巖溶地貌對土木工程的影響1、巖溶概況

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。它以溶蝕作用為主，還包括流水的沖蝕、潛蝕，以及坍陷等機(jī)械侵蝕過程。按出露條件分為：裸露型喀斯特、覆蓋型喀斯特、埋藏型喀斯特。巖溶地貌分布在世界各地的可溶性巖石地區(qū)，占地球總面積的10%?？扇苄詭r石有3類：①碳酸鹽類巖石；②硫酸鹽類巖石；③鹵鹽類巖石。中國巖溶地貌分布廣、面積大。主要分布在碳酸鹽巖（石灰?guī)r、白云巖、泥灰?guī)r等）出露地區(qū)，面積約91～130萬平方千米。主要分布在廣西、貴州、云南東部和廣東北部，是世界上最大的巖溶區(qū)之一。

2、巖溶的一般形態(tài)和形成原因

巖溶是主要形態(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。巖溶地貌巖溶地貌地下河的形成：

石灰?guī)r地區(qū)地下水沿裂隙溶蝕而成的地下水匯集和排泄的通道。地下河的分布深度常和當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面相適應(yīng)，由于不透水層的阻擋，或者第四紀(jì)地殼上升幅度大于溶蝕深度，地下河則高于當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面，形成懸掛式的地下河。中國廣西巖溶區(qū)的地下河，按其發(fā)育階段和形態(tài)特征分成3類：①與當(dāng)?shù)厍治g基準(zhǔn)面相適應(yīng)的地下河，多分布在主要河流的兩岸，規(guī)模大，水量豐富，地下河水面與地面高差不大。②穿山式地下河，河的水面與地表河的水面等高，往往是連接相鄰兩溶蝕盆地中地表河的通道。③懸掛式地下河，規(guī)模較小，分布在峰林洼地區(qū)，主要是受隔水層的阻擋形成的。

地下河地下河出口3、巖溶探查及其施工問題

工程地質(zhì)勘察的目的是為設(shè)計(jì)和施工提供工程地質(zhì)依據(jù)。但在巖溶地區(qū)巖石面高低起伏變化大，巖石露頭無連續(xù)性和規(guī)律性，表層巖層往往十分破脆。普通的地質(zhì)鉆探難度大，很難反映場地的巖溶情況，常常不能完全滿足設(shè)計(jì)要求，往往在施工過程中還要對場地環(huán)境進(jìn)行復(fù)查，給地基處理、基礎(chǔ)選型方案的選擇帶來很大難度，造成工期長，造價(jià)高，施工質(zhì)量還難以保證。所以，在巖溶場地的勘察工作中不能單純依賴鉆探忽視物探，要兩相結(jié)合，互相認(rèn)證?？刹捎秒姺?、電磁法探測基巖埋深、土洞，劃分上覆松散沉積層序和風(fēng)化帶，采用跨孔電磁波計(jì)算機(jī)層析成像（CT）技術(shù)探測地下洞穴、隱伏斷層、破碎帶。結(jié)合利用傳統(tǒng)鉆探孔，將部分孔加深作為電磁坡發(fā)射及接收井，即可實(shí)現(xiàn)由點(diǎn)到面（剖面）的探查成果。由于巖溶的形態(tài)和特點(diǎn)巖溶地區(qū)工程活動中常見下列的一些現(xiàn)象、問題：1）鉆探或沖（鉆）孔樁作業(yè)時(shí)，發(fā)生漏漿、漏水、塌孔、卡鉆、埋鉆、掉鉆、偏孔；2）同一承臺，樁長相差甚大，數(shù)米到十余米；3）地質(zhì)鉆孔見巖與鉆（沖）樁、人工挖孔樁見巖不一致；4）出現(xiàn)超長樁；5）人工挖孔樁出現(xiàn)涌水、涌砂、掉入土洞；6）預(yù)制樁壓（打）破頂板突然掉入洞穴，深層攪拌樁掉入洞穴；7）靜壓（錘擊）預(yù)制管樁斷樁率高，斷樁率10%，甚至有的高達(dá)30～60%；8）地面塌陷，相鄰建筑沉裂；9）同樁抽芯，幾個(gè)鉆孔完全不一樣。4、巖溶地基的評價(jià)

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。其中綜合分析法可根據(jù)洞隙各項(xiàng)邊界條件，對比洞隙穩(wěn)定性定性評價(jià)表中所列影響洞體的諸因素進(jìn)行綜合分析并作出評價(jià)。洞隙穩(wěn)定性定性評價(jià)表影響因素對穩(wěn)定有利對穩(wěn)定不利巖層厚度及裂隙狀況厚層塊狀、強(qiáng)度高的巖石泥質(zhì)巖、白云質(zhì)灰?guī)r，薄層狀有互層且?guī)r性軟化巖體產(chǎn)狀無斷裂，裂隙不發(fā)育或膠結(jié)好，走向與洞軸正交或斜交，傾角平緩有斷層通過，裂隙發(fā)育，巖體被兩組以上裂隙切割，裂隙張開，巖體呈平砌狀，走向與洞軸平行，陡傾角洞穴形態(tài)與埋藏條件洞體小（與基礎(chǔ)尺寸相比），呈豎向延伸井狀，單體分布，埋藏深洞徑大，扁平狀，復(fù)體相連，埋藏淺，在基底附近影響因素對穩(wěn)定有利對穩(wěn)定不利充填情況可見鈣質(zhì)沉積密實(shí)沉積物填滿且無水沖蝕的可能未充填或半充填，水流沖蝕充填物，洞中見有近期塌落物地下水無有水流或間歇性水流，流速大，有承壓性頂板情況頂板巖層厚度與洞徑比值大，頂板呈板狀或拱狀頂板巖層厚度與洞徑比值小，有懸掛巖體，被裂隙切割且未膠結(jié)巖溶不良地質(zhì)構(gòu)成的危害巖溶不良地質(zhì)構(gòu)成的危害的實(shí)例2012年2月27日，工作人員在湖南省益陽市岳家橋鎮(zhèn)黃板橋村查看被截流的河水流入巖溶塌陷形成的深坑里。湖南益陽巖溶塌陷693處上千人生產(chǎn)生活受影響今年1月至2月24日，位于洞庭湖區(qū)的湖南省益陽市岳家橋鎮(zhèn)岳家橋、黃板橋等村發(fā)生大面積的巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害，共計(jì)693處，其中農(nóng)田塌陷537處，河溪塌陷150處，水庫內(nèi)塌陷6處。全鎮(zhèn)因地面巖溶塌陷引起房屋開裂的有167戶，其中房屋受損特別嚴(yán)重的有34戶，受災(zāi)人口達(dá)1200多人；破壞河溪攔壩5座，水庫2座，影響農(nóng)田灌溉1萬多畝，致使泉交河支流河水?dāng)嗔?，沿河兩岸部分群眾生產(chǎn)生活陷入困境。目前，湖南省國土資源廳已指派技術(shù)人員對岳家橋鎮(zhèn)地面巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行全面應(yīng)急調(diào)查。益陽市、赫山區(qū)先后成立了岳家橋地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處置工作領(lǐng)導(dǎo)小組，妥善安置受災(zāi)群眾。并積極恢復(fù)災(zāi)毀設(shè)施，修繕?biāo)?、公路等基礎(chǔ)設(shè)施，對部分房屋開裂進(jìn)行維修加固，恢復(fù)好被毀壞的農(nóng)田。5、巖溶地區(qū)主要地基處理原則

地基評價(jià)不能滿足穩(wěn)定性要求時(shí)，需要對地基進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?。一般對地基穩(wěn)定有影響的巖溶洞隙，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、因地制宜的采取下列處理措施：

1）對洞口較小的洞隙，宜采用鑲補(bǔ)、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?？缭浇Y(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的支承面。梁式結(jié)構(gòu)在巖石上支承長度應(yīng)大于梁高的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)模較大的間隙，可采用洞底支撐或調(diào)整柱距等方法處理。

一般對地基穩(wěn)定有影響的土洞，杜絕地表水滲入土層，使土洞停止發(fā)育和發(fā)展，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件許可時(shí)，盡量對地下水采取截流、改道等，以阻止土洞繼續(xù)發(fā)展。當(dāng)土洞埋深較淺時(shí)，采用挖填和梁板跨越；對直徑較小的深埋土洞，可不處理，僅在洞頂上部采用梁板跨越即可；對直徑較大的深埋土洞，可采用頂部鉆孔灌砂或灌碎石混凝土，以充填空間。當(dāng)對地下水不能采取截流、改道等方式以阻止土洞發(fā)育時(shí)，一般可采用樁基等措施。6、地基基礎(chǔ)處理的比選

采用樁基在巖溶地基上建造高層建筑需要面對一系列特殊問題，如持力層的穩(wěn)定、溶槽溶洞處理、同一承臺下長樁與短樁的應(yīng)力應(yīng)變協(xié)調(diào)問題等?；A(chǔ)問題不但會嚴(yán)重影響安全、工期和造價(jià)，有時(shí)甚至成為工程成敗的關(guān)鍵。而目前規(guī)范規(guī)程中涉及巖溶樁基的技術(shù)規(guī)定甚少，設(shè)計(jì)與施工依據(jù)不足。下面概述一下巖溶地區(qū)主要使用的樁基型式。

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。

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除多，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。

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，但在土巖軟弱過渡較快處容易出現(xiàn)斷樁。

4）群樁

當(dāng)巖溶表面極其復(fù)雜，但巖溶表面上履蓋有較厚沙土層時(shí)，如果采用以上各種樁型都難于施工或保證成樁質(zhì)量和安全度的情況下，群樁不失為解決此類復(fù)雜地質(zhì)情況的一種有效選擇群樁的樁端并不一定要求支承在變化極其復(fù)雜的巖面上，只要在群樁樁端體的壓力泡，能有效搜蓋基巖面，即有堅(jiān)硬的下臥層即可，這樣就避開了復(fù)雜變化的基巖表面對樁基造成的危害或潛伏的危害。采用靜壓預(yù)制管樁作為群樁是較好的一種方式。

5）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。

6）復(fù)合地基

對于建筑荷載較小，土層較厚，土洞較多，巖面起伏大，采用復(fù)合地基處理可避免直接應(yīng)用天然地基時(shí)的沉降量大和承載力小的問題。復(fù)合地基部分土體被置換成增強(qiáng)體，由周圍地基土共同承擔(dān)荷載，目前在工程實(shí)踐中多采用深層攪拌樁或剛性樁作為增強(qiáng)體。地基竣工驗(yàn)收應(yīng)進(jìn)行壓板載荷試驗(yàn)，一般承載力可以達(dá)到220kPa