贵州强岩溶场地勘察要点及实施步骤

高祥龙

（贵州省煤田地质局一五九队，贵州盘州553500）

中国西南部可溶岩分布以贵州最为集中，其中可溶岩分布范围广泛，约占全省总面积的73%，在加之贵州特殊的地理条件，俗有：“九山半水半分田”之称，可见其可开发使用土地面积较有限；随着现国家对贵州经济建设的推动及关注，伴随建设土地使用面积增大，对于岩溶发育场地使用避无可避，但如何正确合理开发使用强岩溶场地，首先需明确场地内岩溶发育情况及特征，其场地地质勘察成为首要环节，其勘察成果对后期建设使用产生重要影响。

1 勘察区概况

1.1 拟建筑物概况

拟建筑物，塔楼-3F+30层，裙楼-3F+3层。建筑物塔楼地面最大高度99.80m，裙楼高9.0m，总建筑面积51075.42m2，本工程上部结构形式框支剪力墙结构。塔楼最大单柱荷载为25000kN/柱，裙楼最大单柱荷载为3500kN/柱，基础采用（柱）桩基础形式。

1.2 场地地质概况

结合前期拟建筑场地岩土工程勘察报告（详细阶段）[1]场地内岩土结构自上而下为：①素填土层（Q4ml）、②残积红粘土层（Q4el）、③残积碎石土层（Q4el）；下伏基岩层为三叠系中统关岭组二段（T2g2）岩性为灰色、黄灰色中风化泥质灰岩层，该岩层承载力特征值为3500kPa；拟建筑物基础持力层采用中风化泥质灰岩层。场地勘察深度范围内未见地下水；制约场地不良地质现象为岩溶，场地内钻孔见洞率为18.99%，局部基岩面高差大于5m；场地属于岩溶强发育地段，前期勘察明确场地内两区域存在两个不同形式的岩溶发育：

（1）塔楼N/6轴～N/16轴，长约16m区域见块石土出露，已查明块石土为深层岩溶塌陷后溶洞顶板脱落堆积，塌落堆积厚度大于80m，该岩溶判定为深切割岩溶漏斗。

（2）塔楼L/42轴～A/42轴，长约25m区域见空洞发育，溶洞自上而下顶板厚7.10～25.00m不等，空洞深度约6.70～10.50m，底部见溶洞顶板塌落填充物厚度大于50m，属于深层岩溶发育半填充型溶洞。

以上情况表明：该场地为强岩溶发育场地，加之建筑物荷载大，对地质条件要求较高，结合原详细阶段岩土勘察资料，需对场地内两区域存在两个不同形式的岩溶进行专项岩溶勘察，以查清场地两岩溶区域地质情况为目的，提供该区域岩溶影响范围及对建筑物适宜性及地基的稳定评价提供合理依据，为后期建设提供依据。

2 场地内不同岩溶发育形态的勘察要点及实施步骤

2.1 深切割岩溶漏斗勘察要点及实施步骤

2.1.1 查清岩溶边界范围

于岩溶漏斗区域桩柱位置布设勘探孔，查清各桩位置处见溶槽填充物厚度，确定桩底见中风化岩石的深度，明确其为上大下小的深切割溶槽发育，取芯确定溶槽内填充物的为母岩坍塌堆积而成的稍密块石土，骨架成分与场地出露岩性一致，部分块体风化程度较高，骨架间见粘土局部见有圆砾，粉细砂填充，确定其为古岩溶坍塌加后期冲填岩溶漏斗。

结合前钻探资料于原钻孔间加设、加密勘探点缩小待查溶槽边界范围，明确漏斗陡壁发育特征，于漏斗四壁小范围内对漏斗边缘范围开挖探槽、探坑，明确其范围，查明其陡壁内壁岩石均存在风化，既陡壁两侧岩石强度有所降低。

2.1.2 岩溶漏洞陡壁的稳定性分析

（1）漏斗陡壁进行稳定性定性分析：查清漏斗范围内确定其填充物为块石土，本次勘察采用N63.5、N120原位测试[2]及钻探取芯，确定其为稍密、级配差，堆积时间长，并结合其特性得出其Es，结合不同深度的原位测试，得出其强度自上而下有所加强，其整体稳定性较好，对漏斗陡壁存在一定的支撑作用。

于岩溶漏斗沿陡壁四侧揭露岩层面进行清理，开挖探槽，查明漏斗陡壁四周裂隙发育及分布情况（需做裂隙调查的范围两侧取已查明陡壁深度的3倍），做好场地裂隙调查后对场地裂隙进行分析，是否存在卸荷裂隙（卸荷裂隙：是由于自然地质作用和人工开挖使岩体应力释放和调整而形成的裂隙。卸荷裂隙往往受重力、风化及岸坡的物理地质作用进一步张开或位移），明确卸荷裂隙位置，及裂隙性质特征，本次勘察岩溶漏斗深切割发育，陡壁深度大于80m，故本次勘察裂隙调查范围沿N轴线至地下室基坑边坡处，并结合场地地下室基坑开挖岩石断面进行系统调查，明确场地内无明显卸荷裂隙发育。结合以上两其漏斗陡壁自然状态下趋于稳定。

（2）漏斗陡壁进行稳定性定量分析：采用石芽地基或基岩稳定性验算公式[5]：

式中：θ——外倾结构滑动面内摩擦角，（°）；

α——外倾滑动面倾角，（°）；

C——外倾结构面的凝聚力，kPa；

L——滑动岩体的滑动面长，m；

G——滑动岩体自重（包括基础自重）W与基础顶面集中荷载P的合力，kN。

结合上式对岩溶漏斗陡壁采用上述公式验算，其陡壁稳定，故建议采用梁板跨越。

2.1.3 深切割岩溶漏斗勘察要点

（1）于漏斗边缘外找出梁板跨越支点，为正确提供可靠地支点位置避开漏斗边壁采用岩溶漏陡壁两侧岩质边坡进行塌滑区域范围估算，按照公式[6]：

式中：L——边坡坡顶塌滑区边缘至坡底边缘的水平投影距离，m；

H——边坡高度，m；

θ——岩质边坡的破裂角，（°），破裂角按

跨梁支点选择按照上述公式计算后选择支点距离边壁范围（孔桩外侧计）不小于L。

（2）场地岩溶漏斗勘察应进行钻孔声波测试及岩块样的剪切、抗压常规实验，提供必要的实验数理依据。

2.1.4 深切割岩溶漏斗处置措施

结合上述针对场地岩溶漏斗勘察要点及实施步骤为设计单位提供了合理依据，结合场地实际情况及施工应用，考虑到跨越该岩溶漏斗跨梁较大、较长无相关经验参考故建议该区域调整，减小单柱轴力，最大程度上利用该区域位置。

2.2 深层岩溶发育半填充型溶洞勘察

2.2.1 查清岩溶边界范围

（1）于岩溶漏斗区域桩柱位置布设勘探孔，查明溶洞分布情况。

（2）结合桩柱位置钻探资料明确溶洞顶板厚度7.00～25.00m不等，溶洞范围约26.00m，结合场地情况于溶洞顶板较薄弱7.00m厚度区域对溶洞顶板进行揭穿处理，于揭穿位置进入溶洞内进行溶洞勘测：

①实测溶洞内空洞范围为29.00m×11.00m，结合底层平面图绘制大比例溶洞范围平面展布图，溶洞呈不规则椭圆形，明确其溶洞发育影响区域为三个孔桩位置。

②于溶洞内实测溶洞顶板上节理分布情况及实测产状，绘制大比例溶洞顶板裂隙分布图，做好溶洞周边出露岩面裂隙调查，结合顶板裂隙分布，绘制节理玫瑰图。

③确定洞内垮塌体为顶板脱落堆积，表层有胶结，调查洞壁、顶板岩石均有风化，多因地表水溶蚀风化后表层存在黄色泥化物覆盖层，厚度约5mm，拍取、拍摄洞内影像资料。

（3）于实测溶洞发育区域沿轴线外沿从大间距到小间距增设勘探孔，勘探孔深度揭穿溶洞进入完整岩石深度不小于5.00m，其目的在于查明拟建场地内溶洞发育分布情况，查明该溶洞发育深度7.10～60.80m不等，明确边界范围及确定溶洞顶板厚度7.10～25.50m不等，填充物为顶板塌落堆积块石土，表面有胶结，本次勘察采用N63.5、N120原位测试[2]及钻探取芯，确定其为稍密、级配差，堆积时间长，结合不同深度的原位测试，得出其强度，其整体稳定性较好。

（4）以实测溶洞范围校核工程地质剖面图，明确溶洞边界范围，明确三个孔桩位置地质情况。

2.2.2 溶洞顶板进行稳定性分析

场地内岩体呈中厚层状产出，根据该区域岩溶发育的情况，按极限平衡条件的公式对溶洞顶板稳定性公式[7]进行验算:

式中：T——溶洞顶板的总抗剪力，kN；

L——溶洞平面周长，m，由于2#冲孔桩采用溶洞底板为持力层现未浇筑，浇筑后可用。详见溶洞平面布置图，溶洞范围以2#冲孔桩中点至3#冲孔桩所处位置的实测范围；

S——岩体计算抗剪强度（取较破碎泥质灰岩饱和单轴抗压强度标准值的1/12）；

H——顶板岩层抗冲切厚度，m；

P——顶板所受总荷载，kN/m，为顶板厚度H的岩体自重、顶板上覆土体自重和顶板上附加荷载之和，按下式[7]计算：

式中：γ1——土层重度；

γ2——石灰岩重度；

γ3——岩溶发育带重度

H1——土层平均厚度，m；

H2——岩溶发育带平均厚度，m；

H3——溶洞顶板较完整岩石平均厚度，m；

P1——柱位轴力；

P2——基础自重；

A——溶洞顶板面积，m2。

按照极限平衡条件的公式对溶洞顶板稳定性进行验算时应结合溶洞顶板裂隙分布来确定其溶洞平面周长L（m）；结合场地内溶洞顶板裂隙分布计算出其顶板厚度后，确定其溶洞顶板不可用。

2.2.3 深切割岩溶漏斗处置措施

（1）建议两个桩柱位置采用揭穿处理，基础形式采用嵌岩端承桩，桩身穿过溶洞填充物后置于溶洞底板中风化泥质灰岩层。

（2）结合溶洞发育特征采用梁板跨越，避开溶洞顶板根据溶洞边界明确跨梁支点位置，并查明支点处地质资料。

3 结论

实践表明，勘察以直观钻探并结合各种勘察手段，有序地对强岩溶发育场地进行勘察，实施步骤中，调整完善勘察方案，发现问题、解决问题过程中即可有效提高勘察水平，提交完整、合理的勘察成果；通过对强岩溶场地的勘察，可更经济、合理加快施工进度，并合理利用强岩溶发育场地取得良好的经济效益。