巖溶地區(qū)的主要工程地質(zhì)問題及處理措施

鬼斧神工喀斯特1編輯ppt一、巖溶地貌對工程的影響二、巖溶地貌的工程處理方法三、巖溶地貌的工程處理實例2編輯ppt一、巖溶地貌對工程的影響1、地基穩(wěn)定性及塌陷問題

在巖溶地區(qū)，由于地表覆蓋層下有石芽溶溝，巖體內(nèi)部有暗河、溶洞，建筑物的地基通常很不均勻。上覆土層還常因下部巖溶水的潛蝕作用而坍塌，形成土洞。土洞的塌陷常突然發(fā)生在地下巖溶發(fā)育的區(qū)域

工民建筑物的壓力作用范圍多在地面以下10m左右。所以，建筑物的地基既涉及上覆土層，也涉及下伏基巖。而巖溶區(qū)的土層特點是厚度變化大，孔隙比高。因此，地基易產(chǎn)生不均勻下降。從而導(dǎo)致建筑物傾斜甚至破壞。3編輯ppt地基塌陷4編輯ppt根據(jù)巖溶發(fā)育的特點，巖溶地區(qū)可能遇到以下幾類地基〔1〕、石芽地基由于地表巖溶作用，石灰?guī)r表層溶溝發(fā)育?？v橫交錯的溶溝之間多殘留有錐狀或尖錐狀的石芽，致使石灰?guī)r基面上下不平，形成石芽地基。石芽間的溶溝常被土填充，因此強度較低，壓縮性較高，易引起地基的不均勻沉降而影響建筑物的穩(wěn)定性。〔2〕、溶洞地基溶洞地基的穩(wěn)定性取決于溶洞的規(guī)模、埋深及填充情況。當(dāng)溶洞的規(guī)模大、埋深淺、溶洞頂板承受不了荷載時。就會使溶洞頂板坍塌、地基失穩(wěn)?！?〕、土洞地基在覆蓋型巖溶地區(qū)，可溶巖的上覆土層中常常發(fā)育著空洞，一般叫土洞。當(dāng)土洞頂板在建筑物載荷下失去平衡而產(chǎn)生下陷或者坍落時，會危急建筑物平安

巖溶洞5編輯ppt2、滲透和突水問題假設(shè)地區(qū)的巖體中有許多裂隙、管道和溶洞，在進(jìn)行水庫、大壩、隧道、基坑等工程時，如存在承壓水并有富水優(yōu)勢斷裂作為通道，那么可能會遇到地下突水而導(dǎo)致基坑、隧道等工程的排水困難甚至淹沒，也可能因巖溶滲漏而造成水庫無法蓄水。井下突水6編輯ppt二、巖溶地貌的工程處理方法1、地基塌陷問題的處理〔1〕、石芽地基在石芽地基上修建建筑物時，必須查清基巖的埋深、起伏情況、覆蓋土層的壓縮性及石芽的強度。〔2〕、當(dāng)建筑物地基直接遇到溶洞時，可視溶洞的規(guī)模及充填物情況，進(jìn)行適當(dāng)處理。規(guī)模小，可采用去除或堵塞，或蓋板跨越；規(guī)模大，那么不宜作為建筑物的地基。為了確保溶洞地基的穩(wěn)定性，必須根據(jù)溶洞的規(guī)模、溶洞頂板巖層的性質(zhì)確定洞穴離地面的平安深度，即溶洞頂板的平安厚度。當(dāng)溶洞埋深大于平安厚度時，地基是穩(wěn)定的；否那么地基不穩(wěn)定，必須進(jìn)行處理。實踐中，對溶洞頂板平安厚度確實定常采用以下方法：a.對洞頂完整的溶洞，頂板平安厚度采用厚跨比法確定。認(rèn)為當(dāng)溶洞頂板厚度h與建筑物跨過溶洞的長度L之比h/L>0.5時，溶洞頂板平安。b.對頂板不完整、洞頂坍塌的溶洞，頂板平安厚度洞頂板坍塌堵塞計算法。所需塌落高度(H)按下式計算：H=H0/(K-1)式中H0——洞體最大高度〔m〕；K——巖體松散〔漲余〕系數(shù)，石灰?guī)rK=1.2，粘土K=1.05。7編輯pptc.假設(shè)溶洞頂板不完整，裂隙、節(jié)理發(fā)育，那么可按裂隙節(jié)理分布特征采用受力的梁〔板〕計算彎矩，根據(jù)彎矩和巖體應(yīng)力求洞頂板的厚度。2、滲漏和突水問題〔1〕、庫區(qū)的選擇庫區(qū)應(yīng)選在地勢低洼，四周地下水位較高，上游有大泉出露而下游無大泉出露，上下游流量沒有顯著差異的河段上，要防止鄰區(qū)有深谷大河。如果發(fā)現(xiàn)庫底有滲漏，可采用堵、鋪、截、圍、引等方法進(jìn)行處理。多數(shù)情況下，由于滲漏形式和通道較復(fù)雜，需要采取綜合處理。堵：是處理集中滲漏通道的主要方法。可利用不同的材料堵塞空洞，堵塞材料可因地制宜采用塊石、砂、混凝土或粘土等。

截：系指在地下管道的集中滲水出筑隔水墻截斷滲漏通路。

圍：庫區(qū)有個別大溶洞或反復(fù)泉

，采用簡單的堵法不能見效，可以修筑高煙筒圓形圍墻，將其與水庫隔離以到達(dá)防滲的目的。鋪：是處理地表呈面狀或帶狀的分散滲漏帶的常用方法。庫岸斜坡常用混凝土蓋板或粘土斜墻。庫底那么常用粘土鋪蓋。

灌：灌入漿液充塞孔洞和裂隙，并使經(jīng)過灌漿的地帶連成一帷幕，以起到防止?jié)B漏的作用，這是防止壩基和繞壩防滲最常用的方法。8編輯ppt3、方式說明巖溶地基變形破壞主要形式有地基承載力缺乏、不均勻沉降、地基滑動、地表坍塌等。目前對巖溶洞體穩(wěn)定性評價方法有定性、半定量和定量之分。對穩(wěn)定圍巖,將洞體頂板視作結(jié)構(gòu)自承重體系,可用結(jié)構(gòu)力學(xué)分析法;對不穩(wěn)定圍巖,一般用散體理論分析法。巖溶地基處理方法視具體情況采取“不處理〞、“繞避〞、“處理〞三類措施?！?〕、溶巖地基可不加處理的場合屬于以下情況的，巖溶地基可不加處理：巖溶在根底影響范圍以外；溶洞處于地基壓縮層深度以下或垂直附加應(yīng)力與洞頂?shù)貙幼灾貞?yīng)力之比≤10%時,洞頂板無破碎現(xiàn)象,受力地基邊緣無土洞、漏斗、落水洞地段；根底位于微風(fēng)化硬質(zhì)巖外表且寬度小于1m的豎向洞隙旁，洞隙被密實充填且無被水沖蝕可能地段；洞體厚跨比大于1，圍巖完整性好或洞體小于根底底面。9編輯ppt〔2〕、可采取繞避措施的情況當(dāng)遇到以下情況時，宜采取“繞避〞措施:巖溶區(qū)。斷裂、孔隙發(fā)育，寬度和密度較大，其底與溶洞、暗河相通的地段；溶洞、暗河發(fā)育地區(qū)，溶洞的洞徑大、頂板薄、裂隙發(fā)育、基巖破碎,暗河水流較大且洞內(nèi)無或少充填物的地段;巖溶水以表流和暗流交替出現(xiàn),巖溶發(fā)育復(fù)雜無規(guī)律；落水洞分布較密且漏水嚴(yán)重，塌陷時常發(fā)生的地段;基巖起伏、流塑或可塑軟土分布廣且厚度變化大、地下水活動強烈地段；地基處理費用太高的地段。土洞區(qū)。土層薄、裂隙發(fā)育且地表水入滲條件好,其下伏基巖有通道、暗河或呈負(fù)巖面的地段；石芽或出露巖體與上覆土體交接處,巖體裂隙、通道發(fā)育為地表水集中入滲的地段;地層下巖體兩組結(jié)構(gòu)面交匯或處于寬大裂隙帶上的地段；隱伏深大巖溶洞、隙、溝、槽、漏斗等，其臨近基巖面以上有軟弱土層分布地段；人工降水降落漏斗的中心地段及地面低洼、地面水體近旁的地段。當(dāng)巖溶體地基的強度和穩(wěn)定性不能滿足工程要求，常據(jù)巖溶具體情況、工程要求、施工條件，按照平安性與經(jīng)濟性原那么選擇適當(dāng)?shù)牡鼗幚矸椒ā?0編輯ppt〔3〕、處理方式①填墊法：該法可分為充填法、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。換填法—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。須去除洞中充填物,再全部用塊石、片石、砂、混凝土等材料進(jìn)行換填。

換填法圖示11編輯ppt挖填法—對淺埋的巖溶土洞,將其挖開或爆破揭頂,如洞內(nèi)有塌陷松軟土體,應(yīng)將其挖除,再以塊石、片石、砂等填入,然后覆蓋粘性土并夯實,稱挖填法。此法適用于輕型建筑物,并且要估計到地下水活動再度掏空的可能性。為提高堵體強度和整體性,在填入塊石、片石填料時,注入水泥漿液;對于重要工程根底下或較近的溶洞、土洞,除去洞中軟土后,將鋼筋或廢鋼打入洞體裂隙后再用混凝土填洞,對四周的巖石裂隙注入水泥漿液,以粘結(jié)成整體,并阻斷地下水。墊褥法—對巖溶洞、隙、溝、槽、石芽等巖溶突出物,可能引起地基沉降不均勻,將突出物鑿去后做30-50cm砂土墊褥處理,稱為墊褥法。②加固法該法通常包括灌漿法、頂柱法、強夯法、擠密法、漿砌法等。灌漿法—對埋深較大的巖溶土洞,宜采用密鉆灌漿法加固。應(yīng)視巖溶洞隙含水程度和處理目的來選擇材料。用于填塞時,可用粘土、砂石、混凝土、水泥砂漿等;用于防滲時,可用水泥漿和瀝青作帷幕,灌漿順序可先外圍后中間,先地下水上游后下游;用于充填加固時,用快干材料或砂石等將洞隙先行填塞,開始時壓力不宜過高,以免漿料大量流出加固范圍。在對廣州白云機場候機樓擴建工程巖溶地基處理過程中,程鑒基運用雙液化學(xué)硅化法對復(fù)雜多層含水溶洞成功進(jìn)行加固。12編輯ppt13編輯ppt頂柱法—當(dāng)洞頂板較薄、裂隙較多、洞跨較大,頂板強度缺乏以承擔(dān)上部荷載時,為保持地下水通暢,條件許可時采用附加支撐減少洞跨,稱頂柱法。一般在洞內(nèi)做漿砌塊石填補加固洞頂并砌筑支墩作附加支柱。貴州一鐵路構(gòu)筑物以半挖半填形式通過一頂板厚2~3.2m的大型溶洞上方,在洞內(nèi)砌筑4根漿砌片石柱以支撐溶洞頂板,即獲解決頂板穩(wěn)定問題。強夯法—在覆蓋形巖溶區(qū),處理大面積土洞和塌陷時,強夯法是一種省工省料、快速經(jīng)濟且能根治整個場地巖溶地基穩(wěn)定性的有效方法。一般夯擊遍數(shù)1~8遍,夯點距3m。如無地下水影響,兩遍夯擊間歇時間可不受限制,在夯擊過程中,如果夯錘突然下陷,說明下部有隱伏土洞,此時可隨夯隨填土或砂礫土料處理。對巖洞土洞中軟土較深地段,適宜于擠密性。采用砂柱、石灰柱、松土樁、混凝土樁或者鋼管等打入洞內(nèi),形成復(fù)合地基,提高地基穩(wěn)定性和強度。14編輯ppt③跨越法此法包括板跨法、梁跨法、拱跨法等。板跨法—深度較大、洞徑較小不便入內(nèi)施工或洞徑雖大、但因有水的溶洞，可據(jù)建筑物性質(zhì)和基底受力情況，用混凝土板或鋼筋混凝土板封頂,稱板跨法。桂林某廠車間柱基根底下面采用鋼筋凝土板跨越下伏溶洞或土洞，在各杯口周圍同樣預(yù)留灌漿孔，保證了各柱沉降比較均勻；宜春市張坊大橋3號橋臺也用鋼筋混凝土板跨越溶溝,處理效果良好。梁跨法—對埋藏較深但仍位于地基持力層內(nèi)的規(guī)模較小的塌陷或土洞，可用彈性地基梁或鋼筋混凝土梁跨越土洞或塌陷體。貴州某影劇院巖溶地基的處理采用倒掛式沉井墩式根底作支承，然后在沉井、墩基及基巖上架設(shè)20.6m的彈性地基梁跨越溶洞處理效果甚佳。拱跨法—在地下建筑工程的邊墻、塹式擋墻、堤式坡腳擋墻及橋墩、橋臺等地基下常見洞身較寬、深度又大、洞形復(fù)雜或有水流的巖溶地基，宜采用拱跨形式。拱分漿砌片石拱、混凝土拱、鋼筋混凝土拱。15編輯ppt④樁基法溶洞、塌陷漏斗較深較大或溶洞多層發(fā)育,可采用樁根底。在基巖起伏處,其上覆土層性質(zhì)較軟弱、厚度又大、不易去除時,宜采用鉆孔或沖孔灌注樁、爆擴樁,視工程需要作支承樁或摩擦樁,樁頭錨入基巖內(nèi);采用打入樁時,樁尖應(yīng)錨入基巖,采用人工挖孔樁時,多數(shù)情況開挖時宜設(shè)護壁。湖南某廠鍋爐房采用鉆孔灌注樁有效處理了深達(dá)12.3m、寬4.8m的溶洞。廣西某市中心廣場24層貿(mào)易大廈采用沖孔和挖孔要結(jié)合,解決復(fù)雜、多層、含水巖溶地基強度和穩(wěn)定性問題。16編輯ppt三、巖溶地貌的工程處理實例1、工程概況

某工程位于廣州市白云區(qū)內(nèi)，是一個以住宅為主，集商業(yè)、娛樂綜合建設(shè)的小區(qū)。有多幢單層、低層及多層建筑物，最高為十層住宅樓。2、地質(zhì)條件該工程場區(qū)位于廣花高速公路慶豐收費站附近，地處丘陵-洪沖積地帶。從初步地質(zhì)鉆探資料反映，場地內(nèi)基巖以石炭系灰?guī)r為主，局部為炭質(zhì)頁巖，并存在溶洞等不良現(xiàn)象。場地地層自上而下分別為：人工填土層，耕植土，第四系沖積層〔由淤泥、中砂、淤泥質(zhì)土、粉砂、礫砂、細(xì)砂、粉質(zhì)粘土、粘土等構(gòu)成〕，全風(fēng)化、強風(fēng)化炭質(zhì)頁巖、中風(fēng)化、微風(fēng)化灰?guī)r。其中全風(fēng)化巖帶厚度變化較大，從2m-5.5m。強風(fēng)化巖層厚1.9m-12.8m。場地地下水主要賦存于第四系沖積砂層、溶洞及基巖裂隙中。粉質(zhì)粘土及粘土層為弱透水層，連續(xù)性較差，大局部地區(qū)阻隔孔隙水與巖溶水、裂隙水的聯(lián)系。有局部砂層直接與基巖接觸，孔隙水與巖溶水、裂隙水水力聯(lián)系密切。

17編輯ppt3、地基與根底處理工程以該小區(qū)一幢十層建筑為例介紹其地基與根底處理技術(shù)。該工程原設(shè)計采用了預(yù)制高強預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，但施工中管樁被送入土中12多米仍未能收樁，有些還不見蹤影。在此情況下，設(shè)計經(jīng)咨詢研討后修改地基方案，改用深層攪拌樁加固地基，根底改為浮筏根底。在深層攪拌樁施工過程中出現(xiàn)了土方塌陷，為了確保工程質(zhì)量，對地質(zhì)情況再次鉆探勘查。鉆探結(jié)果證實，該工程主要有四個大的土洞〔溶洞與之伴生〕，還有個別很小的洞。其分布如以下圖18編輯ppt其中K4鉆孔土洞面積為6㎡，K25土洞為15㎡，K8為土洞，溶洞分布約20㎡，K27也為溶洞土洞分布區(qū)，呈長條形，約48㎡，各洞內(nèi)充