熔巖地基的地質(zhì)勘察與地基處理方法

阿旳力江·阿不拉

摘 要：我們從巖溶地基的工程勘察技術(shù)要求、工程地質(zhì)條件、巖溶發(fā)育特征、地基穩(wěn)定性評價(jià)、工程施工難度討論及基礎(chǔ)方案等幾個(gè)方面，介紹了建筑工程的勘察，并且分析了在巖溶地基分階段進(jìn)行工程勘察的重要性，從對房地產(chǎn)開發(fā)戰(zhàn)略的層面闡述了巖溶地基勘察的意義。

關(guān)鍵詞：巖溶地基；地質(zhì)勘察；地基處理

1 巖溶的一般形態(tài)和形成原因

巖溶地貌是具有溶蝕力的水對可溶性巖石進(jìn)行溶蝕等作用所形成的地表和地下形態(tài)的總稱。又稱喀斯特地貌。其主要形態(tài)有溶洞、溶溝、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗及鐘乳石等，是可溶性巖受水的化學(xué)和物理作用的結(jié)果。巖溶發(fā)育的基本條件：①具有可溶性巖層；②具溶蝕能力和流量足夠的水；③地下水有下滲、流動(dòng)的途徑。

一般地說，硫酸鹽巖層、鹵素類巖層巖溶發(fā)展速度較快；碳酸鹽類巖層則發(fā)展速度較慢。質(zhì)純層厚的巖層，巖溶發(fā)育強(qiáng)烈，且形態(tài)齊全、規(guī)模較大；含泥質(zhì)或其他雜質(zhì)的巖層巖溶發(fā)展較弱。結(jié)晶顆粒粗大的巖石，巖溶較為發(fā)育，結(jié)晶顆粒細(xì)小的巖石，巖溶發(fā)育較弱。巖溶的發(fā)育是緩慢的，在建筑物使用年限內(nèi)可認(rèn)為是不變的。

覆蓋在巖溶面上的沖積、洪積層，在地表水下滲或地下水升降變化的情況下，土顆粒沿巖溶、洞穴裂隙帶走，使上層土形成空洞而形成土洞。土洞是巖溶作用的產(chǎn)物，土洞其下基巖必有巖溶水通道，土洞常分布于溶溝西側(cè)和落水洞、石芽上口等位置。

2 巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘察中地基處理原則

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘察中關(guān)于那些對地基穩(wěn)定有影響的土洞，應(yīng)盡量對地下水采取改道、截流等方法，防止地表水滲入土層而導(dǎo)致土洞停止發(fā)育和發(fā)展。對于那些直徑較小的深埋土洞，只需在洞頂上部采用梁板跨越，或者可以不處理；當(dāng)土洞埋深較淺時(shí)，應(yīng)該盡可能地采用挖填和梁板跨越；對直徑較大的深埋土洞，可采用灌碎石混凝或者頂部鉆孔灌砂土的方法來充填空間；而對于那些地下水不能采取截流、改道等方式的情況，一般可采用樁基等措施來阻止土洞的發(fā)育。同時(shí)，在巖溶地區(qū)樁基在設(shè)計(jì)或施工時(shí)，要對每個(gè)孔實(shí)行地質(zhì)勘察，認(rèn)真分析地質(zhì)情況，為今后的設(shè)計(jì)和施工提供數(shù)據(jù)，而在對厚砂層和溶洞發(fā)育地段鉆孔時(shí)，要反復(fù)沖砸，上部砂層施工應(yīng)緩慢鉆進(jìn)，保證護(hù)壁的質(zhì)量，應(yīng)緩慢進(jìn)行，預(yù)防下層的巖溶出現(xiàn)安全隱患。對地基穩(wěn)定有影響的巖溶洞隙，必須因地制宜，根據(jù)其大小、位置、圍巖穩(wěn)定性埋深以及水文地質(zhì)條件等進(jìn)行綜合分析并采取下列處理措施：（1）對洞口較大的洞隙，應(yīng)該采用板、梁和拱等結(jié)構(gòu)跨越。其中，梁式結(jié)構(gòu)在巖石上支承長度應(yīng)該盡可能地小于梁高的1.5倍，或者直接采用漿砌塊石等堵塞措施跨越結(jié)構(gòu)；（2）對洞口較小的洞隙，宜采用跨蓋、鑲補(bǔ)嵌塞與等方法處理；（3）對規(guī)模較大的間隙，可采用洞底支撐或調(diào)整柱距等方法處理；（4）對于風(fēng)化裂隙破碎、圍巖不穩(wěn)定的巖體，可采用灌漿加固和清爆填塞等措施。

3 巖溶地基的分析

巖溶不良地質(zhì)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(dòng)和塌陷等地基變形破壞。隨著越來越多的工程興建在巖溶地區(qū)，巖溶地基問題就成為工程建設(shè)中的突出問題，加強(qiáng)巖溶地基穩(wěn)定性分析評價(jià)，采用合理、經(jīng)濟(jì)的地基處理措施，有著重大的技術(shù)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)意義。

巖溶地基分析評價(jià)過程的一般步驟為：實(shí)際洞體→幾何模型→力學(xué)模型→數(shù)學(xué)模型→計(jì)算方法→結(jié)論。其核心內(nèi)容是力學(xué)模型、數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法的研究。近年來在該領(lǐng)域內(nèi)的研究取得較大進(jìn)展， 對巖溶空洞地基穩(wěn)定性的分析評價(jià)經(jīng)歷了從定性→半定量→定量的過程。

定性評價(jià)法適用于初勘階段選擇場地及一般工程地基穩(wěn)定性分析評價(jià)，包括綜合分析法、經(jīng)驗(yàn)比擬法。

半定量評價(jià)方法：①頂板厚跨比法；此法常用于穩(wěn)定圍巖。不考慮頂板形態(tài)、荷載大小和性質(zhì)，根據(jù)近似的水平投影跨度L和頂部最薄處厚度h，求出厚跨比h/L，作為安全厚度評價(jià)依據(jù)。②估算頂板安全厚度法。

定量評價(jià)法：巖溶地基穩(wěn)定性研究的發(fā)展趨勢，必將是由定性到定量，由平面到三維的過程。

4 巖溶地質(zhì)情況下的地基處理技術(shù)

4.1 填墊技術(shù)

該技術(shù)可分為充填法、換填法、挖填法、墊褥法等幾類。

充填法適用于裸露巖溶土洞，其上部附加荷載不大的情況。最底部須用塊石、片石作填料，中部用碎石，上層用土或混凝土填塞，以保持地下水的原始流通狀況，使其形成自然的反濾層當(dāng)已被充填的巖溶土洞，如充填物物理力學(xué)性質(zhì)不好，可采用換填法。須清除洞中充填物，再全部用塊石、片石、砂、混凝土等材料進(jìn)行換填。

4.2 樁基技術(shù)

4.2.1 沖孔灌注樁

這種樁適用于地下巖溶發(fā)育，有多層溶洞，但溶洞洞穴小，上部洞穴頂板薄的地質(zhì)情況，這種樁可沖（鉆）穿上層溶洞頂板，到達(dá)下層溶洞頂板。有經(jīng)驗(yàn)的施工人員可以從沖擊聲中察覺到頂板的厚度，由此判斷是否已到達(dá)持力層。為穩(wěn)妥起見，可在樁位先做超前鉆，查清洞穴情況，再將沖擊鉆沖至滿足設(shè)計(jì)要求之巖層。但在地下有大溶洞存在的情況下，不宜用這種樁，以免澆灌混凝土?xí)r，造成混凝土流失且難以控制。由于沖孔是靠鉆頭的自由落體運(yùn)動(dòng)形成的沖力來成孔的，所以沖孔樁還適用于開口裂隙多的地質(zhì)情況，沖擊鉆所造成的樁孔垂直度好。

在沖孔灌注施工中如遇漏漿，向孔內(nèi)回填大量摻有稻草的粘土或者水泥，目的是堵漏，小裂隙的漏漿，粘土可不必裝袋，可直接倒入孔內(nèi)，水泥需整袋拋入，使其沉底，如遇斜巖，向孔內(nèi)回填粒徑較大的毛石，反復(fù)沖擊直至樁錘不偏錘，當(dāng)再次發(fā)生漏漿時(shí)，重復(fù)上述工作，直到完成一個(gè)樁孔為止。這樣施工的結(jié)果是堵住了漏漿，堵住了溶洞，保證泥漿質(zhì)量且能正常返漿，正常進(jìn)尺，同時(shí)在灌注砼時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)大量超灌。遇溶洞內(nèi)填充含卵石粘土，對于較大溶洞底部的用挖機(jī)向樁孔內(nèi)填入的毛石，反復(fù)低錘沖擊毛石入卵石層，需多次填入直徑較大的毛石，毛石擠入卵石中，這種情況下沖樁時(shí)間較長，對工期影響較大。對于群樁基礎(chǔ)的，如能在上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理的，可建議設(shè)計(jì)在上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng)處理。如熟料庫34#樁，填入大量毛石，再行沖孔，當(dāng)沖孔不能再進(jìn)尺時(shí)，終止施工，澆筑水下混凝土，后經(jīng)高應(yīng)變檢測，樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

4.2.2 鉆孔樁

鉆孔樁的成孔直徑大，一柱一樁，受力清楚，施工方便，適用于單樁荷載大、地下有孤石夾層分布，巖溶表面不平的情況，用這種樁能鉆穿孤石、夾層，將樁端可靠地支承在持力層上，樁端的嵌巖情況也好。但鉆孔樁不宜用在溶巖裂隙多，溶溝多的基巖中，因?yàn)槭┕ぶ腥菀自斐煽ㄣ@、鉆桿沿溶巖斜壁偏斜，以至打偏等現(xiàn)象。

4.2.3 預(yù)應(yīng)力管樁

預(yù)應(yīng)力管樁適用于地下有淤泥、土洞、流砂、地下溶洞連通暗河等情況，壓樁采用的預(yù)制樁不受上述因素的影響，壓樁的單樁承載力可由壓樁機(jī)上的壓力表觀察到，所以非常直觀，易于掌握，但在土巖軟硬過渡較快處容易出現(xiàn)斷樁

4.2.4 夯擴(kuò)樁

樁由上部樁身和下部復(fù)合載體組成，樁身為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，復(fù)合載體是避軟就硬，以碎磚碎石、混凝土塊等為填充料，在持力層內(nèi)夯擴(kuò)加固擠密形成的擠密實(shí)體。夯擊過程中如遇土洞，可即時(shí)對土洞進(jìn)行充填處理，不會(huì)危及地面安全。夯擊到巖面時(shí)，由于強(qiáng)大的夯擊能，實(shí)際上是對巖頂板進(jìn)行強(qiáng)度及穩(wěn)定性檢驗(yàn)。若遇溶洞薄層頂板或節(jié)理裂隙較發(fā)育強(qiáng)度低時(shí)，即可擊穿進(jìn)行“深層強(qiáng)夯”處理，只要達(dá)到某種“收錘標(biāo)準(zhǔn)”就可定量取得承載力。

5 結(jié)束語

巖溶地基由于其復(fù)雜性和多樣性，在地基礎(chǔ)處理方式選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)需因地制宜，在探明地基情況的基礎(chǔ)上選擇最有效經(jīng)濟(jì)的方法。

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