岩溶地基处理常用方法及工程实践

岩溶地基处理常用方法及工程实践

陈正彬 黄佑验 曹松涛

（西南电力设计院 成都 610021）

摘 要：概述岩溶地貌、岩溶形态、岩溶发育的基本条件、岩溶对地基稳定性影响等，以加深对岩溶地基的认识；介绍岩溶地基处理常用方法、适用范围及工程实践，以为工程设计提供参考。 关键词：岩溶 溶洞 泉眼 地基处理

General methods and engineering practice for karst ground treatment

CHEN ZHENGBIN HUANG YOUYAN CAO SONGTAO

（Southwest Electric Power Design Institute, Chengdu 610021, China）

Abstract: This paper describes karst, karst morphology, essential conditions of karst development, karst groung stability effects and so on, to know more about the karst ground; Describes the general methods, scope of application and engineering practice of karst ground treatment, to provide a reference for engineering design.

Keywords: Karst, Karst cave, Karst spring, Ground treatment.

1 前言

岩溶是碳酸类、硫酸类和卤素类等可溶性岩层，受水的物理和化学作用而在岩体中形成溶洞、溶沟以及石芽等各种形态的岩体的一种不良地质现象。岩溶常引起地基不稳定、承载力不足、塌陷等工程问题。岩溶广泛分布于贵州、云南、广西等地，在这些地区进行工程建设，常常遇到不同发育程度岩溶地基。《建筑地基基础设计规范》规定，未经处理岩溶地基不应作为建筑物地基。因此，加深对岩溶地基的认识、介绍各种岩溶地基常用处理方法及工程实践，具有重要意义。 2 岩溶地貌、岩溶形态、岩溶发育的基本条件

岩溶地貌类型：1）按出露条件分为：裸露型岩溶、覆盖型岩溶、埋藏型岩溶；2）按岩性分为：石灰岩岩溶、白云岩岩溶、石膏岩溶、盐岩溶；3）按水文特征分为：充气带岩溶、浅饱水带岩溶、深部岩溶；4）按发育程度分为：强发育岩溶、中等发育岩溶和微发育岩溶等。

常见岩溶形态有：溶洞、土洞、溶沟（槽）、落水洞、漏斗、泉眼、石芽等。

岩溶发育的基本条件：1）具有可溶性岩层；2）具有腐蚀能力和流量充足的水；3）地下水有渗流途径。

作者简介：陈正彬 ，男，1981.10，工程师，工程学士，主要从事电力工程土建结构设计。

3 岩溶对地基稳定性的影响

岩溶对地基的稳定性的影响主要是引起地基承载力不足，使得地基产生不均匀沉降以及地基发生滑动和塌陷等变形破坏。具体情况有：

1）当地基主要受力层范围内有溶洞、暗河等地质时，在附加荷载或振动下，溶洞顶板坍塌使地基突然下沉；

2）基础埋置在基岩上，其附近有溶沟、竖向岩溶裂隙、落水洞等，有可能使基础下岩层沿倾斜的软弱结构产生滑动；

3）溶洞、溶槽、石芽、漏斗等岩溶造成基岩面起伏较大，或者有软土分布，使地基不均匀下沉；

4）在地下水作用下，岩溶继续发育，使地基恶化。

4 岩溶地基处理常用方法及工程实践

在工程建设中，岩溶地基处理常用的方法有挖填法、跨越法、桩基法和排导法等。下面结合工程实例做详细介绍。

4.1 挖填法

挖填法适用于浅层溶洞、溶槽、溶沟等。对岩石地基，先挖除溶沟、溶洞或溶槽中的软土或其他软弱杂物，然后采用级配碎石、毛石混凝土或素混凝土等填实，以增强地基的强度和整体性；对于压缩性地基，先凿去局部突出的基岩并超挖一定深度，然后再铺设碎石土或砂垫层等，以协调地基不均匀沉降。

图 1所示溶槽，上宽下窄，竖向很深并且起伏较大，不可能全部清除溶槽内的填充物。此时宜清除部分填充物，在下部采用抛填块石，在接近中上部位填碎石，使其形成自然的滤水层，上部尽量打凿成倒喇叭形的斜面，然后再填毛石混凝土，回填的厚度不小于上部宽度的一半，且不小于500厚，形成上大下小的楔形体嵌塞在溶槽中，使上部荷载通过楔形体传递到溶槽两侧的稳定岩石上。

对于较浅、小的溶洞、溶槽、溶沟，最简单、最直接的办法就是清除填充物后，用毛石混凝土进行填充处理，见图 2。

对石芽等基岩，根据尽量减少开挖和回填量的原则确定基础的理深，挖除突出部位，用毛石混凝土填实低凹部位，或采用级配碎石或土夹石垫层调整基底的应力分布，见图 3。

图 1 图 2

图 3

4.2 跨越法

跨越法适用于基础下有溶洞、溶槽、漏斗、小型溶洞。施工时可采用钢筋混凝土梁板跨越，或用刚性较大的平板基础覆盖，而不对其下地基进行处理。

对于一些溶槽，竖向及水平方向范围很大，槽体内充满各种软塑～可塑的红粘土，洞口比较大，如某电厂主厂房BC列柱基础下，分布着一条长达40余米，宽度约5～10米的水平溶槽，单个洞体的高度约4余米，并在水平向有不同的分支。除此之外，还有一些大小不等的多重水平溶洞，其洞间顶板厚度大致在1.30～2.50m之间。这些洞体内填充着各种软塑～流塑状的粘土，C列8～12轴线柱基础均落在洞内，考虑到洞体大而深不可能进行充填处理，由于其两侧岩石完整、稳定，采用基础梁跨越处理。如图 4所示。

图 4 图 5

图 5为某电厂锅炉钢柱基础，部分位于宽约3m的溶槽上，勘探发现溶槽底部深度达15m，采

用换填方案不经济，且施工存在安全隐患，于是采用厚板跨越处理，两端支承于稳定岩体上。

再如贵州某电厂翻车机地下室为一箱型结构，下部岩溶水平分布复杂，竖向深度达数十米，清淤条件困难，周围岩体完整、稳定，考虑上部结构刚度大的特点，直接将地下室底板置于岩体之上，如图 6所示。

图 6

4.3 桩基法

桩基法适用于地基上修建重要建筑物，溶洞较深的情况。可采取冲孔灌注桩、钻孔灌注桩、预应力管桩等。桩基应穿越溶洞、进入洞底下方稳定基岩桩端持力层一定深度，但若溶洞上方岩体较厚，经计算可作为桩端持力层，那么桩基可不必穿越此溶洞。

图 7为贵州某电厂输煤地段的斗轮机和填方区输煤栈桥地段岩溶地基处理。由于填土较厚，同时回填土质量较差，考虑到上部荷载情况，设计采用一柱一桩，要求桩端置于稳定完整的基岩上。

1）人工挖孔灌注桩

人工挖孔灌注桩工艺简单、能直接揭露桩端岩溶发育情况、岩石完整性、坚硬程度、风化程度等，并能保证桩端有足够的嵌岩深度。贵州某电厂干煤棚、输煤栈桥、斗轮机基础等地段采用了人工挖孔灌注桩处理岩溶地基。由于该工程地下水埋藏较深，在人工挖孔时不会受到地下水的影响，但由于含有大量大块石的厚填土较为松散，桩孔孔壁稳定性差，设置了桩孔护壁，并有足够的通风，确保了施工安全。

2）冲孔灌注桩

图 7

冲孔灌注桩处理岩溶地基主要难点在于，一是如何在大块石深厚填土和具有多层溶洞的岩溶区成孔；二是如何堵住泥浆渗漏及混凝土流失；三是如何保证冲孔进尺及清除孔底沉渣。在成孔施工中，大部分桩孔泥浆渗漏较少，这部分桩成孔就十分顺利，而当桩孔钻穿覆盖层，在基岩表面存在溶蚀裂隙或遇到多层溶洞时，孔内泥浆迅速流失，出现地面孔口塌陷，产生一大漏斗，不仅不能施工，而且危及钻孔及人身安全。

针对上述难题，采用了相应的解决方法：向孔内回填大量粘土及水泥以堵漏。如贵州某电厂一输煤栈桥地段采取以上措施。该桩桩径1.2米，桩长49.5米，上覆土层厚48.2米，其中含大量大块石的回填土厚17.6米，其基岩表面存在溶蚀裂隙，多次发生强漏浆，直接用于堵漏及护壁费近2万元，且用时达45天之多。从桩体受力情况看，由于桩长较大，大部分的约束力靠桩侧承担，往往对桩端承载力要求不高，从而降低了岩溶槽穴对桩基的风险度。

当桩端置于“陡坎”、“鹰嘴岩”上，为确保桩的稳定，同时考虑到桩的承载能力，应当加大

桩端入岩深度，见图 7所示。

4.4 排导法

排导法对建筑物地基内或附近的地表水要做好防渗疏导工作，对于地下水可以采用排水隧洞、排水管道等进行疏导。防止基础地下水水位下降过多，以免地基承载力下降过多而发生失稳变形破坏。图 8 为云南某电厂#3冷却塔范围泉眼处理示意图。

处理地下泉眼涌水时，应遵循宜疏不宜堵的原则，根据岩层开挖揭露的实际情况，采取简单、安全可靠处理措施。

图 8

5 结束语

从工程实践来看，要彻底摸清厂址地区的岩溶情况，是很困难的，它的分布无规律可循，有些情况只有在具体施工开挖时才会被揭露，无疑对设计、施工都会带来许多困难。进行岩溶地基处理时，必须结合施工勘测甚至开挖后，根据每个建构筑物下面岩溶发育、形态特征，并结合上部建构筑物的结构型式、体量、工艺要求以及其对地基的承载力及变形要求，施工条件，采用安全可靠、经济合理、易于实施的处理方案。