育區(qū)。（2）當(dāng)?shù)鼗唷r鹽等易溶巖時，應(yīng)考慮溶蝕繼續(xù)作用的不利影響。（3）不穩(wěn)定的巖溶洞隙應(yīng)以地基處理為主，并可根據(jù)其形態(tài)、大小及埋深，采用淺層楔狀填塞、清爆換填、梁板跨越、洞底支撐、調(diào)整柱距等方法處理。（4）巖溶水的處理宜采取疏導(dǎo)的原則。（5）在未經(jīng)有效處理的隱伏土洞或地表塌陷影響范圍內(nèi)不應(yīng)作天然地基，對土洞和塌陷宜采用地表截流、防滲堵漏、挖填灌填巖溶通道、通氣降壓等方法進(jìn)行處理，同時采用梁板跨越。對重要建筑物應(yīng)采用樁基或墩基。（6）應(yīng)采取防止地下水排泄通道堵截造成動水壓力對基坑底板、地坪及道路等不良影響以及泄水、涌水對環(huán)境的污染的措施。（7）當(dāng)采用樁(墩)基對，宣優(yōu)先采用大直徑墩基或嵌巖樁。此外，在建筑結(jié)構(gòu)措施中，應(yīng)選用有利于與上部結(jié)構(gòu)共同工作，并可適應(yīng)小范圍塌落變位、整體性好的基礎(chǔ)形式，如配筋的十字交叉條基、箱基等，同時采取必要的結(jié)構(gòu)加強措施，如磚石結(jié)構(gòu)加強圈梁設(shè)置、單層廠房基礎(chǔ)梁與柱連成整體，并加強柱間支撐系統(tǒng)等。

2．溶洞地基的處理方法。對地基穩(wěn)定性有影響的巖溶洞隙，應(yīng)根據(jù)其位置、大小、埋深、圍巖穩(wěn)定性和水文地質(zhì)條件綜合分析，因地制宜采取下列措施：（1）對洞口較小的洞隙，宜采用鑲補、嵌塞與跨蓋等方法處理。（2）對洞口較大的洞隙，宜采用梁、板和拱等結(jié)構(gòu)跨越。跨越結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的支承面。梁式結(jié)構(gòu)在巖石上的支承長度應(yīng)大干梁高1.5倍，也可采用漿砌塊石等堵塞措施。（3）對于圍巖不穩(wěn)定、風(fēng)化裂隙破碎的巖體，可采用灌漿加固和清爆填塞等措施。（4）對規(guī)模較大的洞隙，可采用洞底支撐或調(diào)整柱距等方法處理。

3．土洞地基的處理方法。如前所述，土洞對建筑物的影響有時比溶洞還要大，因此在巖溶地段進(jìn)行建設(shè)時，可采用釬探的方法(采用釬探進(jìn)行驗槽，對查清土洞或塌陷的的分布很有成效)，查清土洞的分布、形狀、深度，以及發(fā)育程度。對地基中存在的土洞，應(yīng)根據(jù)土洞在地基中所處的位置、土洞大小及形狀、埋深、水文地質(zhì)條件等，綜合采取處理措施，如挖填法（一般適用于淺層土洞）、灌填法（用于埋藏深、洞徑大的土洞）、梁板跨越法（對埋置較深和直徑較小的士洞）、樁基法（對重要建筑物，當(dāng)土洞較深時可用）、處理地表水及地下水法（由地表水滲入地下而形成土洞，或地表塌陷時可用）。

三、溶洞和土洞綜合處理的工程實例

1．工程概況。某電廠擴建工程，廠址為巖溶地區(qū)，廠房為鋼筋混凝土框架、排架結(jié)構(gòu)，輔助、附屬建筑多為磚混結(jié)構(gòu)。主廠房基礎(chǔ)設(shè)計為獨立基礎(chǔ)，埋深－5.5m，持力層為較完整的石灰?guī)r和白云巖，基巖中厚層，強度較高，抗壓強度在3000KPa以上，上覆紅粘土、碎石等厚度1.0m～5.0m。

2．工程地質(zhì)問題。工程地質(zhì)勘察時布置82個鉆孔，據(jù)鉆孔資料統(tǒng)計，巖溶鉆孔可見率19.5%，直線巖溶率1.4%，溶洞數(shù)量多，大小分布不均勻，規(guī)模大。主廠房C軸線區(qū)段，巖溶鉆孔可見率73%，直線巖溶率7.9%，C軸線8＃～12＃軸線，有長達(dá)40m，寬度5.45m～9.80m，最大洞體高度4.35m，洞內(nèi)充滿淤泥質(zhì)粘土，另有大小不等的多層水平溶洞，洞間頂板厚度大致在1.30m～2.50m之間，溶洞均地柱基基礎(chǔ)底面標(biāo)高以下，對主廠房基礎(chǔ)穩(wěn)定性影響很大。開挖時發(fā)現(xiàn)大小不等的溶槽、溶溝和起伏不平的石芽，在槽、溝和巖面上分布可塑狀態(tài)粘土和軟塑狀態(tài)粘土，極可能發(fā)生地面變形、地基局部塌陷，嚴(yán)重影響建筑物的安全和正常使用。

3．溶洞和土洞綜合處理方法。經(jīng)過對溶洞各項特征的調(diào)查研究和統(tǒng)計分析，結(jié)合工程實際，確定如下處理方案：（1）對一般較淺的溶洞、溶槽、溶溝，較淺的盡量挖除洞、槽、溝內(nèi)的填土，直接用C10素混凝土進(jìn)行充填。（2）對一般較深的溶洞、溶槽、溶溝，在下部拋填塊石，中、上部填碎石，設(shè)置反濾層，上部則盡量打鑿成倒喇叭形斜面，用C10素混凝土進(jìn)行充填，其厚度不小于上部寬度的一半，且不小于500mm。（3）對石芽和坡度較陡的基巖，則截除突出部分，緩和基底應(yīng)力分布，減少回填量。當(dāng)基礎(chǔ)遇到陡巖時，按每階水平距離500mm進(jìn)行坡上放階處理。（4）在壓縮層范圍內(nèi)只有局部基巖出露，大部分為土層的地基，用褥墊處理，打掉石芽，根據(jù)試驗所得的變形與壓力曲線關(guān)系或由計算方法按照地基變形協(xié)調(diào)原則，在基礎(chǔ)和石芽之間做500mm厚粗砂作褥墊層。（5）對較深大的溶洞，將上部原設(shè)計獨立基礎(chǔ)變更為橫向條形基礎(chǔ)梁，將柱基抬起用倒梁法計算確定基礎(chǔ)梁截面1800×3500。在施工時，作如下構(gòu)造處理：將跨越的洞口兩邊修鑿成倒喇叭形，在上面澆灌不小于800mm厚的C10混凝土，且使條基底部有較均勻的接觸面。

4．工程處理效果。該工程的巖溶問題經(jīng)靈活處理，滿足工程設(shè)計和施工要求。該廠房建成投產(chǎn)后，經(jīng)過多年正常運行證明，工程處理收到預(yù)期效果。

參考文獻(xiàn)

[1]王權(quán)武．溶洞、土洞穩(wěn)定性評價與工程處理[J]．甘肅科技．2007（6）：175～176

[2]劉之葵，劉寶臣，謝永雄．桂林巖溶地基中的不良地質(zhì)現(xiàn)象及治理[J]．路基工程．2007（5）：163～165

[3]李智毅等．工程地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M]．武漢：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1990