浅谈岩土工程中岩溶及土洞的工程地质特征及基础施工
摘要：文章以某城区中岩溶和土洞的工程性质以及分布进行了探讨，对岩溶区地基施工可能出现的问题展开了讨论，并就此提出了相应的解决对策，以期为岩溶地区工程施工和基层设计提供可供参考的意见和建议。
关键字：岩土工程；岩溶；土洞；地质特征；基础施工
一、城区土洞和岩溶分布状况
由统计数据资料可知，该城区在1980年至2010年之内先后出现十二次以上的土洞、岩溶塌陷等一系列的地质灾害，并且大多都是发生在中心城区位置，致使道路破坏、房屋倒塌，造成一定经济损失，从岩溶、土洞塌陷产生的频率以及结果来看，最近十几年来其发展态势愈发严重，并且也已经引起了相关部门高度的重视。
二、岩性组合特征
通过对多个场地进行勘察可知，该城区特质特征如下：岩性组合复杂，上层为浮土层、杂填土以及第四系全新的统冲洪积物，而下层基岩属于二叠统栖霞组的灰岩地层。该城区的土层特征由上至下表述如下：
（一）溶洞：灰黄色，碎石和卵石所占比例为10%-30%，其余采用粘性土填充，碎石、卵石的成分为灰岩、砂砾岩、石英砂岩。
（二）中风化灰岩：栖霞组灰岩，节理、裂隙较发育，风化中等，方解石填充裂隙面，
碎块构造为中厚层块状，下部岩芯完整，上部岩芯破碎。岩体质量等级为 4级，RQD值为0-85%，采取率介于30%-90%之间，本层场地内部均有揭示，其最大揭示厚度为9.5米。
（三）中风化辉绿岩：块状、绿色，矿物成分属于角闪斜长石，致密坚硬，晶粒较细，岩体质量等级为三类，硬岩。RQD值为30%，采取率为80%，仅在某些地段对场地进行揭示，其最大揭露厚度为1.4米。
（四）泥质碎石：主要为粉质粘土，灰黄色，5%-15%的角砾，50%的碎石，其粒径介于2mm-20mm之间，局部富集，棱角状的石英为其主要成分，呈可硬塑、湿润状态。
（五）土洞：饱和，软流塑状态，灰褐色，部分空洞。
（六）含角砾的粉质粘土：主要为粉质粘土，灰黄色，角砾的比例为10%-20%，分布不均、粒径为2mm-20mm，呈强中-风化状，呈可塑状态，很湿。
（七）红粘土：韧性中等、干强度，质纯，黄色，光滑，偶见裂缝，无摇振反应，复浸水特性属于二类，呈硬塑，饱和状态。
（八）含泥卵砾石：砂占5%-10%，砾石占30%-40%，卵石占20%-40%，剩余为泥质，黄色，分布不均，卵石成分主要为砂砾岩和石英岩，冲洪积成因。呈松散-稍密，很湿-饱和状态。
（九）粉质粘土：韧性、干强度中等，局部少量圆砾，灰黄色，无摇振反应，稍有光滑，呈可塑状态。
（十）杂填土：主要为粘性土，灰黄色，卵石、夹碎，粒径为20mm-40mm，含量为10%-30%，呈松散、湿润状态。
三、分析水文地质条件
场地中的地下水赋存在含泥卵砾石层里的孔隙型潜水中，富水性一般，透水性较好。高程介于327m-330m之间，初见水位的埋深介于1.7m-4.5m之间。在钻孔完成24h后，对地下水的稳定水位进行观测，发现其水位埋深介于1.5m-4.2m之间，其高程介于326m-330m之间。地下水径流方向为由北至南，由西至东，排泄方向为南方，其补给来源为地表水和大气降水。下部岩溶水属于赋存在灰岩岩溶裂隙里面的承压水，地下水位的的埋深介于10.5m-14m之间，高程介于320.5m-317m之间。按照其水文地质状况可知，第四系的地下水位其年变化幅度介于3至5米间，而岩溶水承压水头的年变化则处于3m-7m间。常年抗浮水位为330m，最高水位取330m。
四、评价岩溶场地的不良地质
（一）不良地质的类型
此次共有41个钻孔来揭露岩洞，场地属于覆盖型的岩溶区，岩溶有34.6%的发育率，顶板厚度介于0.2m至2.5m之间，洞径大小介于0.2m-40m之间，埋深介于 16.5m-52.5m之间，溶洞基本属于填充型的，在岩脉侵入和断层挤压的作用下，岩脉和断层附近岩体被严重破坏，出现裂隙发育的情况，并成为地下水通道，所以在岩脉侵入和断层附近的区域岩呈发育状态。
土洞分布位置在场地东北侧、东南侧、侵入岩脉附近岩溶的发育地段。土洞埋深通常
介于15m-40m之间，并且最发育的地方为和灰岩交界位置的土洞，这就表明土洞的形成和岩溶以及断层相关。按照钻孔揭露的土洞状况可知，发育主要集中在含角砾的粉质年土里，在土洞中会有粘性土填充，上段位置的钻杆大多抖动掉钻或下落，全部进入118个钻孔里面，总共揭露19个土洞钻孔，所占比例为16%。除了溶洞，发育土洞钻孔总共有7个，约占可见土洞孔数的37%，洞顶高度为2.4m-10m，洞顶埋深为15m-30m，顶埋深为12.5m-53m。由上可知，土洞发育最主要集中在下部位置，也就是15m以下的土洞较为发育。
（二）不良地质的危害程度和发展趋势
此场地属于岩溶发育不良地质分布区。按照地质灾害的评估条例可知，该场地处在不稳定区，但它属于岩溶发育晚期，并且第四系覆盖层的厚度比较大，超过15米，溶洞顶板的岩体质量等级比较高，再加上溶洞被含角砾粘性土填充，使得它的危害程度小，发育缓慢，所以该区域岩溶不会对场地稳定性产生较大影响。
按照场地土洞的埋藏深度、分布状况、水文地质状况、覆盖层性质等状况，地下水在松散土层里面存在径流情况，土洞在地震和地下水浅蚀的作用下会不断发展，最终造成塌陷情况的产生。按照相关规范对覆盖型岩溶区所进行的综合分析可知，此区域岩溶土洞比较发育，极易产生塌陷情况，进而对建筑物的稳定性形成影响。
（三）治理不良地质的建议
通过分析周边补孔和揭露土洞钻孔状况可知，土洞埋藏较深，多为直桶状，分布范围比较小，并且填充物大多属于流塑性的粘性土，而且处在地下水位下面位置。按照土洞宜堵不易疏，溶洞宜疏不宜堵的原则。建议如下：按照土洞治理经验，根据比例来配置水玻
璃、水泥、重钙粉、粉煤的含量，然后采取低压灌浆的处理形式，固化填充处理岩溶空洞。与此同时，还需对地面渗水采取排泄疏导措施，尽可能对地表水进行全封闭，避免深入地表水，使由于水流而造成的土洞潜蚀和发展得以减弱。
五、确定持力层
通过前面的分析论述便可得知，由于岩土层的层面坡度以及厚度变化比较大，地基土层存在不均匀分布，通过与拟建建筑物结构特点相结合，确定持力层方案：方案一，在处理完成所有的埋藏浅、洞径大的溶洞和土洞之后，与该市区以往经验相结合，可使用筏形基础与CFG桩相结合的方式形成复合地基，并选择中风化灰岩作为桩端的持力层；方案二，选择大直径钻孔灌注桩，采用中风化灰岩作为桩端的持力层。
六、基础施工中需要注意的事项
（一）在施工区使用物探技术，确定施工区有无出现岩溶塌陷的情况，从而采取相应的处理对策。
（二）因为风化深度和岩性存在一定差异，不好明确桩底标高，不容易对成桩的质量加以控制。
（三）在进行钻孔桩施工时，主要问题是第四系全新的统冲洪积物以及杂填土可能产生流砂，导致沉渣、缩径和塌孔的情况发生。
七、结语
总而言之，岩溶地层存在风化差异大、软硬岩石互层、岩土成分复杂、有岩溶土洞等
问题，所以，在对其进行基础施工之时，需对灰岩地层工程性质予以充分认识，并采取相应的解决对策，从而使基础工程的施工质量得到保证。
参考文献：
[1]龙艳魁. 长沙地铁1号线工程岩溶洞穴稳定性及其病害处理研究[D].中南大学,2012.
[2]张小军. 某高速公路路基岩溶特征与处置方法研究[D].中南大学,2012.
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