岩溶地基岩土工程勘察及工程地基处理措施

2023-08-14周志星

城市建设理论研究（电子版） 2023年22期

关键词：溶洞风化标高

周志星刘涛

广东省地质物探工程勘察院广东广州 510800

建筑施工的首要目标是确保工程质量，而岩溶地区的基础施工更需要重点予以关注，并藉由系列举措，确保地基稳定性、工程安全性的有效提升，减少项目在岩溶地区地基处理的成本支出。

1 工程概况

场地位于广州市花都区74°方向直距约18km，山前旅游大道南侧，位于大广高速南侧，京港澳高速西侧。详见勘察场地位置图附图1。

图1 勘察场地位置图

根据上述任务和要求，我院于2021年5月2日调进13台XY—1型工程钻机进场勘察，于2021年5月27日结束勘察外业工作，完成的各项实物工作量详见下表1。

表1 完成实物工作量统计表

本次勘察，野外工作由我院专业技术人员进行管理和地质编录，室内各项技术资料均通过逐级检查验收，所提交的勘察成果质量可靠，可作为地基基础设计依据。

2 岩溶地基条件下的岩土工程勘察内容

本次补勘的目的及任务主要是查明钻孔ZK16、BZK38、BZK52、BZK77、BZK92附近是否存在溶（土）洞发育情况，以及静3#和静4#试验静压桩位地质情况。为下一步的桩基施工和岩溶处理提供地质依据。

本次采用工程测量、钻探、原位测试、简易水文地质观测等手段进行勘察。我院于2021年9月27日调进1台XY—1型工程钻机进场勘察。在钻探过程中，静4#桩位K4#-1孔地质情况复杂，钻探工程中因缩径、塌孔而提前终孔，经委托单位和设计单位同意，在4#桩对称一侧1.0m增加了1个钻孔（K4#-2）。除此之外，其余各钻孔均上述技术要求进行，于2021年10月16日完成补充勘察外业工作，共完成钻孔19个，总进尺918.30m；共进行标准贯入试验148次，并对各钻孔进行了简易水文观测[1-2]。

2.1 原ZK16号钻孔周边

原初步勘察ZK16钻孔在埋深26.50m，顶板标高4.31m处见土洞，洞高8.40m，全充填软塑状粘性土，其顶板为可塑状粘性土。

本次勘察在ZK16钻孔周边5m对称布置钻孔4个（编号K16-1～4），其中，K16-1、K16-3、K16-4共三个钻孔揭露有串珠状溶洞，其顶板埋深27.90～36.60m，顶板标高-1.97～6.79m，洞高1.90～6.30m。溶洞顶板均为中风化砂岩，其埋深27.60～36.40m，对应标高-1.77～7.09m，厚度仅0.20～0.30m。溶洞有软塑状粘土半充填～全充填，大部分在钻进时漏水；另一方向的K16-2钻孔则在相应位置（埋深26.00～29.00m，标高5.74～8.74m）揭露到微风化砂岩，未见溶洞。

从补充勘察的四个钻孔可见中、微风化砂岩顶面起伏较大，处于风化凹槽位置，由于地下水长期作用，在含钙质的中、微风化岩面形成溶蚀面，在中、微风化岩之间的风化砂岩夹层则因地下水长期浸泡崩解、软化成较软的粘土，地下水长作用不断软化、潜蚀土层形成半充填溶洞和土洞[3]。

2.2 原BZK38～BZK52钻孔周边

原详细勘察B Z K 3 8 钻孔在孔深3 6.7 0 ～3 8.5 0 m、39.20～41.40m，对应标高-6.12～-7.92m、-8.62～-10.82m见串珠状溶洞，洞高1.80～2.20m，有硬塑状粘土全充填，其顶板为微风化砂岩，埋深36.00m、标高-5.42m、厚度0.70m。其相邻的BZK52钻孔则在相应位置（埋深37.10～44.90m，标高-6.46～-14.26m）揭露强风化砂岩，相应深度未见岩溶发育。

本次在BZK38钻孔周边5m对称布置钻孔4个（编号K38-1～4），另在BZK38至BZK52一线的BZK52外侧10m布置1个钻孔（编号K52-1）。补充勘察的全部钻孔均揭露到溶洞，其顶板埋深33.50～41.90m、顶板标高-11.62～-1.51m，洞高1.70～3.60m，其顶板为强～中风化砂岩，溶洞均有软塑状粘土半充填，钻进时漏水。

该处岩溶形成原因与ZK16相似，均是由于地下水长期作用，在含钙质的中、微风化岩面形成溶蚀面，在中、微风化岩之间的风化砂岩夹层则崩解、软化成较软的粘土。

2.3 原BZK77～BZK92钻孔周边

原详细勘察BZK77、BZK92揭露到溶洞，其顶板埋深32.40～32.70m、顶板标高-4.52～-4.23m，洞高3.20～8.80m，有夹有较多风化岩块的可塑～硬塑状粘土全充填，其顶板为强～中风化砂岩[4]。

本次在相邻的BZK92和BZK77钻孔中间，以及该两孔周边5m共布置钻孔7个（编号K92-1～3、K77-1～4），在勘探深度内均未揭露溶洞，仅局部岩芯见轻微溶蚀，各孔在相应层位岩层风化较强烈，呈全风化～强风化砂岩互层或夹层状，该风化砂岩均有遇水易软化、崩解的特性。

推测原BZK77至BZK92钻孔一带地下水较丰富，长期作用除了溶蚀中、微风化岩外，也使其间土状全、强风化岩夹层崩解、软化成相对较软的粘土状。由于其往往夹杂较多风化岩块，具有一定承载力。

2.4 原3#静压桩周边

在3#静压桩旁（承台内）1m施工了1个钻孔（编号K3#-1）。钻孔揭露有溶洞发育，其顶板埋深42.40m、顶板标高-11.95m，洞高28.00m，溶洞顶板为厚度仅0.80m的微风化砂岩，溶洞有软塑状粘土全充填，钻进时漏水，可见该处地下水较丰富。

2.5 原4#静压桩周边

在4#静压桩旁侧（承台内）施工1个钻孔（编号K4#-1），该孔下部由于钻进时缩径、塌孔，未能钻穿软土层而提前终孔，经委托单位和设计单位同意后，在4#静压桩另一侧对称1m又施工了1个钻孔（编号K4#-2）。两个钻孔均在30m以下土质开始变软为软塑状粘土，在K4#-2孔揭露到该软土层厚度达39.40m，钻进时全漏水[5-6]。

推断该处可能为富水的风化凹槽，由于地下水长期作用使凹槽部的残积土层和全、强风化砂岩崩解、软化、潜蚀，形成充填土洞。

场地岩溶主要发育东侧一带，除了前期勘察ZK16及本次补充勘察K4#-1、K4#-2揭露土洞，前期勘察BZK38、BZK77、BZK92揭露到溶洞外，本次补充勘察钻探19个钻孔中，有9个钻孔（K16-1、K16-3、K16-4、K3#-1、K38-1、K38-2、K38-3、K38-4、K52-1）揭露有溶洞。该溶（土）洞多为充填～半充填型溶洞，充填物主要为软～可塑状粉质粘土，少数为硬塑状粘土并夹有较多风化岩块；溶洞顶板厚度为27.90～42.40m，平均36.02m,溶洞高度1.70～28.00 m，平均5.52m。

3 处理及措施

从补充勘察情况看，场地溶洞形成机制与广花岩溶盆地灰岩中的溶洞形成机制不同，本场地中的溶洞充填物应为原砂岩风化夹层崩解、软化所致，其普遍呈软塑～可塑状，且部分夹有风化岩块，具有一定强度，设计时可按残积土考虑。若设计验算该层不宜作为桩端持力层，也可考虑在揭露溶洞地段承台桩增加数量，调低单桩承载力，缩短桩长，选择上部土质较好的硬塑状粘性土或全风化岩作为持力层。

从目前的资料判断，场地的土洞、溶洞和凹陷面软土仅于局部零星发育，并且有一定规律，即一般分布在北部、东部的凹陷带范围，且多出现在周边钻孔勘探深度内见有中、微风化岩的地段。建议地基基础设计不作大的调整，仅对发现土洞、溶洞的地段，可结合实际情况，考虑是否作必要设计调整或设计变更；同时桩基施工时各方应密切关注上述可能出现土洞、溶洞和凹陷面软土的地段，出现异常情况，及时处理。

场地地质条件复杂，而勘察钻孔数量有限，无法完全查明所有承台下得地质情况，随着桩基施工不断推进，仍可能遇到了类似情况，建议加强桩基施工管理，施工中若下部出现桩持续沉入一定深度，但压力不变甚至降低，或者锤击出现阵击贯入度异常增大的情况，在暂缓后复压仍未改善或无法满足要求的情况下，可能桩底存在土洞和软土，应及时反馈给勘察和设计单位，建议由设计单位根据勘察单位的地质判断，作出如下之一的处理方案：

1）继续增加桩长穿过该软弱层；

2）增加承台桩数，缩短桩长；

3）对软弱层进行灌浆充填加固处理；

4）必要时（如地质条件特别复杂情况）补充钻探，并根据钻探结果确定采取具体措施。

加强质量管理，由于岩溶地基的施工工作本身具备复杂性、隐蔽性的基本特征，加之岩溶地貌自身较为特殊的环境，因此落实好岩溶地基处理过程中的质量管理工作，具有十分重要的意义。为此从施工单位层面来看，应当从下述几方面进行质量监管工作，首先应当从岩溶地基处理的工作规程出发，对质量监管条例详细、合理地进行制定，对各成员指责予以明确，并充分做好各自岗位职责，确保地基处理工作能够有序展开。其次，应当制定好应急处理预案，由于地基处理的地下施工性质，因此有着很多不可控制的因素，为使不可控因素带来的破坏尽可能降低，应当做好应急预案的提前准备工作。同时应当落实好地基处理的质量评估机制，应当不定期对地基处理流程展开抽查评价，在评价不合格时应当积极展开整改，以便对地基处理过程中存在的问题，及时予以消除，促进地基质量的全面提升[7]。

设计单位、施工单位同时应当做好地基施工处理的优化工作，为此应当对施工地质条件、周边环境条件、勘察资料予以充分调查、研究，对基础处理范围、基础处理方式，结合实际情况予以确定，从而良好展开建筑规划、结构设计的前期工作，另一方面还应当对施工过程中总结的地基处理经验予以重视，及时沟通反馈，形成正循环，确保地基施工的质量，促进地基处理水平的有效提升。