基于岩溶发育区域地基勘察及评价探讨

蒋向东

（贵州省有色和核工业地质局二总队，贵州 六盘水 553000）

1 岩溶地基勘察研究的基本问题

岩溶地基勘察的目的是查明对建筑场地和地基有影响的岩溶问题，以评价场地和地基的稳定性和适宜性，为提供设计和施工所需要的地质资料。

岩溶作为一种自然地质作用和不良地质现象，对建筑条件产生影响，因此，在岩溶场地进行工程地质勘察时，应注重研究各种岩溶现象及问题。

（1）岩体表面的岩溶（石芽、溶沟、溶槽等），可能造成岩石上覆土层厚度的差异，可能引起地基不均匀问题。

（2）上覆土层中的土洞，因地下水的作用或受载荷作用之故，土洞盖层可能发坍塌而造成地表塌陷问题[1-3]。

（3）岩溶洼地中漏斗、落水洞等竖向岩溶水通道，可能被堵塞或发生季节性涌水，从而酿成的场地淹没问题。

（4）地下水随季节发生较大的水位波动和水量变化，从而对场地及地基条件、施工条件产生不良影响问题。

（5）岩溶陡崖处于临空状态的溶蚀软弱面或结构体，可能发生崩塌、滑移，从而对坡下建筑场地造成的边坡稳定性问题。

2 岩溶地质调查的对象

岩溶勘察工作必须加强场地基本地质条件的研究和岩溶规律的分析，遵循先地表后地下、先面上后点上，做好岩溶地质测绘与调查。进行岩溶地质调查应注意以下特点：

（1）岩溶地质测绘与调查的范围应包括场地范围周边与场地岩溶发育有联系和影响的相邻地段。

（2）岩溶形态的调查，应注意各类形态的分布位置、高程、规模、形状、埋深、延伸方向、顶板形态、底部坡度、充填性状及充填物性质。

（3）岩溶与地层关系的调查，应特别注意可溶岩与非可溶岩接触地段的岩溶特征与发育程度。

（4）岩溶与地质构造关系的调查，应注意岩溶形态和发育程度与所在的地质构造部位、断裂性质等的关系。

（5）岩溶与地貌关系的调查，应注意不同地貌单元和不同地貌部位上的岩溶形态、特征及发育强度的差异性。

（6）岩溶与水文地质关系的调查，应注意岩溶水点的类型、位置、标高、所在地层、水位动态、水力连通情况等。

（7）土洞、塌陷、洼地的调查，注意各种形态的位置、大小、深度、密度、所在岩性层位、地质构造部位、地形地貌环境与水文地质条件外，还应注意调查塌陷时间、扩大发展或停止发展的情况。

（8）在岩溶地质调查的过程中，应做到多访问、多分析、多踏勘。由此及彼，由表及里的，分析获得场地岩溶发育的总规律和总模式，找出共性中的特殊地段。

（9）在岩溶地质调查的过程中，可以利用下列经验规律：a.在落水洞、漏斗呈带状分布的地段，其下可能有暗河发育。b.在四周高的封闭洼地内，如有较多的落水洞、漏斗等，其下一般与溶洞、暗河相通。c.在地面塌陷、草木丛生或冬季冒气的地段，其下往往有溶洞、暗河存在。

3 岩溶勘察工作布置原则与基本要求

对岩溶勘探不应采取单一手段，而应在工程地质测绘与调查的基础上，依据勘察对象和建筑特征，有针对性地选择综合性勘探手段。目前在岩溶勘探工作中存在的问题有三：一是手段单一，只重视钻探，忽视物探；或只重视物探，而忽视钻探；二是布孔稀，钻探深，平面控制精度不够，而钻探深度过大；三是以单孔定论，钻探查出的岩溶洞隙，不作范围圈定，以相邻孔距一半随意确定洞隙形态和大小。针对上术问题就做到下面几点。

3.1 勘探手段的选择

根据勘察阶段，场地岩溶发育的特征、建筑物的特征综合确定。对工业与民用建筑，经常采用一次性详勘，应做到如下几点：

（1）在条件允许时，应充分发挥物探的作用。采用综合物探法，对异常点进行多种方法相互印证，并进行一定比例的钻探验证，一般不得以未经验证的物探成果直接作为地基设计与处理的依据。

（2）对于埋藏不深，对地基稳定性有潜在威胁的浅层溶洞，在钻探的基础上，可选择典型地段适当布置槽、井探，进行必要的揭露和观测，以取得溶洞的直观资料。

（3）对于岩溶发育的场地、重要的建筑物场地，在钻探的基础上应配合采用无线电波透视、井下电视、波速试验等物探测试手段。并采取岩土试样进行物理力学试验或原位荷载试验。

（4）为查明地下水的化学性质、埋深、动态及水动力特征，应在钻探的基础上，选择典型孔位进行抽水试验及取样进行水质分析试验。

3.2 勘探点的平面布置原则

（1）应沿基础轴线和柱网轴线布置钻孔，或逐柱位布置钻孔。勘探点位置不宜偏离基础轴线和柱网位置太远。

（2）应遵循先控制后一般，先疏后密布孔准则，一般要求如下：①在基岩埋藏浅且起伏较大的地段，应加密勘探点；②在物探异常位置布置钻孔，对于基础下和近旁的典型物探异常点或基础顶面荷载较大的单独基础，均应布置验证性钻孔。③在有可能存在影响地基稳定性的溶洞发育地段应布置钻孔，当需查明溶洞的大小、顶板厚度及其危害程序时，还要加密钻孔。④在溶沟、溶槽发育的地段和可溶岩与非可溶岩的接触带，应布置钻孔并视情况进行加密钻孔控制。⑤在有地表塌陷和土洞分布的地段，应布置钻孔并视情况作必要的加密钻孔。

（3）勘探深度的一般要求：①当基础底面下的土层厚度大于沉降计算深度，且不具备形成土洞条件时，勘探孔深度可按一般规定确定，当具备形成土洞条件时，一般应钻至最低地下水位或基岩面。②当基础底面下的土层厚度小于沉降计算时，对有可能存在影响地基稳定性的溶洞，勘探孔应深入完整基岩3m～5m或钻穿溶洞底板深入完整基岩内3m～5m。对重大基础还应根据荷载情况进行加深。③为验证物探异常带的钻孔及为满足建筑物安全与稳定性计算的控制孔，其深度应钻入异常带及穿过岩溶发育带进入以下适当深度，但一般不宜超过30M。④根据场地的岩溶地质条件和工程需要，还应进行连通试验、现场顶板岩体载荷试验等，以及进行水文长期观测[4]。

4 岩溶场地及地基评价

对于岩溶的评价，当前尚处在经验判定和定性分析为主的阶段，一般有如下经验。

4.1 不利建筑地段的评判条件

当场地或地段存在下列情况之一时，一般可判定为工程地质条件不良，或对建筑不利的地段。

（1）洞体大、顶板破碎且有变形迹象、洞底有新近崩塌物等，或处于溶洞群分布地段。

（2）在较大规模的暗河、漏斗、落水洞等岩溶通道成片或呈带状分布的地段。

（3）规模较大的浅层隐伏岩溶，并充填有软弱土体或地面出现明显变形的地段。

（4）地表水沿土层中的裂隙下渗或地下水的自然升降变化，可使上覆土层受冲蚀，易产生密集土洞塌陷的地段。

（5）岩溶通道排泄不畅通，或可能发生堵塞而涌水，易造成暂时性淹没的地段。

（6）抽取岩溶地下水时，降落漏斗中最低动水位高于基岩面，活动于上覆土层中，因人工改变地下水动态而有可能引起塌陷的地段。

4.2 可以不考虑岩溶稳定性的情况

当场地的地质条件符合下列条件之一时，对于二级建筑物一般可不考虑岩溶对地基稳定性的不利影响：

（1）基础底面以下土层厚度大于3倍单独基础宽度或6倍条形基础宽度，且不具备形成土洞、塌陷和其他地面变形现象的条件。

（2）基础底面至下部洞体间的岩土厚度，虽然小于3倍单独基础宽度或6倍条形基础宽度，但具有下列有利边界条件：①洞体为微风化岩石，岩体质量好，顶板岩石厚度大于或等于洞跨。②洞体规模小，基础底面积大于洞的平面尺寸，并有足够的支承长度。③基础置于微风化硬质岩石上，而近旁溶蚀裂隙、落水洞、漏斗等竖向岩溶通道的宽度小于1.0m。④洞隙或岩溶漏斗为密实的沉积物填满，且不具备被水冲蚀的可能性。

4.3 应该考虑岩溶稳定性的条件

当地基的地质条件不能满足前述（2）的条件或因建筑物的安全等级要求时，则应根据洞体大小、顶板形态、岩体结构及强度、洞内堆填及岩溶水活动情况等因素进行洞体稳定性分析。视边界条件和取得的参数，一般可从以下途径进行分析或计算：①收集、调查已有建筑经验，通过地基地质条件和上部建筑结构特征的类比分析进行评价。②将洞体顶板视为结构自承重体系进行力学分析，根据顶板形态、成拱条件、裂隙的分布切割情况，按梁、板受力情况进行稳定性计算。③当有条件取得有代表性的参数时，可进行有限单元数值分析。④根据已经查明的地质条件，对影响溶洞稳定性的各种因素，并结合基底荷载情况，进行有利和不利的比较分析，作出稳定性评价，如下表：

表1 岩层特征的不利条件分析

⑤当判定顶板为不稳定，但洞内有密实的沉积物充填且无水流活动时，可认为堆积物受力，以堆填物的力学指标按不均匀地基评价。

当基础临近存在裂隙或临空面时，应评价验算基底岩体向临空面倾覆或沿裂隙面滑移的可能性。

4.4 对影响地基稳定性的岩溶洞隙的处理评价经验

对于判定为对地基稳定性有影响的岩溶洞隙，应根据其分布位置、形体大小、埋藏深度、围岩稳定性和水文地质条件的综合分析，针对具体情况分别采取下列处理措施：

对洞口较小的洞穴，可采用镶补、嵌塞、跨盖等方法处理。

对于围岩不稳定、风化严重、节理裂隙发育的破碎岩体，可采用灌浆加固和清理填塞等措施。

对洞口较大的洞隙，宜采用梁、板、拱等结构跨越，并应使跨越结构有可靠的支承面。

对规模较大，难于采取一般的嵌塞和跨越处理结构时，可采用洞底支撑或调整柱网间距等方法处理[5,6]。

4.5 对岩溶场地上的桩基、墩基选择评价原则

鉴于岩溶场地基岩面起伏变化大，平面间距相差米余，基岩埋深可相差数米、十数米或数倍、十数倍的现象。因此，当基础形式选定桩基、墩基时，宜遵照下列评价原则：

宜选择大直径嵌岩桩或墩基，一柱一桩或一柱一墩。大直径嵌岩桩或墩基应符合下列规定与评价要点：当基底下3倍基础宽度范围内无倾斜或水平状的岩溶洞隙时，对浅层洞隙可按冲剪条件验算顶板其稳定性。

当桩、墩底面处基岩面起伏较大时，对不利角度的裂隙面可按滑移条件验算其稳定性。

当桩、墩底面处基岩起伏较大时，应清除不稳定石芽及其间凹处的充填物,桩、墩嵌岩深度应确保基底与岩体良好接触。