巖溶地區巖土工程勘察施工技術研究

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摘要：巖溶地區的巖土工程勘察工作由于巖溶發育的不規則性、多變性而存在較多的難點。為了進一步提升巖溶地區巖土工程勘察施工水平，本文結合實際案例分析了巖溶地區巖土工程勘察施工技術的特點，并對其開展探討。

關鍵詞：巖溶地區；巖土工程；勘察技術

1.前言

巖溶地貌在我國是一種很常見的地貌，在巖土工程勘察過程中經常會遇到巖溶地貌，由于巖溶發育的不規律性，在勘察過程中，只能依據現場鉆孔施工資料去判定場地巖溶發育情況，同時根據現場已有資料再去判定是否還需要其他的輔助勘察手段繼續對場地巖溶發育情況進行探查。針對此，本文結合實際案例，探討分析巖溶地區勘察技術及注意事項。

2.工程概況

本次選用案例為韶關市仁化縣丹霞冶煉廠煉鋅渣綠色化升級改造項目中的部分區域的工程勘察。丹霞冶煉廠煉鋅渣綠色化升級改造項目（污水處理站及濃密池、雨水池等）建設場地位于韶關市仁化縣董塘鎮丹霞冶煉廠廠區東南部，場地北側為丹霞冶煉廠生產車間及道路，東側、西側、南側均為空地，西北側為車棚。

3.區域地質及構造特征

勘察場地位于區域性塘洞大斷裂上盤，斷裂走向為NE45°。上盤主要為硅化碎裂巖、塊狀硅質石英脈、糜棱巖、硅質石英脈等組成。勘察場地附近區域內構造主要有NNE向組及近EW向組構造，為硅化碎裂巖；北面有一組山字形構造，主要為石英脈；西面近SN向組構造為硅化碎裂巖；距勘察場地約5km。勘察場地區域構造無后期構造運動，區域性斷裂對場地的穩定性無大影響。根據區域地質資料，結合本次勘察結果，擬建場地內未發現斷裂構造通過，未見活斷層等危害建筑安全穩定的構造運動。擬建場地附近的斷裂活動或區域地質作用，對場地的表現形式是基巖層面起伏較大、巖石較破碎及溶洞洞隙局部發育。

4.工程地質條件、區域氣象特征及水位地質條件

4.1工程地質條件

擬建工程場地位于丹霞冶煉廠廠區東南部，擬建工程場地原始地形地貌屬風化剝蝕殘丘地貌，經早期建廠人工堆填平整，現狀為空地，地面高程為101.16m~111.64m，地勢總體上北高南低，地勢相對較平坦。根據鉆探結果，場地內揭露的地層主要為：（1）人工填土層；（2）第四系坡殘積層；（3）石炭系石灰巖等三個主要工程地質層。

4.2區域氣象特征

據廣東省仁化縣氣象局資料，本區四季氣候特點是：春季，陰雨天氣多，陽光少，空氣潮濕，天氣多變，氣候由冷向暖過度；夏季，雨水多，雷雨、洪澇、強風、高溫活躍，強對流天氣頻繁；秋季，雨水少，陽光普照，空氣干燥，天氣穩定，氣候由暖向冷過度；冬季，天氣冷，早晚溫差大，雨量少，霜日、冰凍、寒潮、低溫天氣常出現，寒冷天氣較多。年均氣溫19.6℃，多年平均降水量1669.1mm，年平均蒸發量為1467.7mm。勘察場地西側有一條約2m~3m寬的季節性溪流，東側約50m為農田灌溉用的水渠，場地內的分布有大小不一的積水坑。擬建場地地坪標高高于溪流和水渠歷年最高洪水位，水文條件對工程建設影響較小。

4.3水文地質條件

擬建工程場地位于風化剝蝕殘丘緩坡與山前沖積盆地交接地帶，經早期人工平整，現狀地勢相對平坦，地表水排泄條件一般；場地的地下水主要有兩種賦存方式：一是第四系土層孔隙水；二是基巖巖溶裂隙水。場地地下水位的變化主要受大氣降水補給，補給量受季節的影響明顯，地下水的排泄主要是大氣蒸發及潛流。水量的大小和徑流條件受地層孔隙率、地質構造、節理裂隙及巖溶發育程度控制。地下水流向與地形傾斜方向基本一致，地下水總體徑流方向由北西向南東方向運移。場地地基土均為弱透水性，無明顯含水層，地下水儲量較小。根據區域水文地質資料，該場地地下水水位變化幅度為3.00m~5.00m。勘察期間測得場地地下水水位埋藏較淺，穩定水位埋深為1.00m~7.90m，水位標高為101.08m~106.99m。

5.勘察現場揭露巖溶分布情況

根據本次勘察結果，在勘探入巖的83個勘探孔中，有30個孔揭露到溶洞，勘探孔見洞隙率為36.14%，場地溶洞埋深起伏變化大，為7.30m~32.40m，層頂高程為78.40m~101.27m；溶洞洞高為0.20m~8.30m，頂板厚度為0.00m~4.10m；場地溶洞大部分為全/半充填型，充填物為軟、流塑狀黏性土，少數無充填，部分溶洞為串珠狀溶洞。

6.巖溶場地情況分析及評價

6.1場地巖溶現狀分析

本次勘察勘探孔見洞隙率為36.14%，根據《巖溶地區建筑地基基礎技術規范》（DBJ/T15-136-2018）第3.1.4條，本場地為巖溶中等發育場地。本次勘察揭露到溶洞洞頂最小埋深7.30m，平均洞徑1.82m，最大洞徑高達8.30m，洞徑較大并覆蓋有軟弱土體。另外場地地下水埋深較淺，水位變化幅度較大，本次勘察揭示溶洞大部分為全填充、小部分為半填充、個別為未填充，填充物為軟塑狀粉質粘土，在此條件下巖溶的發展將較快。根據《巖溶地區建筑地基基礎技術規范》（DBJ/T15-136-2018）附錄B，判定巖溶場地穩定性為中等穩定。場地屬石灰巖地區，巖石呈中厚層狀，裂隙較發育局部發育，膠結差，巖溶強烈發育，洞徑0.20m~8.30m，平均洞徑1.82m，洞頂局部可見溶蝕窩狀面，溶洞頂板四周支洞較多，未揭示地下河。根據巖溶地區建筑地基基礎技術規范》（DBJ/T15-136-2018）附錄F，判定巖洞穩定性差。

6.2巖溶場地不良地質作用簡述

地面塌陷是場地不穩定的主要形式，從物質組成上可分為兩類：一是發生在石灰巖中的溶洞頂板塌陷，二是發生在覆蓋層中的土洞頂板塌陷。場地范圍內巖溶發育強烈，本次勘察雖未揭露土洞，但不排除場地內存在土洞的可能性。另外人為活動如抽水、基坑排水、地面滲漏、蓄水及荷載、列車震動、爆破等加速了地下水的活動及改變土（溶）洞的自穩條件，從而誘發巖溶塌陷。巖溶地面塌陷預測分析各基本條件的評分見表1，累計指標分為72，根據《巖溶地區建筑地基基礎技術規范》（DBJ/T15-136-2018）附錄C，本場地巖溶地面塌陷預測為易塌陷區。

6.3巖溶場地適宜性及穩定性分析評價

6.3.1場地適宜性評價本場地巖溶中等發育，溶（土）洞發育區對建筑物的安全有較大隱患，尤其是巖溶發育地段及基礎底板持力層厚度較小地段，在一定條件下（如人為改變地下水等）可能會發生地質災害，造成地面塌陷或塌坍，嚴重威脅本工程的安全。根據《巖溶地區建筑地基基礎技術規范》（DBJ/T15-136-2018）附錄B，本巖溶場地適宜性較差。巖溶場地地基基礎設計等級為甲級、乙級的建筑物主體宜避開巖溶強烈發育的地段，本場地地基基礎設計與施工宜進行專門研究與論證。在基礎設計及施工時需考慮溶（土）洞的不利影響，并采取相應措施。可采用施工勘察、物探等手段進一步查明溶（土）洞的分布情況，亦可采用填砂注漿及跨越法等手段對溶（土）洞進行處理。

6.3.2場地穩定性評價本工程建設場地地層起伏變化較大，地層結構較簡單，勘察過程中，未發現陡坎、滑坡、危巖和崩塌、泥石流等不良地質作用，場地內也未揭露到有毒物質及有毒氣體，擬建場地內無地下管線。本場地特殊性巖土主要為人工填土和殘積土，場地揭露到不良地質條件主要為巖溶，屬巖溶中等發育地段，根據《巖溶地區建筑地基基礎技術規范》（DBJ/T15-136-2018），巖溶場地穩定性為中等穩定。依據區域地質資料，在本次勘察中未揭露到斷裂構造，擬建場地的區域穩定較好。根據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）（2016版），本場地劃分為對建筑抗震不利的地段。對于存在不良地質作用及特殊性巖土的抗震不利地段，可采取相應的工程措施及施工方法進行處理。因場地巖溶發育，本次勘察雖未揭露到土洞，但不排除場地內存在土洞的可能性，根據《巖溶地區建筑地基基礎技術規范》（DBJ/T15-136-2018），巖溶場地適宜性較差，經過適當地基處理后場地才適宜本工程的建設。

7.巖溶地區常見處理方法

本次勘察結果表明，在勘察深度范圍內，除局部地段有充填溶洞揭露外，未揭露到影響本工程的斷裂構造、地下河等、地面沉降等不良地質現象。勘察中在勘探入巖的83個勘探孔中，有30個孔揭露到溶洞，勘探孔見洞隙率為36.14%，場地巖溶中等發育。根據《巖溶地區建筑地基基礎技術規范》（DBJ/T15-136-2018）附錄B，本場地現狀巖溶基本處于中等穩定狀態。雖未發現巖溶地面塌陷及地面沉降等不良地質作用，但考慮到石灰巖，為可溶巖，巖性較純，有利于溶洞的發育，故不排除溶洞發育的不規則性及進一步發育的可能性。同時擬建工程項目以及人類活動環境造成潛在威脅和影響，特別是工程施工、振動、爆破及抽取地下水等，均有可能誘發和導致巖溶地面塌陷的發生，工程建設應引起足夠的重視。本次工程勘察所在場地巖溶中等發育，針對本次勘察過程中所遇見溶洞，除了常見的物探及施工勘察的方法進行進一步查明情況外，也可采用以下工程措施進行處理：①清除爆破：對頂板較薄的溶洞，可采取清除爆破方法。②跨越復蓋：采用鋼筋混凝土梁板跨越溶洞、溶溝，視情況亦可用剛性較大的平板復蓋，計算時按簡支梁考慮進行計算。③淺層楔狀填塞：對溶洞、溶溝中的軟弱充填物，進行清除、填塞混凝土。當地下水位在需處理地段以下時，運用這種方法比較經濟和簡單有效。④灌漿法：通過鉆孔灌注水泥漿液、混凝土，亦可加入粉煤灰或其他惰性添加材料，將溶洞充填。常用的水灰比0.5∶1~1∶1，灌漿壓力0.30MPa~0.50MPa，根據實際條件，選用循環式灌注系統或純壓式灌注系統，終灌標準為：當連續30分鐘吸入量為0時，可終止灌漿。對溶洞充填軟塑狀粘土，采用壓力灌注水泥漿進行處理，可先將溶洞內充填物沖洗干凈，然后注入適量砂石，再灌注水泥漿液。⑤鉆（沖）孔回填法：對于較大溶洞，可通過大直徑鉆孔或沖孔，用塊石、漂石和粘土等充填材料。對于工程中采用鉆（沖）孔樁基礎類型，在巖溶地段邊回填邊成孔，能保證施工質量和提高施工速度的良好效果。⑥高壓旋噴灌漿法：通過鉆孔施工，對灰巖溶洞進行單重管高壓旋噴水泥灌漿處理，處理厚度控制為3.5倍的樁基直徑。當地下水流速較大時，可考慮加入適量的速凝劑。⑦調整柱距：在工程的實施中，通過適當調整柱距，盡量避開巖溶地段。

8.巖溶地區勘察施工的目的

從事工程建設或施工活動都是帶著必要的目的進行的，本次針對場地進行的勘察工程施工也不例外，主要就是查明場地的地下地質情況，為后續的建設工程施工做準備，并對后續可能的工程建設的基礎部分提出相關的方案及措施；本次勘察施工的最終目的是為擬建的雨水池及濃密池的地基基礎設計提供準確的地質參數，并給出相關的基礎方案建議。基礎選擇主要受場地周邊環境、地層條件和施工可行性三大因素決定。同事也應綜合考慮工程地質與水文地質條件、上部結構類型、使用功能、荷載特征、施工技術條件與環境；并結合地方經驗，因地制宜，注重概念設計，合理選擇基礎形式、節約資源。結合本工程地層條件，僅對本工程可供選擇的各種基礎方案比較及建議如表2所示。

9.結束語

巖溶地區的巖土工程勘察工作一直以來都是一項重點、難點工作，雖然現在有較多對巖溶發育特殊地區的勘察技術手段及避讓或處理工程措施，但是也正因為巖溶發育的不規律性，迫使在今后的勘察實踐過程中繼續對此種特殊地質條件的勘察工作進行更加深入的研究。

參考文獻：

［1］丹霞冶煉廠煉鋅渣綠色化升級改造項目（污水處理站及濃密池、雨水池等）巖土工程勘察報告.廣東有色工程勘察設計院,2020.2.

［2］李瑞龍.淺談對巖溶地區工程地質勘察方法的探討.2012.

［3］黃沼軍,辛培毅.巖溶地區工程勘察方法淺析.2014.

［4］陳志平.淺析巖溶地區工程地質勘察方法技術.2013.

作者：何興鵬 單位：廣東省有色金屬地質局九三二隊