广清城际铁路清远站商业开发项目岩溶发育特征及工程措施

2019-04-18万小乐

铁道勘察 2019年2期

万小乐

(中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055)

1 概述

目前，多采用物探与钻探相结合的方法进行岩溶地质勘察[4]。王喜迁等利用高密度电法，对土洞、溶洞等进行探测，取得了较好的结果[5]。唐毅结合南广铁路实例，研究了电测深法在岩溶探测中的测试效果，认为其测试结果可为岩溶处理提供依据[6]。但物探技术对于深部岩溶地质性状的探测具有局限性：当建筑采用桩基础时，物探无法准确查明桩基础持力层的详细地质信息，会给后续的钻探工作带来偏差。此外，岩溶区的桩基设计往往机械套用规范公式，缺乏与实际地质情况的联系，导致设计结果存在风险或者过于保守。因此，以下将通过在拟建场地的岩溶地质施工勘察，对覆盖型岩溶区的施工勘察布孔、岩溶发育程度分区、桩基选型、嵌岩桩入岩深度和岩溶桩基施工措施等问题进行分析和总结。

2 工程及工程地质概况

2.1 工程概况

拟建工程位于广东省清远市清城区，分布于在建广清城际清远站东西两侧，包括地上商业中心、地下停车库、站前广场、地面停车场、出租车场站、公交首末站及绿化景观等工程。本项目总用地面积为49 986 m2，总建筑面积为96 958 m2，建筑高度24 m，分为A、B 两栋建筑，均采用框架结构体系。

2.2 工程地质概况

工程场地位于清远冲积平原区，地形整体平坦开阔，起伏较小，除正在施工的清远站基坑底面高程为10 m左右外，其它地段地面高程为13.8～17.7 m。

工程场地上覆第四系冲洪积地层；下伏泥盆系上统粉砂岩、炭质页岩、炭质灰岩。岩层倾向为290°～240°，倾角为8°～15°或接近水平。根据区域地质资料与钻孔揭露情况，拟建工程场地未见断裂等地质构造(典型地质剖面见图1)。选用微风化炭质灰岩层作为桩基持力层，该岩层为隐晶质结构，中厚层状构造，节理裂隙较发育，岩质坚硬。根据岩石试验结果，微风化炭质灰岩饱和单轴抗压强度最小值为7.12 MPa，最大值为54.83 MPa，平均值为27.99 MPa；干燥单轴抗压强度最小值为14.6 MPa，最大值为58.9 MPa，平均值为36.6 MPa。

图1 工程场地典型地质剖面

受施工活动影响，拟建工程场地几乎未见地表水，仅局部区域见残留水塘痕迹。

工程场地范围内地下水主要为第四系松散岩类孔隙水和岩溶水。松散岩类孔隙水以第四系孔隙潜水为主，主要赋存于第四系冲洪积层砂类土层中，以地表水、大气降水补给为主，具有明显的季节变化特征。岩溶水主要赋存于泥盆系天子岭组炭质灰岩地层中，以接受大气降水和地表入渗补给为主，少量来自相邻含水层侧向、垂直补给，水量较丰富。

(1)a.is obviously used between strangers,while(1)b.is colloquial and is often heard between intimate friends.

勘察期间，测得地下水稳定水位埋深1.2～2.6 m(高程为7.2～15.8 m)，根据地区水文地质资料，场地地下水稳定水位变化幅度可按1～2 m考虑。

3 岩溶发育特征

3.1 施工勘察布孔原则

图2 超前钻布孔原则

根据详勘掌握的拟建工程场地岩溶发育情况，场地岩溶为弱-中等发育，主要分布在场地东北及西北，其表现形式以溶洞为主。施工勘察布孔如图2所示。根据详勘成果，将场地初步划分为摩擦桩区域和嵌岩桩区域。摩擦桩区域内的每个桩基承台范围内至少布置1个钻孔，如图2中承台P-B19；嵌岩桩区域则执行每个承台一桩一孔的布孔原则，如图2中承台P-4；对于摩擦桩区域与嵌岩桩区域交界处，由于基岩面起伏较大，故钻孔应加密布置。

钻孔应深入稳定微风化基岩面以下不小于5 m，若遇溶洞，应继续加深直至进入相对稳定岩层5 m以上。此外，对于摩擦桩和嵌岩桩区域交界处的承台，由于附近基岩面起伏较大，地质条件复杂，钻孔应加深至稳定基岩面以下8～10 m。

3.2 岩溶发育情况

根据工程前期的现场地质调查，拟建场区内地表并未发现有岩溶塌陷、洼地、漏斗等现象发育；根据详勘的钻探成果，场地内泥盆系天子岭组炭质灰岩中节理、裂隙较为发育，存在有呈隐伏形态的溶隙和溶洞发育(部分溶洞分布统计情况见表1)。

表1 溶洞分布情况(部分) m

注：编号XKZJ为详勘孔。

本次完成的详勘孔和超前钻共计659孔，其中揭露溶洞钻孔为63个，见洞率为9.56%。在平面发育特征方面，钻孔揭露溶洞顶板埋深10.8～35.8 m，底板埋深9.1～38.4 m。场地内部分地区基岩面起伏较大，相邻钻孔基岩面最大高差可达26.5 m，总体呈现出蝶形的隐伏岩溶洼地地貌。这种基岩面形态主要有两类成因：①场地内部分灰岩岩体较破碎，节理裂隙相互贯通交叉，随着地下水溶蚀的扩大和加深，最终发展形成。②溶洞顶板崩塌形成。在垂直发育特征发面，对揭露溶洞的63个钻孔进行分析，揭露单层溶洞的钻孔有31个，揭露串珠状溶洞的钻孔有32个，单孔揭露最多溶洞个数为4个。溶洞多数无充填，少数为半充填和全充填，充填物一般为流-软塑粉质黏土及淤泥质土等。根据工程地质手册中对岩溶发育程度的划分[8]，该场地内的岩溶发育程度为微-中等。

3.3 场地岩溶发育程度分区

根据钻探揭露出的场地岩溶发育情况，场地分区如图3所示，各区域内岩溶发育特征见表2。

图3 场地岩溶分区

区号布置钻孔/个见洞孔数/个线岩溶率/%最多溶洞层数/层基岩埋深/m溶洞高度/m顶板厚度/mⅠ190395.5339.1～42.80.9～6.20.4～3.9Ⅱ21530.0419.8～33.90.7～1.50～0.5Ⅲ271415.2149.2～58.81.8～15.70.1～9.2Ⅳ22770.08116.1～470.3～3.80.4～5.6

(1)对于Ⅱ区和Ⅳ区，只有零星的钻孔揭露有溶洞发育，钻孔线岩溶率低于1%，溶洞均为单个出现，洞体较小，为岩溶弱发育。区内灰岩为中厚层状，构造不发育，覆盖层较厚，属于岩溶发育的稳定区，地基的整体稳定性较好，仅需对有溶洞的区域进行处理并加强监测预防即可。

(2)而对于Ⅰ区和Ⅲ区，钻孔线岩溶率较高(尤其是Ⅲ区更是达到了15.21%)，且揭露出的溶洞很多都呈串珠状形态。其中，Ⅰ区揭露串珠状溶洞的钻孔有16个，溶洞最多层数为3层；Ⅲ区揭露串珠状溶洞的钻孔有14个，溶洞最多层数为4层，溶洞之间存在连通的可能性，且多数为无充填，表明Ⅰ区和Ⅲ区岩溶发育程度为强发育，地基的整体稳定性较差，属于岩溶不稳定区域，需采取合适的方法对岩溶进行专门处理。

4 工程措施

场地覆盖层较厚(10～15 m)，部分区域分布有软塑状淤泥质粉质黏土，工程性质较差，下伏泥盆系上统粉砂岩、炭质页岩、炭质灰岩等，地层层序较多，厚度分布差异大，均匀性较差，场地岩溶为弱-中等发育，故建筑区域宜采用桩基础形式。

4.1 桩基选型

为确定基桩类型，对详勘和施工勘察成果数据进行整理与分析，绘制场地微风化基岩面高程等值线(见图4)。

图4 拟建场地基岩标高等值线(单位：m)

由图4可知，场区微风化灰岩基岩面起伏较大(高程从-40～10 m)。基岩面埋深较大处为拟建场地的西北和东北部分，该区域基岩埋深普遍在30 m以上，增加了嵌岩桩的施工难度。此外，场区范围内桩基持力层之上分布着较厚的全风化粉砂岩、页岩和中风化灰岩层。这些岩层的工程性质较好，能提供较大的端阻力和侧摩阻力，若选用嵌岩桩则会造成承载力的浪费，故该区域的桩基可选用摩擦桩。而对于拟建场地内基岩埋深不大的其他区域(比如场地的西南和东南区域)，微风化基岩面的高程基本处于-5～5 m，基桩一般只需要施工6～15 m即可嵌入稳定岩层内，故该区域内的基桩可选用嵌岩桩。

4.2 嵌岩深度

本工程建筑基础采用钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩径为800 mm，单桩承载力特征值为3 000 kN。根据桩基相关规范，当根据岩石单轴抗压强度确定单桩竖向极限承载力标准值时，可按下列公式计算[9]

Quk=Qsk+Qrk(1)

Quk=u∑qsikli(2)

Qrk=ζrfrkAp(3)

式中Qsk、Qrk——分别为土的总极限侧阻力、嵌岩段总极限阻力；

qsik——桩周第i层土的极限侧阻力；

frk——岩石饱和单轴抗压强度标准值；

ζr——嵌岩段侧阻和端阻综合系数。

根据岩土勘察原位试验和室内试验，场区内主要土层的岩土参数值如表3所示。

经计算，嵌岩深径比hdr为1.5，即嵌岩深度为1.2 m时承载力可以满足设计要求，但这一嵌岩深度只适用于同一承台下基岩面起伏不大的情况。对于同一承台下基岩起伏较大的基桩，应考虑同一承台下基桩受力的均匀性，可以将各基桩长度设计为等长(见图5)。

表3 主要土层岩土参数值

图5 基桩嵌岩深度示意

4.3 桩基施工措施

①对于较小的岩溶洞隙，可采用镶补、嵌塞或梁板拱跨越等方法处理[10]。②对溶洞高度较大且会对桩基施工造成影响的洞穴，以抛填片石、黏土块填充为主。③当同一基桩深度范围内发育多层溶洞时，可采取自上而下的顺序对溶洞依次进行回填处理[11]。回填法的具体步骤是：先钻进到溶洞顶板上方，然后采用小冲程钻机逐渐将顶板击穿，之后按照少量多次的原则回填夯实，直至钻孔能够顺利穿过溶洞且满足强度要求，回填法施工如图6所示。