岩溶地区岩土工程勘察施工技术研究

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摘要：岩溶地区的岩土工程勘察工作由于岩溶发育的不规则性、多变性而存在较多的难点。为了进一步提升岩溶地区岩土工程勘察施工水平，本文结合实际案例分析了岩溶地区岩土工程勘察施工技术的特点，并对其开展探讨。

关键词：岩溶地区；岩土工程；勘察技术

1.前言

岩溶地貌在我国是一种很常见的地貌，在岩土工程勘察过程中经常会遇到岩溶地貌，由于岩溶发育的不规律性，在勘察过程中，只能依据现场钻孔施工资料去判定场地岩溶发育情况，同时根据现场已有资料再去判定是否还需要其他的辅助勘察手段继续对场地岩溶发育情况进行探查。针对此，本文结合实际案例，探讨分析岩溶地区勘察技术及注意事项。

2.工程概况

本次选用案例为韶关市仁化县丹霞冶炼厂炼锌渣绿色化升级改造项目中的部分区域的工程勘察。丹霞冶炼厂炼锌渣绿色化升级改造项目（污水处理站及浓密池、雨水池等）建设场地位于韶关市仁化县董塘镇丹霞冶炼厂厂区东南部，场地北侧为丹霞冶炼厂生产车间及道路，东侧、西侧、南侧均为空地，西北侧为车棚。

3.区域地质及构造特征

勘察场地位于区域性塘洞大断裂上盘，断裂走向为NE45°。上盘主要为硅化碎裂岩、块状硅质石英脉、糜棱岩、硅质石英脉等组成。勘察场地附近区域内构造主要有NNE向组及近EW向组构造，为硅化碎裂岩；北面有一组山字形构造，主要为石英脉；西面近SN向组构造为硅化碎裂岩；距勘察场地约5km。勘察场地区域构造无后期构造运动，区域性断裂对场地的稳定性无大影响。根据区域地质资料，结合本次勘察结果，拟建场地内未发现断裂构造通过，未见活断层等危害建筑安全稳定的构造运动。拟建场地附近的断裂活动或区域地质作用，对场地的表现形式是基岩层面起伏较大、岩石较破碎及溶洞洞隙局部发育。

4.工程地质条件、区域气象特征及水位地质条件

4.1工程地质条件

拟建工程场地位于丹霞冶炼厂厂区东南部，拟建工程场地原始地形地貌属风化剥蚀残丘地貌，经早期建厂人工堆填平整，现状为空地，地面高程为101.16m~111.64m，地势总体上北高南低，地势相对较平坦。根据钻探结果，场地内揭露的地层主要为：（1）人工填土层；（2）第四系坡残积层；（3）石炭系石灰岩等三个主要工程地质层。

4.2区域气象特征

据广东省仁化县气象局资料，本区四季气候特点是：春季，阴雨天气多，阳光少，空气潮湿，天气多变，气候由冷向暖过度；夏季，雨水多，雷雨、洪涝、强风、高温活跃，强对流天气频繁；秋季，雨水少，阳光普照，空气干燥，天气稳定，气候由暖向冷过度；冬季，天气冷，早晚温差大，雨量少，霜日、冰冻、寒潮、低温天气常出现，寒冷天气较多。年均气温19.6℃，多年平均降水量1669.1mm，年平均蒸发量为1467.7mm。勘察场地西侧有一条约2m~3m宽的季节性溪流，东侧约50m为农田灌溉用的水渠，场地内的分布有大小不一的积水坑。拟建场地地坪标高高于溪流和水渠历年最高洪水位，水文条件对工程建设影响较小。

4.3水文地质条件

拟建工程场地位于风化剥蚀残丘缓坡与山前冲积盆地交接地带，经早期人工平整，现状地势相对平坦，地表水排泄条件一般；场地的地下水主要有两种赋存方式：一是第四系土层孔隙水；二是基岩岩溶裂隙水。场地地下水位的变化主要受大气降水补给，补给量受季节的影响明显，地下水的排泄主要是大气蒸发及潜流。水量的大小和径流条件受地层孔隙率、地质构造、节理裂隙及岩溶发育程度控制。地下水流向与地形倾斜方向基本一致，地下水总体径流方向由北西向南东方向运移。场地地基土均为弱透水性，无明显含水层，地下水储量较小。根据区域水文地质资料，该场地地下水水位变化幅度为3.00m~5.00m。勘察期间测得场地地下水水位埋藏较浅，稳定水位埋深为1.00m~7.90m，水位标高为101.08m~106.99m。

5.勘察现场揭露岩溶分布情况

根据本次勘察结果，在勘探入岩的83个勘探孔中，有30个孔揭露到溶洞，勘探孔见洞隙率为36.14%，场地溶洞埋深起伏变化大，为7.30m~32.40m，层顶高程为78.40m~101.27m；溶洞洞高为0.20m~8.30m，顶板厚度为0.00m~4.10m；场地溶洞大部分为全/半充填型，充填物为软、流塑状黏性土，少数无充填，部分溶洞为串珠状溶洞。

6.岩溶场地情况分析及评价

6.1场地岩溶现状分析

本次勘察勘探孔见洞隙率为36.14%，根据《岩溶地区建筑地基基础技术规范》（DBJ/T15-136-2018）第3.1.4条，本场地为岩溶中等发育场地。本次勘察揭露到溶洞洞顶最小埋深7.30m，平均洞径1.82m，最大洞径高达8.30m，洞径较大并覆盖有软弱土体。另外场地地下水埋深较浅，水位变化幅度较大，本次勘察揭示溶洞大部分为全填充、小部分为半填充、个别为未填充，填充物为软塑状粉质粘土，在此条件下岩溶的发展将较快。根据《岩溶地区建筑地基基础技术规范》（DBJ/T15-136-2018）附录B，判定岩溶场地稳定性为中等稳定。场地属石灰岩地区，岩石呈中厚层状，裂隙较发育局部发育，胶结差，岩溶强烈发育，洞径0.20m~8.30m，平均洞径1.82m，洞顶局部可见溶蚀窝状面，溶洞顶板四周支洞较多，未揭示地下河。根据岩溶地区建筑地基基础技术规范》（DBJ/T15-136-2018）附录F，判定岩洞稳定性差。

6.2岩溶场地不良地质作用简述

地面塌陷是场地不稳定的主要形式，从物质组成上可分为两类：一是发生在石灰岩中的溶洞顶板塌陷，二是发生在覆盖层中的土洞顶板塌陷。场地范围内岩溶发育强烈，本次勘察虽未揭露土洞，但不排除场地内存在土洞的可能性。另外人为活动如抽水、基坑排水、地面渗漏、蓄水及荷载、列车震动、爆破等加速了地下水的活动及改变土（溶）洞的自稳条件，从而诱发岩溶塌陷。岩溶地面塌陷预测分析各基本条件的评分见表1，累计指标分为72，根据《岩溶地区建筑地基基础技术规范》（DBJ/T15-136-2018）附录C，本场地岩溶地面塌陷预测为易塌陷区。

6.3岩溶场地适宜性及稳定性分析评价

6.3.1场地适宜性评价本场地岩溶中等发育，溶（土）洞发育区对建筑物的安全有较大隐患，尤其是岩溶发育地段及基础底板持力层厚度较小地段，在一定条件下（如人为改变地下水等）可能会发生地质灾害，造成地面塌陷或塌坍，严重威胁本工程的安全。根据《岩溶地区建筑地基基础技术规范》（DBJ/T15-136-2018）附录B，本岩溶场地适宜性较差。岩溶场地地基基础设计等级为甲级、乙级的建筑物主体宜避开岩溶强烈发育的地段，本场地地基基础设计与施工宜进行专门研究与论证。在基础设计及施工时需考虑溶（土）洞的不利影响，并采取相应措施。可采用施工勘察、物探等手段进一步查明溶（土）洞的分布情况，亦可采用填砂注浆及跨越法等手段对溶（土）洞进行处理。

6.3.2场地稳定性评价本工程建设场地地层起伏变化较大，地层结构较简单，勘察过程中，未发现陡坎、滑坡、危岩和崩塌、泥石流等不良地质作用，场地内也未揭露到有毒物质及有毒气体，拟建场地内无地下管线。本场地特殊性岩土主要为人工填土和残积土，场地揭露到不良地质条件主要为岩溶，属岩溶中等发育地段，根据《岩溶地区建筑地基基础技术规范》（DBJ/T15-136-2018），岩溶场地稳定性为中等稳定。依据区域地质资料，在本次勘察中未揭露到断裂构造，拟建场地的区域稳定较好。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）（2016版），本场地划分为对建筑抗震不利的地段。对于存在不良地质作用及特殊性岩土的抗震不利地段，可采取相应的工程措施及施工方法进行处理。因场地岩溶发育，本次勘察虽未揭露到土洞，但不排除场地内存在土洞的可能性，根据《岩溶地区建筑地基基础技术规范》（DBJ/T15-136-2018），岩溶场地适宜性较差，经过适当地基处理后场地才适宜本工程的建设。

7.岩溶地区常见处理方法

本次勘察结果表明，在勘察深度范围内，除局部地段有充填溶洞揭露外，未揭露到影响本工程的断裂构造、地下河等、地面沉降等不良地质现象。勘察中在勘探入岩的83个勘探孔中，有30个孔揭露到溶洞，勘探孔见洞隙率为36.14%，场地岩溶中等发育。根据《岩溶地区建筑地基基础技术规范》（DBJ/T15-136-2018）附录B，本场地现状岩溶基本处于中等稳定状态。虽未发现岩溶地面塌陷及地面沉降等不良地质作用，但考虑到石灰岩，为可溶岩，岩性较纯，有利于溶洞的发育，故不排除溶洞发育的不规则性及进一步发育的可能性。同时拟建工程项目以及人类活动环境造成潜在威胁和影响，特别是工程施工、振动、爆破及抽取地下水等，均有可能诱发和导致岩溶地面塌陷的发生，工程建设应引起足够的重视。本次工程勘察所在场地岩溶中等发育，针对本次勘察过程中所遇见溶洞，除了常见的物探及施工勘察的方法进行进一步查明情况外，也可采用以下工程措施进行处理：①清除爆破：对顶板较薄的溶洞，可采取清除爆破方法。②跨越复盖：采用钢筋混凝土梁板跨越溶洞、溶沟，视情况亦可用刚性较大的平板复盖，计算时按简支梁考虑进行计算。③浅层楔状填塞：对溶洞、溶沟中的软弱充填物，进行清除、填塞混凝土。当地下水位在需处理地段以下时，运用这种方法比较经济和简单有效。④灌浆法：通过钻孔灌注水泥浆液、混凝土，亦可加入粉煤灰或其他惰性添加材料，将溶洞充填。常用的水灰比0.5∶1~1∶1，灌浆压力0.30MPa~0.50MPa，根据实际条件，选用循环式灌注系统或纯压式灌注系统，终灌标准为：当连续30分钟吸入量为0时，可终止灌浆。对溶洞充填软塑状粘土，采用压力灌注水泥浆进行处理，可先将溶洞内充填物冲洗干净，然后注入适量砂石，再灌注水泥浆液。⑤钻（冲）孔回填法：对于较大溶洞，可通过大直径钻孔或冲孔，用块石、漂石和粘土等充填材料。对于工程中采用钻（冲）孔桩基础类型，在岩溶地段边回填边成孔，能保证施工质量和提高施工速度的良好效果。⑥高压旋喷灌浆法：通过钻孔施工，对灰岩溶洞进行单重管高压旋喷水泥灌浆处理，处理厚度控制为3.5倍的桩基直径。当地下水流速较大时，可考虑加入适量的速凝剂。⑦调整柱距：在工程的实施中，通过适当调整柱距，尽量避开岩溶地段。

8.岩溶地区勘察施工的目的

从事工程建设或施工活动都是带着必要的目的进行的，本次针对场地进行的勘察工程施工也不例外，主要就是查明场地的地下地质情况，为后续的建设工程施工做准备，并对后续可能的工程建设的基础部分提出相关的方案及措施；本次勘察施工的最终目的是为拟建的雨水池及浓密池的地基基础设计提供准确的地质参数，并给出相关的基础方案建议。基础选择主要受场地周边环境、地层条件和施工可行性三大因素决定。同事也应综合考虑工程地质与水文地质条件、上部结构类型、使用功能、荷载特征、施工技术条件与环境；并结合地方经验，因地制宜，注重概念设计，合理选择基础形式、节约资源。结合本工程地层条件，仅对本工程可供选择的各种基础方案比较及建议如表2所示。

9.结束语

岩溶地区的岩土工程勘察工作一直以来都是一项重点、难点工作，虽然现在有较多对岩溶发育特殊地区的勘察技术手段及避让或处理工程措施，但是也正因为岩溶发育的不规律性，迫使在今后的勘察实践过程中继续对此种特殊地质条件的勘察工作进行更加深入的研究。

参考文献：

［1］丹霞冶炼厂炼锌渣绿色化升级改造项目（污水处理站及浓密池、雨水池等）岩土工程勘察报告.广东有色工程勘察设计院,2020.2.

［2］李瑞龙.浅谈对岩溶地区工程地质勘察方法的探讨.2012.

［3］黄沼军,辛培毅.岩溶地区工程勘察方法浅析.2014.

［4］陈志平.浅析岩溶地区工程地质勘察方法技术.2013.

作者：何兴鹏 单位：广东省有色金属地质局九三二队