巖溶地基基礎(chǔ)處理探討
2016-11-07
一 、巖溶的一般形態(tài)和形成原因
巖溶地貌分布在世界各地的可溶性巖石地區(qū),占地球總面積的10%,巖溶的主要形態(tài)有溶洞、溶溝、溶槽、裂隙、暗河、石芽、漏斗及鐘乳石等,是可溶性巖受水的化學(xué)和物理作用的結(jié)果。巖溶發(fā)育的基本條件:具有可溶性的巖層;具有有溶解能力(含CO2)和足夠流量的水;具有地表水下滲、地下水流動(dòng)的途徑。一般地說(shuō),硫酸鹽巖層、鹵素類(lèi)巖層巖溶發(fā)展速度較快;碳酸鹽類(lèi)巖層則發(fā)育速度較慢。質(zhì)純層厚的巖層,巖溶發(fā)育強(qiáng)烈,且形態(tài)齊全、規(guī)模較大;含泥質(zhì)或其他雜質(zhì)的巖層巖溶發(fā)展較弱。結(jié)晶顆粒粗大的巖石,巖溶較為發(fā)育;結(jié)晶顆粒細(xì)小的巖石,巖溶發(fā)育較弱。巖溶的發(fā)育是緩慢的,在建筑物使用年限內(nèi)可認(rèn)為是不變的。覆蓋在巖溶面上的沖積、洪積層,在地表水下滲或地下水升降變化的情況下,土顆粒沿巖溶、洞穴裂隙帶走,使上層土形成空洞而形成土洞。
二、巖溶地基勘察及其基礎(chǔ)施工
2.1常見(jiàn)問(wèn)題。在巖溶場(chǎng)地的勘察工作中不能單純依賴(lài)鉆探忽視物探,要兩相結(jié)合,互相印證?？刹捎秒姺?、電磁法探測(cè)基巖埋深、土洞,劃分上覆土層和風(fēng)化帶,采用跨孔電磁波計(jì)算機(jī)層析成像(CT)技術(shù)探測(cè)地下洞穴、隱伏斷層、破碎帶。結(jié)合利用傳統(tǒng)鉆探孔,將部分孔加深作為電磁波發(fā)射及接收井,即可達(dá)到由點(diǎn)到面(剖面)的勘察效果。巖溶地區(qū)工程活動(dòng)中常見(jiàn)下列的一些問(wèn)題:
?、巽@探或沖(鉆)孔樁作業(yè)時(shí),發(fā)生漏漿、漏水、塌孔、卡鉆、埋鉆、掉鉆、偏孔;②同一承臺(tái),樁長(zhǎng)相差甚大,達(dá)數(shù)米到十余米;③地質(zhì)鉆孔見(jiàn)巖與鉆(沖)樁、人工挖孔樁見(jiàn)巖不一致;④出現(xiàn)超長(zhǎng)樁;⑤人工挖孔樁出現(xiàn)涌水、涌砂、掉入土洞;⑥預(yù)制樁壓(打)破頂板突然掉入洞穴,深層攪拌樁掉入洞穴;⑦靜壓(錘擊)預(yù)制管樁斷樁率高,斷樁率10%,甚至有的高達(dá)30% ~60%;⑧地面塌陷,相鄰建筑沉裂;⑨同樁抽芯,幾個(gè)鉆孔完全不一樣。
2.2 地基基礎(chǔ)處理的比選。基礎(chǔ)問(wèn)題不但會(huì)嚴(yán)重影響安全、工期和造價(jià),有時(shí)甚至成為工程成敗的關(guān)鍵。而目前規(guī)范規(guī)程中涉及巖溶樁基的技術(shù)規(guī)定甚少,設(shè)計(jì)與施工依據(jù)不足。下面概述巖溶地區(qū)主要使用的樁基型式。
2.2.1復(fù)合地基。對(duì)于建筑荷載較小,土層較厚,土洞較多,巖面起伏大,采用復(fù)合地基處理可避免直接應(yīng)用天然地基時(shí)的沉降量大和承載力小的問(wèn)題。
2.2.2鉆孔樁。鉆孔樁的成孔直徑大,施工方便,適用于單樁荷載大、地下有孤石的情況,鉆孔樁不宜用在溶巖裂隙多、溶溝多等淺層巖溶發(fā)育的基巖中。
2.2.3預(yù)應(yīng)力管樁。預(yù)應(yīng)力管樁適用于地下有淤泥、土洞、流砂、地下溶洞連通暗河等情況,壓樁采用的預(yù)制樁不受上述因素的影響,壓樁的單樁承載力可由壓樁機(jī)上的壓力表觀察到,所以非常直觀,易于掌握,但在土巖軟弱過(guò)渡較快處容易出現(xiàn)斷樁。
2.2.4沖孔灌注樁。這種樁適用于地下巖溶發(fā)育,有多層溶洞,但溶洞洞穴小,上部洞穴頂板薄的地質(zhì)情況,這種樁可沖(鉆)穿上層溶洞頂板,到達(dá)下層溶洞頂板。
2.2.5群樁。當(dāng)巖溶表面極其復(fù)雜,但巖溶表面上覆蓋有較厚砂卵石層時(shí),如果采用以上各種樁型都難于施工或保證成樁質(zhì)量和安全度的情況下,群樁不失為解決此類(lèi)復(fù)雜地質(zhì)情況的一種有效選擇。
三、巖溶地基的評(píng)價(jià)
表1洞隙穩(wěn)定性定性評(píng)價(jià)
評(píng)價(jià)因素 對(duì)穩(wěn)定有利 對(duì)穩(wěn)定不利
地質(zhì)構(gòu)造 無(wú)斷裂、褶曲,裂隙不發(fā)育或膠結(jié)良好 有斷裂、褶曲,裂隙發(fā)育,有兩組以上張開(kāi)裂隙切割巖體,呈干砌狀
巖性及厚度 厚層塊狀,純質(zhì)灰?guī)r,強(qiáng)度高 薄層石灰?guī)r、泥灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r,有互層,巖體強(qiáng)度低
巖層產(chǎn)狀 走向與洞軸正交或斜交,傾角平緩 走向與洞軸平行,陡傾角
洞穴形態(tài)及埋藏條件 埋藏深,覆蓋層厚,洞體小(與基礎(chǔ)尺寸相比) ,呈豎井狀或裂隙狀,單體分布 埋藏淺,在基底附近,洞徑大,呈扁平狀,復(fù)體相連
頂板情況 頂板巖層厚度與洞徑比值大,頂板呈板狀或拱狀,有鈣質(zhì)膠結(jié) 頂板巖層厚度與洞跨比值小,有切割的懸掛巖,未膠結(jié)
充填情況 為密實(shí)沉積物填滿(mǎn),且無(wú)被水沖蝕的可能性 未充填或半充填,水流沖蝕充填物,洞中見(jiàn)有近期塌落物
地下水 無(wú)地下水 有水流或間歇性水流,流速大,有承壓性
地震設(shè)防烈度 地震設(shè)防烈度小于7度 地震設(shè)防烈度等于或大于7度
建筑物荷重及重要性 建筑物荷重小,為一般建筑物 建筑物荷重大,為重要建筑物
隨著越來(lái)越多的工程興建在巖溶地區(qū),巖溶地基問(wèn)題就成為工程建設(shè)中的突出問(wèn)題,加強(qiáng)巖溶地基穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià),采用合理、經(jīng)濟(jì)的地基處理措施,有著重大的技術(shù)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)意義。近年來(lái)在該領(lǐng)域內(nèi)的研究取得較大進(jìn)展,對(duì)巖溶空洞地基穩(wěn)定性的分析評(píng)價(jià)經(jīng)歷了從定性→半定量→定量的過(guò)程。定性評(píng)價(jià)法適用于初勘階段選擇場(chǎng)地及一般工程地基穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià),包括綜合分析法、經(jīng)驗(yàn)比擬法。其中綜合分析法可根據(jù)洞隙各項(xiàng)邊界條件,對(duì)比表1中所列影響洞體的諸因素進(jìn)行綜合分析并作出評(píng)價(jià)。半定量評(píng)價(jià)方法:①頂板厚跨比法。此法常用于穩(wěn)定圍巖。不考慮頂板形態(tài)、荷載大小和性質(zhì),根據(jù)近似的水平投影跨度L和頂部最薄處厚度h,求出厚跨比h/L,作為安全厚度評(píng)價(jià)依據(jù);②估算頂板安全厚度法。定量評(píng)價(jià)法:巖溶地基穩(wěn)定性研究的發(fā)展趨勢(shì),必將是由定性到定量,由平面到三維的過(guò)程。
總之,巖溶場(chǎng)地的工程地質(zhì)勘察須綜合應(yīng)用物探、鉆探、坑探等多種技術(shù)手段,巖溶發(fā)育程度及發(fā)育特征與評(píng)價(jià)應(yīng)考慮到對(duì)地基強(qiáng)度及穩(wěn)定性的影響,必須運(yùn)用工程地質(zhì)的研究方法進(jìn)行詳盡的勘察與評(píng)價(jià)工作,對(duì)巖溶地基的處理需要考慮多種因素進(jìn)行科學(xué)的處理。
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