浅析岩溶地区工程勘察与建筑物基础选型

摘 要：可溶性碳酸盐岩类分布地区岩溶等不良地质作用发育，地质条件复杂，对工程建设的危害性较大，如何查明建设场地岩溶发育情况并合理进行基础选型一直是工程建设的重点难题。文章探讨了岩溶地区的主要岩土工程勘察方法和探测技术，分析了各种勘察技术方法的特点和适用范围，并进行了岩溶地区建筑物基础选型的相关探讨。

关键词：岩溶；工程勘察；基础选型

引言

我国幅员辽阔，可溶性碳酸盐岩类分布广泛，为岩溶的发育提供了基本条件。根据区域地质资料和地区工程经验，我国的广西、四川、云南、贵州及广东北部等地均有大量岩溶的出露。

岩溶又称为喀斯特，是指水对可溶性岩石（如碳酸盐岩、石膏、岩盐等）进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生的现象的总称。岩溶作用是一种缓变作用，对建设工程的主要危害是在岩溶区形成地下溶洞、上覆土体中形成土洞等造成岩溶塌陷，从而对建筑物造成破坏。同时，由于岩溶发育区往往地下水丰富且连通性较好，在地下工程施工中若遇到岩溶地质，则可能会发生地下水突涌或地下泥石流等地质灾害，危及到工程建设。此外，部分岩溶地区基岩上覆土层为红粘土，具有一定的膨胀性，可能会造成建筑物基础变形和开裂。

岩溶因其特殊的地质特性和对工程建设的重要影响越来越受到相关专家和学者的重视，并对其逐步开展了深入的研究，主要包括岩溶形成的条件、类型、影响因素、岩溶的地貌结构和岩溶塌陷等方面。对于岩溶地区工程建设来说，工程勘察和基础设计是关键，准确查明场地的岩溶发育特征并采取合理的基础方案才能避免岩溶作用造成的灾害。随着岩溶地区大量工程建设项目的开展，工程勘察也遇到了越来越复杂的技术难题，先进的勘察技术的投入，使得工程技术人员能够在工程实践中逐步解决技术难题，并总结工程项目经验，进一步提高岩溶地区的工程勘察技术和水平。岩溶地区的工程建设，必须先深入了解岩溶的发育规律和基本地质特性，才能合理地选择理论上和实际上都可行的工程地质勘察方法和手段。应针对不同岩溶发育的特点和规律采取不同的勘察方法与手段。

1 岩溶地区工程勘察方法及探测技术

在岩溶地质发育地区，目前国内通用的主流的岩土工程勘察技术方法及相关的探测技术手段主要包括：

1.1 工程地质调查与测绘

主要是通过野外调查和测绘等方式，对包括岩溶区域的地表地貌形态、地层岩性、水文地质状况等相关内容进行勘测和试验，获得岩溶发育的宏观分布及其特性参数，以便深入进行工程地质野外勘测任务。工程项目经验表明，该技术方法简单实用，能为建设工程项目获得宏观的基础地质资料。

1.2 钻探

钻探工程是使用最广泛的一类勘探手段，普遍应用于各类工程勘察中。钻探通过机械钻孔取芯，可直接对场地地层进行鉴别分析，从而直观地获得地层岩性等相关信息。但由于是“一孔之见”，它对一些重要的地质体或地质现象可能会有误判、遗漏，所以也称它为“半直接”勘探手段。

1.3 工程地质原位测试

该技术的工程经验较为丰富，在岩溶地区的应用也较成熟。技术原理是采用原位标准贯入、动力触探等试验方式，测定出溶洞、土洞中的填充物、岩溶坍塌堆积物的地质特性及工程地基土的承载力等。在工程实践中，该技术因其勘察成本低、操作过程简便而得到广泛应用。

1.4 遥感勘测技术

该技术主要基于先进的科技应用，包括热红外遥感、航空遥感、地球资源卫星遥感、侧视雷达遥感等高科技技术。遥感勘测技术能够实现大面积调查，调查结果的重复性好，在岩溶的地貌形态、层组划分和地质构造等研究领域，能够使得研究结果更为精确，因而被广泛应用在岩溶地区的野外勘测工作中。该技术通常应用在大型工程的选址方面，一般的民用建筑工程和小型的工业建筑则较少采用此类技术。

1.5 示踪试验

该技术主要是通过采用示踪剂（如同位素、荧光染料等），对岩溶地区的地下水进行长期跟踪观测，以研究岩溶的发育程度、分布特点及各溶洞之间的连通情况。该技术可靠性较强，实际应用中操作简单方便，但只能应用在有地下水的岩溶中。

1.6 插钎

该技术主要是通过在土层中按一定间距插入一定长度的钢钎，用以判断土层中是否有岩溶土洞在发育形成。在岩溶地区，常常在新开挖的地基基坑中采用插钎来判断开挖的土层地质中是否有土洞或者塌陷软弱层。大量的建设工程项目经验表明，插钎技术的经济实用性较好，施工过程简单易操作。

1.7 地球物理勘探

该技术在建设工程中主要用于对岩体中结构复杂的岩溶洞穴进行勘测。成熟的应用技术方法主要包括电阻率法、无线电波透射法、高密度电法、声波透射法等技术。随着技术的发展，也产生了地质雷达、层析成像等先进技术，在建设工程领域得到了广泛地应用，尤其是在岩溶地质勘测领域，广泛用作岩溶溶洞、土洞和塌陷等的分布、形态、填充状况的确定。由于岩溶塌陷形成时具有突发性、隐蔽性等特点，采用传统的地面监测方法，只能O测到地面的沉降、地面建筑的开裂等状况，而采用先进的地质雷达技术和岩溶地质系统中水压力动态变化传感器自动监测技术，能够直接地监测到塌陷等具体状态参数，大大改善了监测效果。在确定大范围的岩溶发育和深部岩溶的分布规律时，采用地球物理勘探技术，能得到更为精确的数据资料，但该技术对监测场地状况和技术人员的技能水平要求较高。

1.8 管波探测法

该技术的原理是向桩位中心的勘测孔发射管波，通过收集分析管波的反射信号，确定整个桩位范围处的岩溶、软弱土夹层和裂隙带的发育形成和分布状况，并对嵌岩桩基桩持力层的完整性进行科学评价分析。根据岩土工程勘察规范的规定，建筑物基础使用大直径嵌岩桩时，应逐桩布置勘察点，专门对桩位进行科学的桩基勘察，通常勘探的深度要在5米以上，且勘探深度要大于等于桩底以下桩径的3倍。当前建设项目在进行桩位勘探时，为了缩短勘察工期、降低勘察成本，常采用一桩一孔的钻探方式，钻孔直径相对桩基直径太小，因而难以查明钻孔以外、桩径以内的岩溶发育情况。而如果用管波探测法作为辅助勘察手段，不仅可以提高勘察结果的准确性，还能降低勘察的成本、缩短勘察工期。

1.9 模型试验

该技术主要是在实验室完成，一般用于模拟研究岩溶塌陷时的状态参数。其工作原理是通过采用一定比例大小的试验装置，模拟研究岩溶在不同工况条件下（如不同水动力特性工况）的地基稳定性和岩溶塌陷过程的工况参数的变化。

2 岩溶地区建筑物基础选型

建设工程项目在场地选址时，出于安全考虑，应该尽量避开岩溶地质发育、对建设项目所在区域的地质稳定性有直接危害或者具有潜在安全隐患的场地。如果基于建设项目需要，必须在具有安全隐患的岩溶地质场地上建设建筑物时，建筑物的基础选型将变得尤为重要，必须全面考虑建设工程项目的安全、成本及施工难易等因素，以选择更为安全、经济、合理的基础型式。

2.1 岩溶地质埋藏较深时的基础选型

当岩溶埋藏较深时，若上覆地层具有足够的地基承载力，或者上部地层经过适当处理后能够M足建筑物的地基承载力要求，或者地层本身就具有某些特定条件下可利用的特性，可以选择回避岩溶地质危害的基础型式，使建筑物基础不触及场地深埋的岩溶。若建设场地中存在土洞，可基于土洞的深度、发育的范围和发育程度以及场地的稳定性，采用回填、注浆、灌砂、夯塌土洞等方式进行处理，提高地基承载力，消除可能产生的地面塌陷隐患。也可考虑采用跨越式基础避开土洞发育区域。

若对地表土层承载力要求不高，可采用浅基础，应重点注意场地内土洞的处理、土洞的发育特征和场地的稳定性等。天然地基可通过强夯、复合地基等措施使其满足设计承载力要求。对于多层建筑物的地基，可采用夯扩桩、深层搅拌复合地基、预制桩等基础型式使其满足设计承载力要求。其最终目的是实现充分利用地表土层的承载能力，降低基础工程造价。岩溶的存在使得桩基础的端承载力潜力无法得到充分利用，因此应在不触及岩溶的前提下通过桩基础的合理选型来充分利用地层侧阻力以提高其承载力。为了提高地表土层的承载力，不论浅基础、桩基础，都可采用强夯、砂桩等地基处理方式来减少土洞造成的地质危害，从而使得地基承载力和桩侧阻力到达最大化利用。

2.2 岩溶地质埋深较浅时的基础选型

当岩溶地质埋深较浅、无法回避时，可采取措施分散危害，降低危害的集中度。在岩溶地质埋藏较浅或者地表土层的承载力不足的条件下，通常只能采用桩基。为了提高并充分利用桩的承载力，工程上常采用低承载力桩加筏板的地基基础方案。也可考虑多种桩型的复合桩基础型式，如预应力管桩、载体桩和冲孔桩等混合使用，或者根据场地地质条件将长短桩复合使用等，充分利用各种桩型的承载力，满足基础设计使用要求。

此外，根据工程实践经验，预应力管桩在岩溶地质条件下的承载力较低，总结其原因，主要是由于岩溶地区基岩岩面不平整，导致管桩受力不均，产生局部受力过大被压坏或弯曲破坏现象。若采用薄壁预应力管桩，桩中孔全长灌入混凝土，既能增大桩端与岩面的接触面积，又能提高管桩的抗弯性能，从而达到提高桩的承载力的目的，在实际工程中或许能取得较好的效果。

2.3 岩溶地质直接出露时的基础选型

当岩溶地质直接出露于地表时，对地基承载力要求较低的多层建筑物，可采取直接处理岩溶地质的措施，如对浅部稳定性差的岩溶采取爆破、换填、清理或填塞等处理措施。

对地基承载力要求较高的高层建筑物，工程上常用的处理方式是采用嵌岩桩基础，但也存在桩基施工困难、后期检测合格率不高等问题。如岩溶地区采用钻（冲）孔灌注桩基础比较多，也相对比较成熟，但问题也较多。由于岩溶发育场地内存在众多大小不一的溶洞，灌注桩施工成孔过程中易产生漏浆等现象，对钻（冲）孔灌注桩施工造成不利影响，从而影响桩身质量，故应考虑对溶洞采取相应的处理措施，可向洞内抛填粘土、片石、灌注水泥砂浆或混凝土等，以堵填溶洞。如溶洞洞体太大，且漏浆严重，可考虑采用下钢护筒等办法辅助施工。

岩溶地区检测嵌岩桩较为合理的方式是采用静载检验，为了降低配重堆载的费用，在满足桩基检测规定的条件下，可采取锚桩或者锚索加载方式。若嵌岩桩入岩深度足够，桩侧阻力已满足桩的承载力要求，那么采取将桩嵌入较深的基岩中即可消除岩溶危害。

此外，对于出露岩溶的处理，理论上可采用大能量夯锤对岩溶进行强夯、夯塌溶洞或地基加固等方式，这可能是解决岩溶出露场地的地基基础选型问题的较为有效的方法。

3 结束语

在岩溶地区工程建设实践中，要结合场地实际的工程地质特点，合理选择岩土工程勘察方法和探测手段，采取综合的勘察技术方法，准确查明场地岩溶的发育特征和发展趋势。针对不同的岩溶地质发育特性，科学地进行地基处理，合理地选择基础型式，确保工程建设和使用的安全，并节约工程投资，保护地质环境。

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