西南岩溶区建筑地基溶蚀程度深度分布规律

曹贤发,刘之葵,李海玲

(桂林理工大学 a.广西岩土力学与工程重点实验室;b.土木与建筑工程学院,广西 桂林　541004)



西南岩溶区建筑地基溶蚀程度深度分布规律

曹贤发,刘之葵,李海玲

(桂林理工大学 a.广西岩土力学与工程重点实验室;b.土木与建筑工程学院,广西 桂林541004)

摘要：为研究西南岩溶建筑地基岩溶发育的统一规律,在收集了200多份广西、云南、贵州、重庆、广东、福建等西南岩溶地区的工程勘察资料的基础上,选择其中最具代表性的24个建筑场地共划分为58个亚区，分析其地基溶蚀程度的深度分布规律。结果表明,在西南岩溶地区工程建设中,尽管不同建筑岩溶地基的地层岩性、地质构造、地下水动力和气候条件等岩溶发育条件存在不同程度差异,但只要该场地处于稳定的地质构造单元内且下伏基岩为纯碳酸盐岩或较纯的碳酸盐岩夹层,则其溶蚀程度一般具有随深度增大而呈指数衰减的规律。

关键词：岩溶;溶蚀程度;岩溶发育程度;岩溶地基；西南地区

岩溶发育是影响西南岩溶地区工程建设的重要问题[1-2]。经过多年的发展和完善,岩溶区建筑场地的岩溶发育程度分级作为传统的经典岩溶发育规律研究方法[3-4],目前已成为《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)[5]推荐的主要分析方法。工程实践表明,这种方法无法确定岩溶发育程度随深度变化的规律,且其评价结论也常常不符合地基岩溶发育程度的实际情况。文献[6]从岩溶发育机制上深入论证了岩溶地基溶蚀程度具有随深度增大而呈指数衰减的规律。文献[7]将岩面溶蚀情况和洞隙发育特征结合起来, 提出了溶蚀率的定义, 并以此为基础针对建筑岩溶地基建立了溶蚀程度深度分布规律的定量分析方法, 从而将岩溶地基溶蚀程度随深度呈指数衰减的规律很好地刻画出来。 传统研究方法和目前大部分学者认为, 岩溶发育具有区域性和不均性, 不同地区之间或者同一地区不同场地之间的岩溶发育不具统一规律, 因此, 有必要通过大量工程实践资料进一步分析文献[7]中提出的溶蚀程度深度分布规律在西南岩溶地区的适用条件, 这对西南岩溶建筑地基处理具有重要的工程意义。

1数据概况

西南岩溶地区是中国岩溶发育的典型区域。本文共收集西南岩溶地区的建筑工程详细勘察或施工勘察资料200余份,涉及建筑物1 200余栋,其中大部分地质勘察资料来源于广西南宁、 柳州、 桂林、 崇左、 来宾、 河池等岩溶成片发育地区, 同时收集了广东深圳市、 福建龙岩市、 云南昆明地区、 贵州贵阳地区和重庆地区的部分岩溶地质资料, 这些工程所处高程范围为50～2 100 m左右,涵盖了从低山丘陵至高山和盆地等不同的地貌类型,跨越了热带、亚热带气候。由于资料较多,限于篇幅,仅选用部分代表性资料进行分析,所选工程场地的基本情况见表1。

数据选用原则如下:

(1)一般情况下,场地桩基施工勘察钻孔密度较大、钻孔数量较多,为提高地基溶蚀程度深度分布特征的刻画精度和工程针对性,优先选用桩基施工勘察场地, 对同时收集有详细勘察和桩基施工勘察资料的场地,也仅采用施工勘察资料。对建筑占地面积较大的单体建筑场地按建筑功能区域、沉降单元为依据进一步划分为两个或以上评价区域,并在同一幅图中绘出各分区溶蚀率-深度关系曲线。

表1　工程数据概况Table 1　Summary of projects

续表1

注：H0为深度起算高程， 取值一般大于场地范围内钻孔揭露的最大岩面高程；a、b为本文式(1)的拟合系数，R为曲线拟合的线性相关系数。

(2)未进行桩基施工勘察场地,选用其详细勘察资料。由于岩土工程详细勘察阶段的钻孔密度较小,且常常遇到不按建筑平面特征布孔的情况,若按单体建筑或地基沉降单元划分评价亚区,钻孔数量不能满足溶蚀率统计要求,故评价亚区按照勘察场地形状综合考虑钻孔数量进行划分。对单体建筑范围布孔数量超过12个的场地,按单体建筑划分亚区；否则，将临近数个单体建筑场地合并为一个亚区。

(3)部分场地详细勘察也按一柱一孔原则布孔,与施工勘察的布孔原则一致,其钻孔密度和数量也较大,评价分区参照施工勘察的分区方法和标准进行。

(4)对场地有多个分区的情况,为更好地体现所选区域对场地的代表性,按遇洞率最大原则仅选用其中2～3个分区。

(5)根据碳酸盐岩纯度,碳酸盐岩地层可分为以下4类：纯碳酸盐岩地层；含少量非可溶盐岩碳酸盐岩夹层；碳酸盐岩与碳酸盐岩互层；夹碳酸盐岩的非可溶盐岩间层。其中后两类碳酸盐岩地层在工程建设实践中所揭示的岩溶发育程度较低,岩溶现象不明显,岩溶地质问题轻微,一般可视为非可溶盐岩地层对待。岩溶问题较为突出的以前两类碳酸盐岩地层为主,这也是目前岩溶地质问题研究的重点。本文所选择场地均为这两类地层的建筑场地。

2结果及讨论

文献[6-7]的研究成果表明,根据岩面溶蚀高度和洞隙溶蚀高度定义的溶蚀率是地基溶蚀程度的合理表征指标。本文按文献[7]建立的方法对表1各场地的钻孔数据进行处理,可得各场地的溶蚀程度深度分布曲线如图1所示。拟合曲线为

r=r(H)=aeb(H0-H)。

(1)

式中： r为高程H处的溶蚀率;a、b为曲线拟合系数。

从表1可知,曲线拟合线性相关系数平均值为0.958,除桂林市中隐路商贸广场停车场西区及河池市铜鼓花园2#楼场地分别为0.86和0.89外,其余场地的曲线拟合线性相关系数均大于0.90,最大值达0.991。从图1d～g可知,溶蚀率拟合曲线对实测溶蚀率深度变化规律的刻画效果良好。

不少学者认为岩溶发育具有成层特征,但从图中可以发现,建筑地基影响深度较小,仅涉及浅层岩溶发育,即建筑地基影响深度范围内的岩溶发育一般只有一个浅层岩溶发育层,建筑地基溶蚀程度特征分析一般可不考虑岩溶发育的分层特征。

2.1地质时代与溶蚀特征的关系

(1)中生代三叠纪地层, 分布于扶绥上龙花园、 宁明花山新城、 贵阳地区的修文县扎佐城区和织金县国际广场等4个场地共8个分区, 其拟合线性相关系数R为0.898～0.987, 平均值为0.959。

图1　西南岩溶区建筑地基溶蚀率深度分布曲线Fig.1　Depth distribution curves of dissolution ratio within building ground in karst areas of Southwest China (a)百色平果县锦豪小区； (b) 武鸣中旭现代城； (c) 崇左扶绥上龙花园； (d) 崇左宁明花山新城； (e) 百色凌云城市花园； (f)河池市铜鼓花园； (g)柳州市融安县富成国际； (h)广西第五劳教所(桂林)； (i)桂林市中隐路商贸广场； (j)桂林市图书馆； (k)贺州市枫丹白露； (l)柳州市金盛广场； (m)来宾市宾阳县龙珠花园； (n)都安糖厂； (o)来宾嘉城南岸

续图1　西南岩溶区建筑地基溶蚀率深度分布曲线 (continued)Fig.1　Depth distribution curves of dissolution ratio within building ground in karst areas of Southwest China (p)贵阳修文县扎佐旧城区改造；(q)贵阳织金县县国际广场；(r)重庆市秀山县黔龙阳光御园；(s)昆明机场南办公区安检楼；(t)昆明公租房空港A2地块；(u)福建龙岩妇女儿童活动中心；(v)福建龙岩皇冠国际；(w)深圳市龙岗中医院门诊大楼；(x)深圳润锋公司冷冻车间

(2)古生代二叠纪地层,分布在昆明某机场、公租房空港地块、龙岩妇女儿童活动中心及龙岩皇冠国际等4个场地共11个分区,其拟合线性相关系数R为0.926～0.989,平均值为0.962。

(3)石炭纪地层,分布于平果锦豪小区、武鸣中旭现代城、河池铜鼓花园、都安糖厂、深圳龙岗地区等6个场地共16个分区,其拟合线性相关系数R为0.890～0.990,平均值为0.9554。

(4)寒武纪地层,仅分布于重庆秀山黔龙阳光御园场地2个分区,其拟合线性相关系数R为0.970～0.976,平均值为0.973。

(5)其余10个场地共21个分区均为泥盆纪地层,其拟合线性相关系数R为0.860～0.991,平均值为0.957。

从上述分析可知,本文收集的场地跨越了西南地区碳酸盐岩发育的主要地质时代类型,从不同地质时代场地的溶蚀率深度分布特征曲线拟合的线性相关系数分析可知,其平均值均在0.954～0.973变化,均大于0.95,且各场地的最大值与最小值的变化范围也基本一致,微小差异主要是由样本统计数量与样本的随机性确定的,而与地层地质时代没有明显的直接关系。由此可知,建筑地基在不同地质时代碳酸盐岩溶蚀率深度分布规律总体上均符合深度的指数衰减的规律。

2.2地层岩性与溶蚀特征的关系

都安糖厂(图1n)和昆明公租房空港地块(图1t)等两个场地共5个分区属于白云岩场地,其拟合线性相关系数R为0.900～0.977,平均值为0.940。深圳龙岗区的两个场地共4个分区为大理岩场地,其拟合线性相关系数R为0.933～0.990,平均值为0.974。除上述场地外,其余20个场地共49个分区的碳酸盐岩均为灰岩,其拟合线性相关系数R为0.860～0.991,平均值为0.959。可见,不同岩性场地的溶蚀率深度拟合曲线的线性相关系数在0.940～0.974,其拟合程度也较高,与溶蚀程度深度指数衰减规律显然也是一致的。

有两个场地共5个分区的碳酸盐岩也存在夹层:深圳龙岗中医院场地,为大理岩加粉砂岩;龙岩皇冠国际场地,为灰岩夹辉绿玢岩。这两个场地溶蚀率深度分布曲线拟合线性相关系数在0.933～0.990,平均值为0.959,可见其拟合效果与其他55个分区较均匀碳酸盐岩场地是一致的;另外,图1w及图1x也表明,拟合曲线与实际统计曲线是一致的,表明这两个场地与其他场地没有明显差别。

可见,不同岩性的纯碳酸盐岩及碳酸盐岩夹层的建筑地基溶蚀率均符合深度的指数衰减规律。

2.3岩溶水动力特征与溶蚀特征的关系

(1)仅存在垂直循环带的场地,主要有昆明某机场、昆明公租房空港地块等两个场地5个分区,其拟合线性相关系数R为0.926～0.989,平均值为0.961。

(2)只存在水平循环带的场地,主要有凌云城市花园、黎塘龙珠花园、都安糖厂、秀山阳光御园、龙岩妇女儿童活动中心、龙岩皇冠国际和深圳龙岗中医院及润锋投资公司冷冻车间等8个场地共20个分区,其拟合线性相关系数R为0.900～0.990,平均值为0.964。

(3)除上述几个场地外,其余14个场地共33个分区在地基影响深度范围内由上而下包括垂直循环带、季节变化带和水平循环带。其拟合线性相关系数R为0.860～0.991,平均值为0.955。

可见,在不同岩溶水动力类型及其组合的岩溶建筑地基场地,从其溶蚀率实测数据的变化特征很难看出溶蚀程度具有与岩溶水动力相对应的分层特征,溶蚀率深度变化曲线连续性较好,在各水动力分带附近不存在明显的起伏或跳跃现象,说明不同地下水动力特征的建筑地基溶蚀程度具有随深度衰减的特征。

2.4洞隙发育程度与溶蚀特征的关系

根据线岩溶率和遇洞率两个指标，结合文献[5]关于岩溶发育程度的分级标准可将场地洞隙发育程度划分为强、中、弱3个等级。

(1)场地中共有13个分区为洞隙弱发育等级,分布于凌云城市花园1#～3#楼、河池铜鼓花园4#楼、贺州枫丹白露、都安糖厂南成品仓、贵阳织金县国际广场7#楼及昆明某机场安检楼等6个场地,其拟合线性相关系数R为0.890～0.989,平均值为0.950。

(2)有12个分区为洞隙中等发育等级,分布于融安富城国际17#～19#楼、桂林市中隐路商贸广场2#楼及停车场西区、桂林市图书馆、黎塘龙珠花园9#～10#楼、都安糖厂甘蔗堆场及北成品仓、来宾嘉城南岸1#楼、修文县扎佐旧城区、织金县国际广场3#及6#楼、昆明公租房空港A2地块东北区及龙岩市妇女儿童活动中心等9场地,其拟合线性相关系数R为0.860～0.991,平均值为0.954。

(3)其余33个分区为洞隙强发育场地,其拟合线性相关系数R为0.898～0.990,平均值为0.963。

其他场地则均为洞隙强烈发育区。表1中包含了洞隙强烈、中等和弱等不同洞隙发育程度等级场地,而不同洞隙发育程度等级场地仍符合溶蚀程度的指数衰减规律。

3结束语

本文所选用的工程场地空间跨度较大,所处地质背景虽然具有稳定地质构造带的共性,但其具体的地质构造特征差异必然存在。研究表明,在西南岩溶地区工程建设中,如果场地处于稳定的地质构造单元内且下伏基岩为纯碳酸盐岩或较纯的碳酸盐岩夹层,则其溶蚀程度一般均具有随深度增大而呈指数衰减的规律。

参考文献:

[1]李兆林,邹胜章,陈宏峰. 广西龙州金龙水库岩溶渗漏分析与治理[J]. 桂林工学院学报,2006, 26(3):341-346.

[2]成官文,朱宗强,梁凌,等. 广西垃圾填埋场选址过程中不良地质问题探讨[J]. 桂林理工大学学报,2014,34(1):119-124.

[3]郭长宝,郭书泰,彭涛,等. 辽宁省大窑湾某建筑场地岩溶发育特征及工程地质条件评价[J]. 中国岩溶, 2010, 29(2): 176-182.

[4]王启国,林仕祥,吴树良,等. 汉江崔家营航电枢纽坝基隐伏岩溶问题研究[J]. 岩土工程学报, 2010, 32(11): 1772-1779.

[5]GB 50007—2011, 建筑地基基础设计规范[S].

[6]曹贤发,张家生,刘之葵,等. 岩溶建筑地基溶蚀程度及深度分布规律[J].中南大学学报:自然科学版, 2014,45(8): 2787-2792.

[7]曹贤发,张家生,刘之葵,等. 溶蚀程度随高程分布特征的定量分析方法[J]. 中南大学学报:自然科学版,2014, 45(7):2339-2345.

文章编号:1674-9057(2016)02-0253-07

doi:10.3969/j.issn.1674-9057.2016.02.009

收稿日期：2014-12-01

基金项目：国家自然科学基金项目(51169004);广西自然科学基金创新研究团队项目(2012GXNSFGA060001);广西岩土力学与工程重点实验室项目(14-B-04)

作者简介：曹贤发(1980—),男,博士,讲师,土木工程专业,caoxianfa@126.com。

通讯作者：刘之葵，博士，教授，liuzhikui@126.com。

中图分类号：P642.254;P642.5

文献标志码：A

Dissolution distribution rules with depth at building ground in southwestern karst area, China

CAO Xian-fa, LIU Zhi-kui, LI Hai-ling

(a.Guangxi Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering;b.College of Civil Engineering and Architecture,Guilin University of Technology, Guilin 541004,China)

Abstract:Over two hundred geotechnical investigations were collected from Guangxi, Yunnan, Guizhou, Chongqing, Guangdong and Fujian.Twenty-four of them were taken out and divided into 58 subdivisions to study uniform law of karst development at building ground in Southwest China. Results show that though karst process conditions, such as lithology, tectonic, hydrodynamic and climate,differ from each other, dissolution degree of any building site in stable geological tectonic unit with pure carbonate rock stratum or thin interlayer of insoluble rock,will exponentially decreases with depth growing.

Key words:karst; dissolution degree; karst development degree; karst ground;southwest of China

引文格式：曹贤发, 刘之葵, 李海玲. 西南岩溶区建筑地基溶蚀程度深度分布规律[J]. 桂林理工大学学报， 2016, 36(2): 253-259.