黃煥強

摘要：由于巖溶地基的極端復雜性，目前所見的巖土工程勘察報告中對巖溶地區(qū)的巖土工程評價及基礎方案比選的深度仍不能滿足相應設計與施工需要。因此，本文針對巖溶區(qū)工程地質(zhì)特性進行分析與研究，并列舉了一些成功的巖溶發(fā)育區(qū)工程地質(zhì)勘察方法及基礎施工實例，以供同仁參考。

關鍵詞：巖溶；工程地質(zhì)勘察；基礎施工

在巖溶地區(qū)的工程建設中，出現(xiàn)大量工程質(zhì)量問題。其中因工程出現(xiàn)塌陷、沉降而造成的工程事故時而發(fā)生。加強巖溶區(qū)的綜合研究，特別是巖土工程地質(zhì)的研究，可盡量避免各種地質(zhì)災害事故的發(fā)生。本人從事巖土工程勘察20多年，經(jīng)常在巖溶地區(qū)進行巖土工程勘察工作，總結出巖溶地區(qū)具有獨特的工程地質(zhì)特性，供參考。

1. 巖溶區(qū)工程地質(zhì)特性

1.1 巖溶的分布規(guī)律

在巖溶（喀斯特）地區(qū)常存在溶洞或土洞、溶溝、溶隙、洼地等。地下水的沖蝕或潛蝕使其形成和發(fā)展，它們對結構物的影響很大，易于出現(xiàn)地基不均勻變形、崩塌和陷落。因此在修建結構物之前，必須進行必要的處理。其成因與地質(zhì)構造條件、地層巖性及水文地質(zhì)條件密切相關，其主要規(guī)律如下：

（1）灰?guī)r區(qū)的溶洞或土洞、溶溝、溶隙，受斷裂破碎帶影響，沿線裂隙、破碎帶、斷裂帶地下水豐富，地下水流動活躍區(qū)，巖溶相對發(fā)育。

（2）灰?guī)r中碳酸鹽成分純度高，與地下水易產(chǎn)生化學作用，溶洞或土洞、溶溝、溶隙、洼地相對發(fā)育。

（3）土洞、溶洞多分布在巖性相變較大或發(fā)生突變處，灰?guī)r與砂巖、泥質(zhì)砂巖交界處。

1.2 巖溶規(guī)模形態(tài)特征

根據(jù)巖溶形態(tài)及巖溶形態(tài)組合特征，將各種巖溶類型劃分為晶孔溶孔型、溶隙寬縫型、溶溝溶槽型、溶管溶洞型、溶帶塊屑型、間互層洞隙型等七種基本巖溶組合結構。在工程勘察、施工中可識別的有溶溝溶槽型、網(wǎng)狀洞穴型、溶管溶洞型、間互層洞隙型。巖溶個體形態(tài)因其所處位置不同，受各種因素控制，其發(fā)育規(guī)模差別較大，廣州白云機場高速人和中橋、南海黃岐教學樓工程地質(zhì)勘察所見溶隙、溶孔、溶穴、溶管、石牙、石柱、溶溝、溶槽等的長、寬、高多<5m，巖溶個體形態(tài)發(fā)育規(guī)模較?。欢呙魑靼犊缇€橋工程地質(zhì)勘察所見巖屋、淺層溶洞、巖溶洼地、巖溶漏斗、淺層地下河等的長、寬、高又都普遍>5m。巖溶個體形態(tài)發(fā)育規(guī)模較大。溶洞、土洞的平面形態(tài)具有圓形、橢圓形、長條形及不規(guī)則形等，其剖面形態(tài)具有壇狀、井狀、漏斗狀、碟狀及不規(guī)則狀等，溶洞按其填充狀態(tài)可分為空洞、半充填及全充填三類；按其漏水情況可分為漏水和不漏水兩類；按其充填物性質(zhì)可分為粘性土充填、砂礫土充填兩類。在巖溶地區(qū)進行巖土工程勘察施工，經(jīng)常會因充填物呈軟塑狀、松散狀或含較豐富地下水，易于出現(xiàn)孔壁垮塌、沖洗液漏失等孔內(nèi)事故，且出現(xiàn)頻率極高，處理難度也很大。

1.3 巖溶區(qū)鉆探施工、基礎施工易引發(fā)地質(zhì)災害（巖溶塌陷）

巖溶塌陷是在有覆蓋土的巖溶發(fā)育區(qū)，在特定的水文地質(zhì)條件下，巖面以上的土體遭到流失遷移而形成土中的洞穴和洞內(nèi)塌落堆積物以及引發(fā)地面變形破壞的總稱。土洞是巖溶的一種特殊形態(tài)，不良地質(zhì)現(xiàn)象，由于發(fā)育速度快、分布密，對工程的影響有時甚至大于巖洞。巖溶塌陷雖有突發(fā)性，但其前身的土洞，是在某些因素作用下，多數(shù)是長期發(fā)育而形成的。因而，對土洞的調(diào)查、勘探、治理和預報是巖溶塌陷區(qū)重要的巖土工程工作之一。覆蓋型巖溶地區(qū)的巖溶塌陷是由覆蓋層中的土洞發(fā)展而發(fā)生的，自然的因素是長期地和經(jīng)常地通過影響地下水的水質(zhì)、水量、水力來溶蝕可溶巖、潛蝕土層而孕育、發(fā)展土洞的；人為的因素則在基礎施工、地質(zhì)鉆探施工過程或之后改變了地下水的活動規(guī)律，從而加速土洞的發(fā)展，加強塌陷的規(guī)模，加劇塌陷的危害。

對黃岐某教學樓進行超前鉆探296個鉆孔，發(fā)現(xiàn)82個鉆孔有溶洞，其中鉆探施工過程及施工完成后發(fā)生地陷、地面坍塌的共有9處，地陷深達2m～3m，地面多呈圓形，直徑約3m～4m。發(fā)生地陷的原因可能是施工過程中第四系砂土層隨鉆孔通道流入溶洞，造成地表空洞而引發(fā)坍塌。

近期因興建道路、橋梁、商業(yè)地產(chǎn)等引發(fā)地面塌陷頻繁發(fā)生。有統(tǒng)計表明，廣州市已發(fā)生地面塌陷主要集中在花都區(qū)、白云區(qū)、荔灣區(qū)、增城市和從化市。其中巖溶地面塌陷占97.9%。

2. 巖溶地區(qū)工程建設基礎設計施工實例

2.1 高明西岸跨線橋

高明西岸跨線橋工程進入鉆（沖）孔灌注樁基礎施工階段。樁基礎持力層為微風化巖層，因場地地基基巖微風化巖為石灰?guī)r，溶洞、土洞發(fā)育，巖層面陡立。根據(jù)詳細地質(zhì)勘察資料及沖孔施 工過程出現(xiàn)的情況，經(jīng)路橋公司、設計院、施工單位、勘察單位共同協(xié)商，決定對A1、A3、A5、A6 、A7、A11、B4、B9號樁進行超前鉆探，共8支樁。本次超前鉆探工程由廣東佛山地質(zhì)工程勘察院負責實施。本次勘察鉆孔位置、鉆孔深度由設計部門確定，要求鉆入連續(xù)完整的微風化灰?guī)r8m～10m。勘察目的是查明樁端之下灰?guī)r溶洞發(fā)育情況，根據(jù)詳細地質(zhì)勘察資料查明樁內(nèi)巖面變化情況。

微風化灰?guī)r：各樁鉆孔均有揭露。揭露厚度8.60m～16.00m，頂界標高-15.21m～-53.79m，巖面起伏不平，局部陡立，巖面與詳細地質(zhì)勘察變化較大。巖石呈淺灰色、灰色，厚層狀，巖質(zhì)堅硬。方解石脈及巖溶洞隙發(fā)育。橋址屬巖溶發(fā)育區(qū)，ZKA7、ZKA6孔見洞高分別為2.0m、1.5m的溶洞，洞內(nèi)充填流塑狀粘土、砂礫及灰?guī)r碎塊。A1、A3號樁下部灰?guī)r呈角礫狀，膠結較好，有構造痕跡，呈橋位0～5號墩灰?guī)r多呈灰黑色，裂隙發(fā)育，裂隙間有炭質(zhì)物充填，6～11號墩灰?guī)r多呈灰色、灰白色，裂隙較少，方解石脈發(fā)育。

其中A5樁橋基沖孔施工據(jù)詳細勘察資料進入微風化基巖2.0m，標高-38.0m，沖孔至設計標高后，下鋼筋籠準備澆筑混凝土，發(fā)現(xiàn)鋼筋籠無法擺正，總向一側傾斜，后再在樁內(nèi)傾斜的一側進行超前鉆探，發(fā)現(xiàn)樁內(nèi)巖層陡立，其標高-42.8m才見完整微風化灰?guī)r。橋墩基礎依據(jù)超前鉆探地質(zhì)資料，修改橋基沖孔樁終孔標高至-43.8m，有效防止出現(xiàn)樁底之下部分為土層，部分為巖層，確保樁基穩(wěn)定，跨線橋工程質(zhì)量。

2.2 佛山一環(huán)桂和立交橋

佛山一環(huán)桂和立交橋基礎采用鉆孔灌注樁基礎，樁徑1.8m，橋墩間距20m，每一橋墩兩個承臺，兩承臺間距8m，每一承臺由兩根基礎支撐。鉆孔灌注樁基礎已施工完畢，嵌巖1.5m，進入樁體檢測，準備橋墩墩臺施工，其中6號墩1號樁樁端標高-48m，通過抽芯檢測，發(fā)現(xiàn)樁端置于溶洞之上，樁端下3m為軟塑粘土，不能滿足立交橋承載力要求，需重新施工。其他未檢測基礎也進行檢測。原每一承臺有一個鉆孔控制，已有地質(zhì)資料立交橋處于巖溶發(fā)育區(qū)，6號墩1號樁-46.5m以下為完整灰?guī)r，經(jīng)緊靠6號墩1號樁樁體周邊3個鉆孔驗證，第一個鉆孔-46.3m以下有10m完整微風化灰?guī)r，與已有勘察資料相符，第二個鉆孔-52.3m以下有10m完整微風化灰?guī)r，第三個鉆孔-57.2m以下有10m完整微風化灰?guī)r，灰?guī)r面成漏斗狀，樁基施工容易出現(xiàn)“半懸樁”工程質(zhì)量問題。

2.3 英德某大橋

英德已建大橋長444.7m，寬12m，因8號橋墩、9號橋墩發(fā)生病害已停止使用，后經(jīng)調(diào)查證實，大橋病害發(fā)生在8號和9號主橋墩的兩個T型鋼構上，以9號橋墩的病害最為嚴重，9號橋墩向河心方向傾斜，T鉤梁體縱向位移5cm以上，橋面豎曲線嚴重變形，伸縮縫功能喪失，掛梁支座變形已基本損壞；8號橋墩下游側向傾斜1.5cm，兩橋墩在傾斜的同時均帶有不同程度的扭轉(zhuǎn)。8號、9號橋墩中心距離65.0m，由于橋墩傾斜，目前已不能滿足正常營運要求，急待維修加固。

在8號和9號主橋墩內(nèi)測經(jīng)鉆孔勘察，其基礎地基為灰?guī)r巖溶發(fā)育區(qū)，各鉆孔中均有溶洞，溶洞最大高度7.17m，最小高度0.1m，各鉆孔中有2層以上的溶洞，洞內(nèi)多充填流塑狀淤泥、粘土。其中9號橋墩鉆孔見3層溶洞，規(guī)模較大，形態(tài)呈不規(guī)則圓形、扁平條帶狀；上層溶洞頂板標高17.61m，底板標高14.27m，呈不規(guī)則圓形，洞高3.34m，洞內(nèi)上部充填灰黑色流塑狀淤泥，下部充填含泥質(zhì)粉細砂；中層溶洞頂板標高7.63m～9.13m，底板標高5.04m～6.54m呈扁平條帶狀，洞高0.12m～1.95m，洞內(nèi)充填灰褐色軟塑狀粘土；底層溶洞頂板標高-0.32m～-0.45m，底板標高-1.24m～-2.22m，呈扁平條帶狀，洞高0.79m～1.90m，洞內(nèi)充填灰褐色軟塑狀粘土、未完全溶蝕灰?guī)r塊，9號橋墩連續(xù)完整灰?guī)r面標高在-2.22～6.54之間，原橋墩基礎置于底層溶洞上不，基礎樁尖標高在5.5m，未穿底層溶洞，引發(fā)9號橋墩向河心方向傾斜。巖溶區(qū)地質(zhì)條件復雜，勘探手段較落后，勘探點密度低，深度不夠，未有效揭露，掌握溶洞的分布規(guī)律。

3. 結語

道路、橋梁、城市建設，特別是巖溶區(qū)的工程建設項目。通過工程地質(zhì)勘察，綜合物探等其他勘察手段，詳細分析巖溶區(qū)地質(zhì)條件的復雜性，摸清巖溶區(qū)溶洞的發(fā)育程度，調(diào)查清楚溶洞的規(guī)模、形態(tài)特征。在巖性、巖相變化復雜、斷裂構造發(fā)育、巖面變化大、巖溶溶洞發(fā)育區(qū)，必要時增加勘察鉆孔密度，充分了解巖溶區(qū)的工程地質(zhì)特性，加強勘察、設計、施工的聯(lián)系，防止在工程建設過程中，出現(xiàn)地面塌陷、樁基施工出現(xiàn)“滑樁”、“懸樁”、“半懸樁”等工程質(zhì)量問題，確保工程質(zhì)量。