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建筑场地分布不良年度考核地质作用地基处理和基础方案选择

2021-12-23蔡吉明

绿色环保建材 2021年10期
关键词:溶洞岩溶裂隙

蔡吉明

福建省第八地质大队

1 工程概况

项目位于龙岩市长汀县宝珠路南侧、汀州人家西侧、国宾府北侧,共21 幢,总建筑面积104284.79m2,框架结构,层数7~8F,兴建地下室一层,地下室高度约5.00m,地下室建筑面积24950m2,本次勘察共布置钻孔198 个,勘察工作于2019 年8 月完成。

2 岩土层分布和特点

各岩土层分布和特点从上之下依次论述。

(1)杂填土①:颜色大多是灰黑或者灰黄色,有一定的含水率,比较松散,黏性土是主要组成成分,含20%~40%的卵石、砖、碎块等硬杂质,硬杂质粒径10mm~100mm。据调查,堆填时间约10 年,填土来源主要是场地和周边拆除废弃或者老旧的房屋导致,没有进行分层碾压。层厚0.50m~3.30m。

(2)粉质黏土②:黄色,可塑状态,湿。湿土干强度为中等水平、韧性也处于中等水平、不存在摇震反应,并且含有较低比例的砂粒。部分区域底层有中砂存在。层厚0.50m~2.50m。

(3)圆砾③:灰黄色,松散—稍密状态,饱和,圆砾、卵石含量50%~60%,粒径一般10mm~100mm,成分主要为细砂岩、石英砂岩、石英砂砾岩等,多呈中等风化状态,颗粒间隙中充填中粗、细砂粒及少量泥质,部分地段相变为卵石或砾砂层。层厚0.70m~8.40m。

(4)含圆砾粉质黏土④:颜色是黄色,有一定湿度,可塑。圆砾占到25到30个百分点,粒径通常在10mm~20mm之间,主要包括细砂岩、石英砂岩等成分,多呈强风化状态,含少量卵石,粒径一般为30mm~80mm。层厚0.60m~9.70m。

(5)含角砾粉质黏土⑤:颜色大多是灰黑色,有一定湿度,软塑。角砾占比在25到35个百分点间,粒径通常在5mm~15mm左右,主要包括石灰岩、硅质岩等物质,还包括一些碎石,有明显棱角,严重风化,土质硬度较小。层厚0.40m~14.70m。

(6)土洞充填物⑥1:灰黑色,流塑状态,角砾含量约25%左右,粒径通常在5mm~10mm 之间,角砾呈现为不匀称分布状态,一些区域包括有较小比例的碎石,土质特别软,岩芯获取率有限,物理力学性质很差。钻进时进尺较快或在钻具自重下自动下沉或稍加压可下沉,该层分布场地局部地段。

(7)碎块状强风化炭质泥岩⑦:灰黑色,薄层-中厚层状,泥质胶结,结构大部分破坏,矿物成分显著变化,部分矿物已风化成土状,风化裂隙发育。岩石破碎,岩块锤击可碎,岩芯多呈碎块状。揭露厚度2.20m~26.82m。

(8)破碎灰岩⑧:岩石多呈中风化状态,灰黑、深灰色,中厚层状,裂隙极发育,岩芯以块状、碎块状为主,少数呈柱状。岩溶发育,断续见有蜂窝状溶蚀、溶蚀凹槽、溶蚀裂隙等,部分钻孔揭露有溶洞,溶洞发育段局部可能发育临空面。层厚为5.00m~19.00m。

充填溶洞:溶洞充填物呈灰黑色,多呈软塑状态,部分呈可塑状态,以黏性土为主,角砾含量25%~35%不等,并含少量碎石,角砾粒径5mm~15mm居多,成分均为硅质岩、石灰岩等,钻进时进尺较快,有漏水现象,溶洞分布和特征见附表10。

(9)中风化石灰岩⑨:为深灰色或者灰色,裂隙发育,岩石通常比较完整,岩芯大多呈现为柱状,一些呈现为碎块形状,部分区域存在蜂窝形状的溶蚀或者溶蚀裂隙。揭露厚度5.10m~11.02m。

3 场地水文地质条件

(1)地表水。勘察期间场地内未发现泉水等地下水露头。场地东侧距汀江河最近距离约85m,勘察期间河水位高程约302.10m,流向由北往南。场地地下水与河水有互补关系,受降水的影响,随河水的涨落或水库蓄水而变化,地表水对工程建设有较大的影响。

(2)地下水。①地下水类型及埋藏条件。本场上部地下水为第四系潜水—孔隙水,主要含水层为圆砾③,属强透水层,富水性强,部分具有承压性。地下水主要受大气降水渗入补给和地表水补给。勘查过程中在钻孔中测量的地下水的初始水位深度在1.3m~2.5m 左右,稳定性水位深度处于1.3m~2.7m 之间,稳定水位的标准高位在300.5m~302m 之间。根据地形、地貌和邻近河流洪水位的调查资料,预估该场地地下水年变化幅度2.50m左右。下部为承压水—岩溶水,赋存于石灰岩充填溶洞、裂隙、溶蚀裂隙,溶蚀沟槽中,具有承压性,富水性较强,属强透水层,主要受地下侧向径流补给,其次为上部含水层的越流补给和地表水补给,第四系孔隙水和岩溶裂隙水具有一定水力联系。本次勘察选择具有代表性的钻孔双层套管隔水分层观测岩溶裂隙水位,经观测的岩溶地下水水位埋深为5.30m~7.60m,水位标高为297.50,~299.00m。据场地缺乏地下水长期监测的观测资料,预估年变化幅度在1.50m左右。据调查东侧汀江河50年一遇洪水位标高约305m,近3~5年历史最高水位标高为约303.00m。②地下水补给、径流、排泄条件。地下水的补给、径流、排泄条件主要受地形因素影响。地下水补给来源主要为大气降水、地表水和区域地下水的侧向或垂向补给;地下水径流方向主要受地形因素控制,根据钻孔水位观测,总体由北往南方向径流。地下水与河水有直接的水力联系,水量、水位主要受大气降水及地表水、河水位的高低的影响呈较大的幅度升降。场地水文地质条件复杂程度类别为复杂。

4 场地不良地质作用

本场地内及其附近无新近形成的活动断裂构造通过,为地质构造稳定地块。场地及周围未发现滑坡、崩塌、泥石流、地面沉降、地面塌陷、地裂缝等不良地质现象和地质灾害,但场地属覆盖型岩溶区,据调查,属岩溶地面塌陷易发区,本次勘察钻孔中揭露有土洞、溶洞的分布。场地属覆盖型岩溶区,钻孔揭露的第四系覆盖层厚度3.50m~25.00m,下端基岩是中风化石灰岩,基岩面具有很大程度的起伏,这次勘查过程中在一些钻孔内发现了石灰岩溶洞,溶洞皆被粉质黏土填充,充填物多呈软塑状态,部分呈可塑状态。本次勘察在钻孔中揭露有土洞等不良地质体,土洞大多出现在覆土层和基岩相连的位置,平面上呈现为不规则形状,洞中大多充满黏性土,土质极松软,工程性能差,且土洞有进一步发展的趋势。通过钻孔发现的溶洞在孔总数中占到25个百分点,溶洞皆有填充,填充率高达百分之百,溶洞埋深一般较小(小于30m),岩溶按埋藏条件分类属浅覆盖型。

5 场地不良地质作用处理建议

(1)溶洞的成因及其发展趋势及处理措施建议。石灰岩、石膏、白云岩属可溶岩,是场地岩溶发育的内因,气候、地貌、水文、地质构造等是岩溶发育的外因。这种类型的岩石若受包括有碳酸钙成分的流水冲刷便会逐步被溶蚀,受沉积或者其他化学要素的影响,便会产生多元化的岩溶现象,出现概率较高的比如钟乳石、石沟、裂隙、溶洞等。城区周边水系比较发达,排泄环境、地下水供给、径流、地表水,是构成岩溶现象不可缺少的要素。通常状况下,若大规模可溶性岩石周边具有较多的流水水体,其便会溶蚀岩石,让可溶型岩石区域的孔隙持续增大,让其持续扩张、增多,时间长了,便产生了暗河、溶洞等多种类型的岩溶区域。溶洞的产生是水对碳酸盐岩侵蚀、重力坍塌、水的搬运等多种因素一同影响的结果。溶蚀作用是水中微弱的碳酸与碳酸钙在一定的温度和压力条件下产生化学反应,形成溶解于水中的钙离子和重碳酸根。此反应是可逆的,其条件就是温度和压力。侵蚀作用是水流动产生的机械能对岩石的破坏作用。石灰岩溶洞充填物大部分呈软塑状态,充填物工程性能差,土的组成及其性质、岩溶的存在对地基的稳定性有一定的影响,溶洞的存在是产生地面塌陷的主要原因,而地面塌陷影响场地和地基的稳定性和建筑物的安全使用,溶洞加固处理可考虑采用注浆等方法进行加固处理,施工过程中若出现浆液消耗量大或出现漏浆,可结合当地类似工程施工经验配合填充粉煤灰、重钙粉、碎石、砂,采用间歇性灌浆等方法进行处理,必要时浆液中可掺入适量水玻璃,起到堵塞与处理溶洞相通的裂隙、溶蚀裂隙等岩溶通道,因为岩溶地下水具有十分显著的富水性,浆液较易出现流失问题,处置该问题需耗费诸多资金。

(2)土洞的成因及其发展趋势及处理措施建议。本场地岩溶地下水位变化依旧对土层有侵蚀影响,土洞呈现出不断增大的态势。另外,项目活动会让地下水的动力环境产生变化,还会致使土洞继续扩展。为此,对土洞进行妥善处置能够清除地基不稳固的风险,保证建筑场所的牢固。依据土洞填充填物的属性与状况,通常运用高压注浆的方式处置地基。可以依据地质状况确定恰当的旋喷间隔距离,旋喷处理主要发挥两个方面的功能:①对土洞加以充填并增固,与土洞中的松软物质进行替换;②打造复合地基,提升土洞填充物与基础持力层的负载水平。使用这种方法对土洞进行增固时,因为岩溶地下水具有十分显著的富水性,浆液容易出现流失状况,解决该问题需花费诸多资金,为此本人认为可运用间歇性作业等举措,有必要的状况下可在浆液中添加水玻璃等提高凝结效果的物质,将渗漏部位堵住。依本地区的建筑工程经验,拟建建筑物区域内分布有土洞、溶洞、软弱土层等,部分地段浅层溶洞成群分布,洞径大、洞高不稳定,溶洞充填物为软弱土体,存在形成土洞条件,多属岩溶强发育地段,采用天然地基浅基础时应采取相应的地基加固处理措施,或采用桩基础,选用具有一定厚度、无溶洞发育的石灰岩作桩端持力层,运用桩基础成桩的过程中可以对土洞进行充填,避免土洞坍塌的继续恶化,避免地面岩溶塌陷问题的发生,这样能够在很大程度上降低软弱土层、岩溶现象对地基稳固性产生的不良影响,清除地基不稳定的隐患,确保建筑场地和地基的稳定。

6 建筑物地基基础方案建议

(1)地基处理筏板基础方案。基坑开挖至设计基底标高后,基底地层为圆砾,由于持力层之下分布有土洞、溶洞、软弱土层等不良地质体,多属岩溶强发育地段,采用天然地基浅基础时预测相邻柱基沉降差或沉降量较大,应采取相应的地基增固举措,以提升土层的负载水平,利用处置之后的复合地基筏板基础担负上端架构的负载。依据场地岩土项目地质状况,基于本区域比较成功的地基处置方式,可运用高压注浆的方式提升地基的稳固性水平,作业过程中或许给周围环境造成一些影响,比如作业过程中出现的噪声等,会给周围环境造成影响。地基处理作业过程中,应当及时监控边坡土体、周边构筑物等,便于第一时间发现问题,可做到及时发现,及时解决。地基处置应当依据有关设计进行,且检验复合地基的稳固程度,达到设计标准后才能够继续作业。

(2)桩基础方案。各拟建建筑物区域内分布有土洞、溶洞、软弱土层等,部分地段浅层溶洞成群分布,洞径大、洞高不稳定,溶洞充填物为软弱土体,存在形成土洞条件,多属岩溶强发育地段,采用天然地基浅基础时应采取相应的地基加固处理措施,采用冲(钻、旋挖)孔灌注桩基础,可极大地减小或消除溶洞及岩溶现象、土洞、软弱土层对地基稳定性的影响。因此,建议采用钻(冲、旋挖)孔灌注桩基础,选用具有一定厚度、无溶洞发育的中风化石灰岩⑧作桩端持力层,因岩面起伏大,建议桩端全断面进入无岩溶发育的完整中风化石灰岩⑧不少于一倍桩径;桩径宜大于800mm,桩长预计20m~25m,具体桩长及桩径宜按场地地层分布情况通过设计计算确定。

7 结语

本文主要对岩溶地区岩土工程勘察需要注意的溶洞、土洞问题进行了分析,分析首先介绍了岩溶地区的形成原理,阐述岩溶地区形成特征上,同时提出了相关的应对处理方法。通过本文分析,建设单位、设计单位根据场地工程地质条件,进行技术经济比较后,确定拟建建筑物的地基基础方案。

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