某復(fù)雜巖溶場地的高層建筑工程地質(zhì)勘察實(shí)踐分析

陳海東

（1.建材廣州工程勘測院有限公司，廣東 廣州 510000；2.中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心廣東總隊(duì)，廣東 廣州 510000）

0 前言

巖溶，又名喀斯特（KARST），多為可溶性巖石（石灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽類巖石）和地下水發(fā)生化學(xué)溶蝕作用，形成諸如溶溝、溶槽、裂隙和空洞，部分地段由于巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，洞頂發(fā)生塌陷形成地表空洞、沉陷，這一系列作用和表現(xiàn)都稱為巖溶現(xiàn)象。我國幅員遼闊，地質(zhì)活動頻繁，因此巖溶現(xiàn)象在全國區(qū)域內(nèi)分布廣泛。巖溶場地地層的情況多十分復(fù)雜，地基設(shè)計(jì)和施工成為工程建設(shè)的難點(diǎn)和重點(diǎn)，為了保障工程的平穩(wěn)推進(jìn)，建筑的巖土工程勘察階段尤為重要，下面將結(jié)合郴州某高層建筑勘察對巖溶區(qū)域的工程地質(zhì)勘察要點(diǎn)進(jìn)行介紹。

1 詳勘方案的布置

1.1 擬建工程概況

郴州某項(xiàng)目，擬建建筑物為8棟26-31層高層住宅（一期工程），框架剪力墻結(jié)構(gòu)，位于蘇仙區(qū)青年大道與茶園路交匯處，青年大道北側(cè)，場地交通便利。場地原始地貌屬剝蝕丘陵地貌，場地東面、西面及北面均為山坡林地，南面為青年大道。場地總地勢北高南低，孔口高程為199.51m～249.51m，高差較大。勘察期間，場地尚未進(jìn)行土方開挖修整。

1.2 場地工程地質(zhì)情況

郴州市土層情況：平、崗、丘主要以第四紀(jì)松散堆積物、紅巖、灰?guī)r及砂頁巖為主；山地以花崗巖、變質(zhì)巖、灰?guī)r以及砂頁巖等四種主要巖石構(gòu)成。區(qū)域地質(zhì)圖見圖1。

圖1 區(qū)域地質(zhì)圖

1.3 詳勘鉆探方案布置

擬建工程重要性等級為二級，前期通過資料搜集和初步勘察，擬建場地下部存在巖溶發(fā)育情況，線巖溶率30%（鉆孔中巖溶空洞的長度/鉆孔中碳酸巖石的長度）及鉆孔見洞率27.4%（有巖溶現(xiàn)象的鉆孔/總鉆孔）數(shù)據(jù)，定性結(jié)果為強(qiáng)發(fā)育，場地復(fù)雜程度為一級（復(fù)雜場地），地基復(fù)雜程度等級為二級（中等復(fù)雜地基），綜合判定勘察等級為甲級。擬建建筑物不規(guī)則，在凸出的角部位置和電梯井處（此處部位荷載較大）布置了鉆孔，鉆孔間距小于25m，勘探線間距小于20m。詳見圖2。

圖2 擬建工程地質(zhì)圖

1.4 詳勘鉆孔地層數(shù)據(jù)

詳勘揭露場地地層如下。

雜填土：黃色、灰褐色，稍濕，松散狀態(tài)。

粉質(zhì)黏土1：坡殘積成因，黃褐色，褐紅色，可塑-硬塑狀，稍濕，切面稍光滑。

粉質(zhì)黏土2：殘積成因，黃褐色，褐紅色，可塑～軟塑狀，很濕，切面稍光滑，稍有光澤，搖振無反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性中等。

強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁巖：黑灰色，泥狀結(jié)構(gòu)，頁理構(gòu)造，主要成分為黏土礦物和植物碳，泥質(zhì)膠結(jié)，巖芯破碎呈碎屑狀、泥砂狀，夾碎塊狀。

中風(fēng)化石灰?guī)r（破碎）：青灰色，灰黑色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖石較破碎，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理面鈣質(zhì)膠結(jié)為主，巖面溶蝕淺溝槽發(fā)育，巖芯呈碎塊狀，短柱狀，RQD值為30～45。

溶洞：本次勘察中共236個(gè)勘探點(diǎn)，其中36個(gè)勘探點(diǎn)揭露到51個(gè)溶洞，均為全充填，以粘性土為主，含少量石灰?guī)r碎石。

夾層：溶蝕作用形成的溶蝕夾層，主要為破碎石灰?guī)r夾黏性土。

中風(fēng)化石灰?guī)r：青灰色，灰黑色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，發(fā)育少量方解石團(tuán)塊、細(xì)脈。巖石節(jié)理裂隙較發(fā)育，節(jié)理面鈣質(zhì)膠結(jié)為主。RQD值為70～90。

1.5 詳勘數(shù)據(jù)分析及基礎(chǔ)建議

詳勘揭示，236個(gè)勘探點(diǎn)中有95個(gè)勘探點(diǎn)揭露到51個(gè)溶洞，全充填軟塑狀黏性土及碎石，66個(gè)溶蝕夾層，充填物為破碎石灰?guī)r夾粘性土，見洞（隙）率為40.3%，線巖溶率57.2%。場地內(nèi)溶溝溶槽密布。典型的地質(zhì)剖面如圖3所示。

圖3 工程地質(zhì)剖面圖

高層建筑荷載大，巖溶上部黏土層無法作為持力層。基礎(chǔ)形式建議采用鉆孔灌注樁，以中風(fēng)化巖層作為持力層。詳勘鉆孔揭露的巖溶情況十分復(fù)雜，相鄰鉆孔巖層標(biāo)高差異較大，巖溶空洞的邊界條件難以查明，故建議業(yè)主和設(shè)計(jì)方進(jìn)行施工勘察來探明下部巖溶情況，以便確定設(shè)計(jì)樁長及施工方案，業(yè)主同意了該建議。

2 施工勘察階段

2.1 施工勘察方案布置

根據(jù)詳勘報(bào)告，設(shè)計(jì)單位給出擬采用鉆孔灌注樁的基礎(chǔ)方案，采用旋挖施工工藝，以中風(fēng)化石灰?guī)r為樁端持力層，樁徑為800mm～1200mm。設(shè)計(jì)單位提供了樁基的布置方案圖，采用一樁一孔的布孔原則進(jìn)行了鉆孔布置。孔深需鉆入穩(wěn)定巖層深度3倍樁徑，且不小于5m。其中1#樓孔布置見圖4。

圖4 1#樓孔布置圖

2.2 施工勘察成果

經(jīng)施工勘察，1#樓46個(gè)勘探點(diǎn)中13個(gè)勘探點(diǎn)揭露到15個(gè)溶洞，均為半-全充填，以粘性土為主，含少量石灰?guī)r碎石，厚度0.50～3.10m，平均厚度1.57m。代表性鉆孔柱狀圖如圖5所示。

圖5 代表性鉆孔柱狀圖

通過施工勘察，明確了工程樁位下部的巖溶情況，提出了樁端持力層深度及樁長建議，提供了詳細(xì)的地層數(shù)據(jù)。現(xiàn)基礎(chǔ)分部工程已順利完工。

3 巖溶地區(qū)勘察工程總結(jié)

3.1 巖溶地區(qū)勘察流程梳理

巖溶場地的高層建筑，荷載較大，多采用樁基礎(chǔ)。勘察階段是提供基礎(chǔ)資料的重要環(huán)節(jié)，主要目的在于提供準(zhǔn)確的地層信息（巖溶情況、地下水）、巖土層各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)，提出合理的基礎(chǔ)方案建議和施工建議，要對巖溶發(fā)育可能帶來的塌陷等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)展趨勢進(jìn)行分析和預(yù)判。鉆探方式成果直接，不易誤判，在實(shí)際工作中最為常用。總體來說，其技術(shù)流程如圖6所示。

圖6 巖溶地區(qū)勘察流程

3.2 復(fù)雜巖溶地質(zhì)條件下高層建筑工程地質(zhì)勘察要點(diǎn)

總結(jié)成功的勘察項(xiàng)目，其共通的要點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)。

①重視地質(zhì)調(diào)查。巖溶現(xiàn)象的發(fā)生和地質(zhì)條件息息相關(guān)，通過對擬建場地工程地質(zhì)情況的摸排調(diào)查，著重調(diào)查地質(zhì)組合、地質(zhì)年代、地質(zhì)構(gòu)造、地下水等信息，可以搜集相關(guān)的工程勘察資料及基礎(chǔ)形式等信息。目前國家大力發(fā)展的數(shù)據(jù)云平臺上，已有不少地市的巖溶相關(guān)資料，通過對已有地質(zhì)調(diào)查資料的梳理，可以對巖溶發(fā)育的概況進(jìn)行初步的劃分，利于下一步勘察工作的進(jìn)行。

②勘察目的明確。為了勘察工作的順利進(jìn)行，為了后續(xù)的設(shè)計(jì)工作提供地層資料，勘察人員要對擬建建筑物的荷載和基礎(chǔ)形式有一定的認(rèn)知，不能將天然地基的勘察模式套用到樁基礎(chǔ)的勘察中去，兩種不同的基礎(chǔ)形式，其對于鉆孔深度、間距等布置要求差別較大。巖土工程師要具有一定的結(jié)構(gòu)專業(yè)知識，需要明白每項(xiàng)勘察數(shù)據(jù)發(fā)揮的作用，這是明確勘察目的重要性所在。在勘察鉆探進(jìn)行過程中，要不斷校驗(yàn)勘察方案的正確與否，初勘階段對巖溶的定性往往是比較粗略的，進(jìn)入詳勘階段該判別由定性轉(zhuǎn)為定量，隨著精確的定量計(jì)算，方案可能會有所變化。例如初勘10個(gè)鉆孔，見洞率20%，線巖溶率15%，定性為中等發(fā)育，詳勘進(jìn)行到50個(gè)鉆孔時(shí)，發(fā)現(xiàn)溶洞數(shù)量更多，見洞率達(dá)到35%，按規(guī)范要求定量為強(qiáng)發(fā)育，那么工作量和勘察方案需要進(jìn)行一定的調(diào)整，否則將不能滿足勘察報(bào)告的編制深度要求。

③對巖溶認(rèn)知深刻，采取合理的勘察方法。巖土工程師需要準(zhǔn)確地了解巖溶現(xiàn)象產(chǎn)生的原理，能夠?qū)?shí)際出現(xiàn)的巖溶問題加以解釋，由于巖溶構(gòu)造的特殊性和邊界條件的不確定性，工程中的實(shí)際問題比較復(fù)雜，懂原理，可以解釋問題，同時(shí)要給出結(jié)論和處理辦法。工程師要掌握多種巖溶的勘察方法，如電法、遙感、折射波、管波等，針對不同地區(qū)的巖溶發(fā)育特點(diǎn)，對癥下藥，采取合理的勘察方法，在保證探測結(jié)果準(zhǔn)確的前提下，勘察成本的經(jīng)濟(jì)效益更好。

④注意鉆探施工的監(jiān)管和質(zhì)量控制。鉆探成果和鉆機(jī)長、操作工人的操作水平關(guān)系密切，同一鉆孔，RQD指標(biāo)和巖芯破碎程度在不同的機(jī)臺上表現(xiàn)卻有很大的差異，工程師應(yīng)注意甄別，盡量避免此類因素產(chǎn)生誤判。鉆探設(shè)備的調(diào)度、鉆探進(jìn)度需要有科學(xué)的規(guī)劃。施工勘察階段鉆機(jī)臺班和編錄人員眾多，人員水平參差不齊，務(wù)必要在進(jìn)行技術(shù)交底，統(tǒng)一巖層的記錄格式，保證勘察數(shù)據(jù)成果的準(zhǔn)確性。明確施工勘察的編錄精度要求，避免出現(xiàn)勘察成果和實(shí)際情況不一、更改設(shè)計(jì)方案而延誤工期的情況。

4 結(jié)語

隨著社會進(jìn)步和城市的擴(kuò)張，高層建筑越來越多，以后將會有大量的巖溶地層勘察項(xiàng)目出現(xiàn)，通過具體勘察項(xiàng)目的說明，介紹了鉆探勘察方案的布置和要點(diǎn)，對巖溶地層的工程地質(zhì)勘察工作提出了一些建議。