岩溶地区岩土工程特性及基础施工探讨

黄焕强

摘要：由于岩溶地基的极端复杂性，目前所见的岩土工程勘察报告中对岩溶地区的岩土工程评价及基础方案比选的深度仍不能满足相应设计与施工需要。因此，本文针对岩溶区工程地质特性进行分析与研究，并列举了一些成功的岩溶发育区工程地质勘察方法及基础施工实例，以供同仁参考。

关键词：岩溶；工程地质勘察；基础施工

在岩溶地区的工程建设中，出现大量工程质量问题。其中因工程出现塌陷、沉降而造成的工程事故时而发生。加强岩溶区的综合研究，特别是岩土工程地质的研究，可尽量避免各种地质灾害事故的发生。本人从事岩土工程勘察20多年，经常在岩溶地区进行岩土工程勘察工作，总结出岩溶地区具有独特的工程地质特性，供参考。

1. 岩溶区工程地质特性

1.1 岩溶的分布规律

在岩溶（喀斯特）地区常存在溶洞或土洞、溶沟、溶隙、洼地等。地下水的冲蚀或潜蚀使其形成和发展，它们对结构物的影响很大，易于出现地基不均匀变形、崩塌和陷落。因此在修建结构物之前，必须进行必要的处理。其成因与地质构造条件、地层岩性及水文地质条件密切相关，其主要规律如下：

（1）灰岩区的溶洞或土洞、溶沟、溶隙，受断裂破碎带影响，沿线裂隙、破碎带、断裂带地下水丰富，地下水流动活跃区，岩溶相对发育。

（2）灰岩中碳酸盐成分纯度高，与地下水易产生化学作用，溶洞或土洞、溶沟、溶隙、洼地相对发育。

（3）土洞、溶洞多分布在岩性相变较大或发生突变处，灰岩与砂岩、泥质砂岩交界处。

1.2 岩溶规模形态特征

根据岩溶形态及岩溶形态组合特征，将各种岩溶类型划分为晶孔溶孔型、溶隙宽缝型、溶沟溶槽型、溶管溶洞型、溶带块屑型、间互层洞隙型等七种基本岩溶组合结构。在工程勘察、施工中可识别的有溶沟溶槽型、网状洞穴型、溶管溶洞型、间互层洞隙型。岩溶个体形态因其所处位置不同，受各种因素控制，其发育规模差别较大，广州白云机场高速人和中桥、南海黄岐教学楼工程地质勘察所见溶隙、溶孔、溶穴、溶管、石牙、石柱、溶沟、溶槽等的长、宽、高多<5m，岩溶个体形态发育规模较小；而高明西岸跨线桥工程地质勘察所见岩屋、浅层溶洞、岩溶洼地、岩溶漏斗、浅层地下河等的长、宽、高又都普遍>5m。岩溶个体形态发育规模较大。溶洞、土洞的平面形态具有圆形、椭圆形、长条形及不规则形等，其剖面形态具有坛状、井状、漏斗状、碟状及不规则状等，溶洞按其填充状态可分为空洞、半充填及全充填三类；按其漏水情况可分为漏水和不漏水两类；按其充填物性质可分为粘性土充填、砂砾土充填两类。在岩溶地区进行岩土工程勘察施工，经常会因充填物呈软塑状、松散状或含较丰富地下水，易于出现孔壁垮塌、冲洗液漏失等孔内事故，且出现频率极高，处理难度也很大。

1.3 岩溶区钻探施工、基础施工易引发地质灾害（岩溶塌陷）

岩溶塌陷是在有覆盖土的岩溶发育区，在特定的水文地质条件下，岩面以上的土体遭到流失迁移而形成土中的洞穴和洞内塌落堆积物以及引发地面变形破坏的总称。土洞是岩溶的一种特殊形态，不良地质现象，由于发育速度快、分布密，对工程的影响有时甚至大于岩洞。岩溶塌陷虽有突发性，但其前身的土洞，是在某些因素作用下，多数是长期发育而形成的。因而，对土洞的调查、勘探、治理和预报是岩溶塌陷区重要的岩土工程工作之一。覆盖型岩溶地区的岩溶塌陷是由覆盖层中的土洞发展而发生的，自然的因素是长期地和经常地通过影响地下水的水质、水量、水力来溶蚀可溶岩、潜蚀土层而孕育、发展土洞的；人为的因素则在基础施工、地质钻探施工过程或之后改变了地下水的活动规律，从而加速土洞的发展，加强塌陷的规模，加剧塌陷的危害。

对黄岐某教学楼进行超前钻探296个钻孔，发现82个钻孔有溶洞，其中钻探施工过程及施工完成后发生地陷、地面坍塌的共有9处，地陷深达2m～3m，地面多呈圆形，直径约3m～4m。发生地陷的原因可能是施工过程中第四系砂土层随钻孔通道流入溶洞，造成地表空洞而引发坍塌。

近期因兴建道路、桥梁、商业地产等引发地面塌陷频繁发生。有统计表明，广州市已发生地面塌陷主要集中在花都区、白云区、荔湾区、增城市和从化市。其中岩溶地面塌陷占97.9%。

2. 岩溶地区工程建设基础设计施工实例

2.1 高明西岸跨线桥

高明西岸跨线桥工程进入钻（冲）孔灌注桩基础施工阶段。桩基础持力层为微风化岩层，因场地地基基岩微风化岩为石灰岩，溶洞、土洞发育，岩层面陡立。根据详细地质勘察资料及冲孔施 工过程出现的情况，经路桥公司、设计院、施工单位、勘察单位共同协商，决定对A1、A3、A5、A6 、A7、A11、B4、B9号桩进行超前钻探，共8支桩。本次超前钻探工程由广东佛山地质工程勘察院负责实施。本次勘察钻孔位置、钻孔深度由设计部门确定，要求钻入连续完整的微风化灰岩8m～10m。勘察目的是查明桩端之下灰岩溶洞发育情况，根据详细地质勘察资料查明桩内岩面变化情况。

微风化灰岩：各桩钻孔均有揭露。揭露厚度8.60m～16.00m，顶界标高-15.21m～-53.79m，岩面起伏不平，局部陡立，岩面与详细地质勘察变化较大。岩石呈浅灰色、灰色，厚层状，岩质坚硬。方解石脉及岩溶洞隙发育。桥址属岩溶发育区，ZKA7、ZKA6孔见洞高分别为2.0m、1.5m的溶洞，洞内充填流塑状粘土、砂砾及灰岩碎块。A1、A3号桩下部灰岩呈角砾状，胶结较好，有构造痕迹，呈桥位0～5号墩灰岩多呈灰黑色，裂隙发育，裂隙间有炭质物充填，6～11号墩灰岩多呈灰色、灰白色，裂隙较少，方解石脉发育。

其中A5桩桥基冲孔施工据详细勘察资料进入微风化基岩2.0m，标高-38.0m，冲孔至设计标高后，下钢筋笼准备浇筑混凝土，发现钢筋笼无法摆正，总向一侧倾斜，后再在桩内倾斜的一侧进行超前钻探，发现桩内岩层陡立，其标高-42.8m才见完整微风化灰岩。桥墩基础依据超前钻探地质资料，修改桥基冲孔桩终孔标高至-43.8m，有效防止出现桩底之下部分为土层，部分为岩层，确保桩基稳定，跨线桥工程质量。

2.2 佛山一环桂和立交桥

佛山一环桂和立交桥基础采用钻孔灌注桩基础，桩径1.8m，桥墩间距20m，每一桥墩两个承台，两承台间距8m，每一承台由两根基础支撑。钻孔灌注桩基础已施工完毕，嵌岩1.5m，进入桩体检测，准备桥墩墩台施工，其中6号墩1号桩桩端标高-48m，通过抽芯检测，发现桩端置于溶洞之上，桩端下3m为软塑粘土，不能满足立交桥承载力要求，需重新施工。其他未检测基础也进行检测。原每一承台有一个钻孔控制，已有地质资料立交桥处于岩溶发育区，6号墩1号桩-46.5m以下为完整灰岩，经紧靠6号墩1号桩桩体周边3个钻孔验证，第一个钻孔-46.3m以下有10m完整微风化灰岩，与已有勘察资料相符，第二个钻孔-52.3m以下有10m完整微风化灰岩，第三个钻孔-57.2m以下有10m完整微风化灰岩，灰岩面成漏斗状，桩基施工容易出现“半悬桩”工程质量问题。

2.3 英德某大桥

英德已建大桥长444.7m，宽12m，因8号桥墩、9号桥墩发生病害已停止使用，后经调查证实，大桥病害发生在8号和9号主桥墩的两个T型钢构上，以9号桥墩的病害最为严重，9号桥墩向河心方向倾斜，T钩梁体纵向位移5cm以上，桥面竖曲线严重变形，伸缩缝功能丧失，挂梁支座变形已基本损坏；8号桥墩下游侧向倾斜1.5cm，两桥墩在倾斜的同时均带有不同程度的扭转。8号、9号桥墩中心距离65.0m，由于桥墩倾斜，目前已不能满足正常营运要求，急待维修加固。

在8号和9号主桥墩内测经钻孔勘察，其基础地基为灰岩岩溶发育区，各钻孔中均有溶洞，溶洞最大高度7.17m，最小高度0.1m，各钻孔中有2层以上的溶洞，洞内多充填流塑状淤泥、粘土。其中9号桥墩钻孔见3层溶洞，规模较大，形态呈不规则圆形、扁平条带状；上层溶洞顶板标高17.61m，底板标高14.27m，呈不规则圆形，洞高3.34m，洞内上部充填灰黑色流塑状淤泥，下部充填含泥质粉细砂；中层溶洞顶板标高7.63m～9.13m，底板标高5.04m～6.54m呈扁平条带状，洞高0.12m～1.95m，洞内充填灰褐色软塑状粘土；底层溶洞顶板标高-0.32m～-0.45m，底板标高-1.24m～-2.22m，呈扁平条带状，洞高0.79m～1.90m，洞内充填灰褐色软塑状粘土、未完全溶蚀灰岩块，9号桥墩连续完整灰岩面标高在-2.22～6.54之间，原桥墩基础置于底层溶洞上不，基础桩尖标高在5.5m，未穿底层溶洞，引发9号桥墩向河心方向倾斜。岩溶区地质条件复杂，勘探手段较落后，勘探点密度低，深度不够，未有效揭露，掌握溶洞的分布规律。

3. 结语

道路、桥梁、城市建设，特别是岩溶区的工程建设项目。通过工程地质勘察，综合物探等其他勘察手段，详细分析岩溶区地质条件的复杂性，摸清岩溶区溶洞的发育程度，调查清楚溶洞的规模、形态特征。在岩性、岩相变化复杂、断裂构造发育、岩面变化大、岩溶溶洞发育区，必要时增加勘察钻孔密度，充分了解岩溶区的工程地质特性，加强勘察、设计、施工的联系，防止在工程建设过程中，出现地面塌陷、桩基施工出现“滑桩”、“悬桩”、“半悬桩”等工程质量问题，确保工程质量。