巖溶地基基礎(chǔ)處理探討
2016-11-07
一 、巖溶的一般形態(tài)和形成原因
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%,巖溶的主要形態(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:具有可溶性的巖層;具有有溶解能力(含CO2)和足夠流量的水;具有地表水下滲、地下水流動的途徑。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)育速度較慢。質(zhì)純層厚的巖層,巖溶發(fā)育強烈,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。
二、巖溶地基勘察及其基礎(chǔ)施工
2.1常見問題。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,互相印證。可采用電法、電磁法探測基巖埋深、土洞,劃分上覆土層和風化帶,采用跨孔電磁波計算機層析成像(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波發(fā)射及接收井,即可達到由點到面(剖面)的勘察效果。巖溶地區(qū)工程活動中常見下列的一些問題:
?、巽@探或沖(鉆)孔樁作業(yè)時,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,達數(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30% ~60%;⑧地面塌陷,相鄰建筑沉裂;⑨同樁抽芯,幾個鉆孔完全不一樣。
2.2 地基基礎(chǔ)處理的比選。基礎(chǔ)問題不但會嚴重影響安全、工期和造價,有時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)計與施工依據(jù)不足。下面概述巖溶地區(qū)主要使用的樁基型式。
2.2.1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)用天然地基時的沉降量大和承載力小的問題。
2.2.2鉆孔樁。鉆孔樁的成孔直徑大,施工方便,適用于單樁荷載大、地下有孤石的情況,鉆孔樁不宜用在溶巖裂隙多、溶溝多等淺層巖溶發(fā)育的基巖中。
2.2.3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。
2.2.4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,到達下層溶洞頂板。
2.2.5群樁。當巖溶表面極其復(fù)雜,但巖溶表面上覆蓋有較厚砂卵石層時,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。
三、巖溶地基的評價
表1洞隙穩(wěn)定性定性評價
評價因素 對穩(wěn)定有利 對穩(wěn)定不利
地質(zhì)構(gòu)造 無斷裂、褶曲,裂隙不發(fā)育或膠結(jié)良好 有斷裂、褶曲,裂隙發(fā)育,有兩組以上張開裂隙切割巖體,呈干砌狀
巖性及厚度 厚層塊狀,純質(zhì)灰?guī)r,強度高 薄層石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r,有互層,巖體強度低
巖層產(chǎn)狀 走向與洞軸正交或斜交,傾角平緩 走向與洞軸平行,陡傾角
洞穴形態(tài)及埋藏條件 埋藏深,覆蓋層厚,洞體小(與基礎(chǔ)尺寸相比) ,呈豎井狀或裂隙狀,單體分布 埋藏淺,在基底附近,洞徑大,呈扁平狀,復(fù)體相連
頂板情況 頂板巖層厚度與洞徑比值大,頂板呈板狀或拱狀,有鈣質(zhì)膠結(jié) 頂板巖層厚度與洞跨比值小,有切割的懸掛巖,未膠結(jié)
充填情況 為密實沉積物填滿,且無被水沖蝕的可能性 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 無地下水 有水流或間歇性水流,流速大,有承壓性
地震設(shè)防烈度 地震設(shè)防烈度小于7度 地震設(shè)防烈度等于或大于7度
建筑物荷重及重要性 建筑物荷重小,為一般建筑物 建筑物荷重大,為重要建筑物
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,加強巖溶地基穩(wěn)定性分析評價,采用合理、經(jīng)濟的地基處理措施,有著重大的技術(shù)價值和經(jīng)濟意義。近年來在該領(lǐng)域內(nèi)的研究取得較大進展,對巖溶空洞地基穩(wěn)定性的分析評價經(jīng)歷了從定性→半定量→定量的過程。定性評價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,包括綜合分析法、經(jīng)驗比擬法。其中綜合分析法可根據(jù)洞隙各項邊界條件,對比表1中所列影響洞體的諸因素進行綜合分析并作出評價。半定量評價方法:①頂板厚跨比法。此法常用于穩(wěn)定圍巖。不考慮頂板形態(tài)、荷載大小和性質(zhì),根據(jù)近似的水平投影跨度L和頂部最薄處厚度h,求出厚跨比h/L,作為安全厚度評價依據(jù);②估算頂板安全厚度法。定量評價法:巖溶地基穩(wěn)定性研究的發(fā)展趨勢,必將是由定性到定量,由平面到三維的過程。
總之,巖溶場地的工程地質(zhì)勘察須綜合應(yīng)用物探、鉆探、坑探等多種技術(shù)手段,巖溶發(fā)育程度及發(fā)育特征與評價應(yīng)考慮到對地基強度及穩(wěn)定性的影響,必須運用工程地質(zhì)的研究方法進行詳盡的勘察與評價工作,對巖溶地基的處理需要考慮多種因素進行科學(xué)的處理。
參考文獻:
[1]李聰林.橋梁巖溶地基的處理方法[J].鐵道標準設(shè)計,2003,(1)
[2]劉宏,趙躍平,鄔相國等.強溶蝕帶巖溶地基穩(wěn)定性研究[J].人民長江,2009,40(20)
