某复杂岩溶场地的高层建筑工程地质勘察实践分析

陈海东

（1.建材广州工程勘测院有限公司，广东 广州 510000；2.中国建筑材料工业地质勘查中心广东总队，广东 广州 510000）

0 前言

岩溶，又名喀斯特（KARST），多为可溶性岩石（石灰岩、白云岩等碳酸盐类岩石）和地下水发生化学溶蚀作用，形成诸如溶沟、溶槽、裂隙和空洞，部分地段由于岩溶强烈发育，洞顶发生塌陷形成地表空洞、沉陷，这一系列作用和表现都称为岩溶现象。我国幅员辽阔，地质活动频繁，因此岩溶现象在全国区域内分布广泛。岩溶场地地层的情况多十分复杂，地基设计和施工成为工程建设的难点和重点，为了保障工程的平稳推进，建筑的岩土工程勘察阶段尤为重要，下面将结合郴州某高层建筑勘察对岩溶区域的工程地质勘察要点进行介绍。

1 详勘方案的布置

1.1 拟建工程概况

郴州某项目，拟建建筑物为8栋26-31层高层住宅（一期工程），框架剪力墙结构，位于苏仙区青年大道与茶园路交汇处，青年大道北侧，场地交通便利。场地原始地貌属剥蚀丘陵地貌，场地东面、西面及北面均为山坡林地，南面为青年大道。场地总地势北高南低，孔口高程为199.51m～249.51m，高差较大。勘察期间，场地尚未进行土方开挖修整。

1.2 场地工程地质情况

郴州市土层情况：平、岗、丘主要以第四纪松散堆积物、红岩、灰岩及砂页岩为主；山地以花岗岩、变质岩、灰岩以及砂页岩等四种主要岩石构成。区域地质图见图1。

图1 区域地质图

1.3 详勘钻探方案布置

拟建工程重要性等级为二级，前期通过资料搜集和初步勘察，拟建场地下部存在岩溶发育情况，线岩溶率30%（钻孔中岩溶空洞的长度/钻孔中碳酸岩石的长度）及钻孔见洞率27.4%（有岩溶现象的钻孔/总钻孔）数据，定性结果为强发育，场地复杂程度为一级（复杂场地），地基复杂程度等级为二级（中等复杂地基），综合判定勘察等级为甲级。拟建建筑物不规则，在凸出的角部位置和电梯井处（此处部位荷载较大）布置了钻孔，钻孔间距小于25m，勘探线间距小于20m。详见图2。

图2 拟建工程地质图

1.4 详勘钻孔地层数据

详勘揭露场地地层如下。

杂填土：黄色、灰褐色，稍湿，松散状态。

粉质黏土1：坡残积成因，黄褐色，褐红色，可塑-硬塑状，稍湿，切面稍光滑。

粉质黏土2：残积成因，黄褐色，褐红色，可塑～软塑状，很湿，切面稍光滑，稍有光泽，摇振无反应，干强度及韧性中等。

强风化炭质页岩：黑灰色，泥状结构，页理构造，主要成分为黏土矿物和植物碳，泥质胶结，岩芯破碎呈碎屑状、泥砂状，夹碎块状。

中风化石灰岩（破碎）：青灰色，灰黑色，隐晶质结构，岩石较破碎，岩石节理裂隙发育，节理面钙质胶结为主，岩面溶蚀浅沟槽发育，岩芯呈碎块状，短柱状，RQD值为30～45。

溶洞：本次勘察中共236个勘探点，其中36个勘探点揭露到51个溶洞，均为全充填，以粘性土为主，含少量石灰岩碎石。

夹层：溶蚀作用形成的溶蚀夹层，主要为破碎石灰岩夹黏性土。

中风化石灰岩：青灰色，灰黑色，隐晶质结构，中厚层状构造，发育少量方解石团块、细脉。岩石节理裂隙较发育，节理面钙质胶结为主。RQD值为70～90。

1.5 详勘数据分析及基础建议

详勘揭示，236个勘探点中有95个勘探点揭露到51个溶洞，全充填软塑状黏性土及碎石，66个溶蚀夹层，充填物为破碎石灰岩夹粘性土，见洞（隙）率为40.3%，线岩溶率57.2%。场地内溶沟溶槽密布。典型的地质剖面如图3所示。

图3 工程地质剖面图

高层建筑荷载大，岩溶上部黏土层无法作为持力层。基础形式建议采用钻孔灌注桩，以中风化岩层作为持力层。详勘钻孔揭露的岩溶情况十分复杂，相邻钻孔岩层标高差异较大，岩溶空洞的边界条件难以查明，故建议业主和设计方进行施工勘察来探明下部岩溶情况，以便确定设计桩长及施工方案，业主同意了该建议。

2 施工勘察阶段

2.1 施工勘察方案布置

根据详勘报告，设计单位给出拟采用钻孔灌注桩的基础方案，采用旋挖施工工艺，以中风化石灰岩为桩端持力层，桩径为800mm～1200mm。设计单位提供了桩基的布置方案图，采用一桩一孔的布孔原则进行了钻孔布置。孔深需钻入稳定岩层深度3倍桩径，且不小于5m。其中1#楼孔布置见图4。

图4 1#楼孔布置图

2.2 施工勘察成果

经施工勘察，1#楼46个勘探点中13个勘探点揭露到15个溶洞，均为半-全充填，以粘性土为主，含少量石灰岩碎石，厚度0.50～3.10m，平均厚度1.57m。代表性钻孔柱状图如图5所示。

图5 代表性钻孔柱状图

通过施工勘察，明确了工程桩位下部的岩溶情况，提出了桩端持力层深度及桩长建议，提供了详细的地层数据。现基础分部工程已顺利完工。

3 岩溶地区勘察工程总结

3.1 岩溶地区勘察流程梳理

岩溶场地的高层建筑，荷载较大，多采用桩基础。勘察阶段是提供基础资料的重要环节，主要目的在于提供准确的地层信息（岩溶情况、地下水）、岩土层各项物理力学指标，提出合理的基础方案建议和施工建议，要对岩溶发育可能带来的塌陷等地质灾害的发展趋势进行分析和预判。钻探方式成果直接，不易误判，在实际工作中最为常用。总体来说，其技术流程如图6所示。

图6 岩溶地区勘察流程

3.2 复杂岩溶地质条件下高层建筑工程地质勘察要点

总结成功的勘察项目，其共通的要点主要有以下几点。

①重视地质调查。岩溶现象的发生和地质条件息息相关，通过对拟建场地工程地质情况的摸排调查，着重调查地质组合、地质年代、地质构造、地下水等信息，可以搜集相关的工程勘察资料及基础形式等信息。目前国家大力发展的数据云平台上，已有不少地市的岩溶相关资料，通过对已有地质调查资料的梳理，可以对岩溶发育的概况进行初步的划分，利于下一步勘察工作的进行。

②勘察目的明确。为了勘察工作的顺利进行，为了后续的设计工作提供地层资料，勘察人员要对拟建建筑物的荷载和基础形式有一定的认知，不能将天然地基的勘察模式套用到桩基础的勘察中去，两种不同的基础形式，其对于钻孔深度、间距等布置要求差别较大。岩土工程师要具有一定的结构专业知识，需要明白每项勘察数据发挥的作用，这是明确勘察目的重要性所在。在勘察钻探进行过程中，要不断校验勘察方案的正确与否，初勘阶段对岩溶的定性往往是比较粗略的，进入详勘阶段该判别由定性转为定量，随着精确的定量计算，方案可能会有所变化。例如初勘10个钻孔，见洞率20%，线岩溶率15%，定性为中等发育，详勘进行到50个钻孔时，发现溶洞数量更多，见洞率达到35%，按规范要求定量为强发育，那么工作量和勘察方案需要进行一定的调整，否则将不能满足勘察报告的编制深度要求。

③对岩溶认知深刻，采取合理的勘察方法。岩土工程师需要准确地了解岩溶现象产生的原理，能够对实际出现的岩溶问题加以解释，由于岩溶构造的特殊性和边界条件的不确定性，工程中的实际问题比较复杂，懂原理，可以解释问题，同时要给出结论和处理办法。工程师要掌握多种岩溶的勘察方法，如电法、遥感、折射波、管波等，针对不同地区的岩溶发育特点，对症下药，采取合理的勘察方法，在保证探测结果准确的前提下，勘察成本的经济效益更好。

④注意钻探施工的监管和质量控制。钻探成果和钻机长、操作工人的操作水平关系密切，同一钻孔，RQD指标和岩芯破碎程度在不同的机台上表现却有很大的差异，工程师应注意甄别，尽量避免此类因素产生误判。钻探设备的调度、钻探进度需要有科学的规划。施工勘察阶段钻机台班和编录人员众多，人员水平参差不齐，务必要在进行技术交底，统一岩层的记录格式，保证勘察数据成果的准确性。明确施工勘察的编录精度要求，避免出现勘察成果和实际情况不一、更改设计方案而延误工期的情况。

4 结语

随着社会进步和城市的扩张，高层建筑越来越多，以后将会有大量的岩溶地层勘察项目出现，通过具体勘察项目的说明，介绍了钻探勘察方案的布置和要点，对岩溶地层的工程地质勘察工作提出了一些建议。