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【摘要】結合工程實例探討巖溶發育最多表現形式之一———溶洞在某工程勘察場地內揭示情況、形成條件和分布特征，并評價了場地的工程地質條件,以供類似的巖土工程勘察、設計及施工參考。

【關鍵詞】巖溶;溶洞;碼頭;樁基

1引言

溶洞是地下水沿著可溶性巖石的層面、節理或斷層進行溶蝕和侵蝕而形成的地下孔道，是地下隱蔽基礎工程最大的隱患，且大多溶洞具有隨機性和不可控制性。因此，研究巖溶形成條件和分布特征對于地下隱蔽基礎工程的預警預報和正確處理具有重要意義。通常巖土工程勘察只對鉆探區域內巖溶發育與否、溶洞大小進行描述[1,2],而對巖溶發育條件和成因分析較少,從而導致工程設計和基礎處理存在局限性,在一定程度上影響了工程建設的進度。在本工程實例中，于施工期勘察進行超前鉆,對溶洞發育情況和分布特征等方面進行針對性的分析和研究,提出樁基設計與施工中的溶洞處理建議,可為以后類似的巖土工程勘察、設計及施工提供參考。

2工程概況

某煤炭儲備中心通用碼頭工程位于長江中游的江西省九江市廬山區新港鎮沿江工業園白石磯下游長江右岸,該工程建設規模為擬興建3個5000DWT泊位以及后方陸域場地的堆場、道路、輔助區，碼頭及引橋擬采用高樁梁板結構，碼頭面高程21.0m，引橋高程22.0m。碼頭及引橋設計共布置了樁基372根，通過該工程多階段的巖土工程勘察結果表明,該區基巖埋深較淺，因此，設計均采用嵌巖樁樁型[3,4]。但由于勘區內基巖主要為第三系的灰質礫巖、砂巖、泥巖等組成,在灰質礫巖類巖體中發育有諸多溶洞，故本工程進行施工期勘察即逐樁鉆探（超前鉆），旨在進一步查明碼頭平臺、引橋等樁位內中風化巖面、風化裂隙、溶蝕溶洞等具體巖土地質及不良地質問題，為設計確定樁長及施工指導提供依據。本次勘察根據設計樁位和追蹤溶洞的需要共鉆探了396個孔。

3工程地質條件

本工程勘區位于揚子板塊南緣。新生代以來，本區斷塊差異活動顯著。中更新世地殼處于緩慢升降的相對穩定時期；晚更新世，星子-湖口斷陷沉降區沉積了砂層，形成了北北東向的古鄱陽沖積平原，爾后，東部沿海發生海侵，長江水位抬高，江水侵入湖口-星子斷陷谷，形成湖泊；至晚更新世末，勘區發生整體抬升遭受侵蝕剝蝕，河谷地區形成玉~芋級階地；全新世，贛江諸水匯于鄱陽湖沉降區，再經湖口-星子斷陷谷流入長江，長江盆地處于以河流沖積相為主的堆積階段，逐漸過渡為以河流沖積-湖積相為主的沖積平原地理景觀。據區域地質資料揭示，該區發育的新洲-永和洲斷裂，控制了新生代地層沉積，地貌反映江湖平原與丘陵的截然分野，從而形成明顯的玉、域級階地，控制了全新世沉積物的分布。沿斷裂帶（芙蓉農場及長江中）曾發生多次地震。根據GB18306—2001《中國地震動參數區劃圖》，勘區地震動峰值加速度為0.05g，根據該標準附錄D“關于地震基本烈度向地震動參數過度的說明”，本區地震動參數對應的地震基本烈度為遇度。勘區陸域地貌單元屬長江I級階地，地形較為平坦，地面標高一般在+18.0耀+21.6m之間，開闊平緩，原為東海船業廠區，地形較平坦，零星分布有民房、廠房，多荒廢；土地也均閑置。勘區水域較寬闊，江心有一常年出露的沙洲，勘區距離洲頭大約1km，勘區航道較為繁忙，船只通行量較大。近岸及水域地形局部較陡，坡度較大一般為1頤3。水域近岸段地形較陡，最大坡度為1頤1，局部形成直降陡坎。勘區陸域均為土層覆蓋層，上游100m左右水域有一片基巖出露區，見圖1，測得巖層傾向330毅耀335毅，傾角5毅耀15毅，巖層面較緩。據區域地質資料及多次鉆探揭示，勘區上覆地層為全新統及上、中更新統地層，下臥第三系礫巖,現將勘區地層自地表而下劃分的地層分述如下：勘區上部即淺層為全新統地層（Qal4、Qml4）：主要為褐灰色、灰色、綠灰色粉質黏土及黏土為主，在水域呈現為淤泥質粉質黏土，局部多夾有中密-密實狀態粉細砂、中粗砂及碎石層，在陸域表層為灰黃色，棕紅色，混碎石、礫石的較為松散的粉質黏土層，層厚在1~5m內。勘區中部主要為上、中更新統地層（Qal3、Qal2）：為棕紅色、磚紅色、混黃色、灰白色、灰黃色、褐黃色粉質黏土及黏土為主，層厚在4~10m，呈可塑耀堅硬狀，由陸域至長江江心有漸薄至尖滅的趨勢，局部穿透有呈透鏡體狀、薄層淤泥質粉質黏土，接近于下部基巖多混碎石。勘區下伏基巖為第三系巖層（E）：主要為呈強耀中風化狀灰質礫巖，局部少量為砂巖、泥巖等，強風化灰礫巖為淺灰、褐黃色,風化面呈紫紅色、褐紅色，裂隙極為發育，巖芯呈碎塊狀，巖面起伏較大，局部缺失。中風化灰礫巖為紫紅色、灰色,巖芯主要呈短柱狀、柱狀，礫石成分主要為灰巖，少見砂巖，偶見泥巖,礫石粒徑一般小于5cm，局部達20cm，磨圓度很差，一般呈棱角狀、次棱角狀，鈣砂質膠結。溶洞主要發育在該巖層中，厚度一般有0.30耀13.5m不等，溶洞內局部由軟弱的粘性土混風化巖碎塊充填，部分為空洞。巖石飽和、天然、干燥單軸抗壓強度標準值為（18.0，23.5，29.5）MPa。在該巖層中還揭示有呈碎塊狀中風化灰礫巖，裂隙較為發育，分布不連續。勘區主要地層分布見圖2典型地質剖面圖。據勘察資料揭示，勘區地下水類型主要為上層滯水和潛水。上層滯水主要賦存于粘性土中，受大氣降水補給；潛水與長江江水存在緊密水力聯系。

4溶洞探測及其分布特征

本區下臥的基巖為第三系灰質礫巖，礫質成分主要為灰巖，由鈣砂質充填，在裂隙較發育時易發育溶洞，在統計的372EngineeringDesignoftheGround基礎工程設計個鉆孔中，揭示有85個鉆孔中有大小不等約116個溶洞發育，見洞率為22.85%，溶洞厚度一般有0.30耀15.30m不等，其分布深度、范圍不均，溶洞內局部由軟弱的粘性土混風化巖碎塊充填，部分為空洞，故勘區巖溶情況發育強烈。揭示的溶洞在平面上主要集中在2、3號碼頭及引橋區范圍內，共揭示82個，有112個溶洞，在1號碼頭及引橋區內僅3個鉆孔見4個溶洞。所揭露的溶洞多發育在地下10耀25m的深度內，部分溶洞個體發育較大,揭示最高單體溶洞高度有15.3m，最小單體溶洞高度為0.3m，溶洞多呈串珠狀發育，如雙體溶洞、3體溶洞、4體溶洞等。根據場地內溶洞的高度,若將溶洞分成大型溶洞（洞高逸4m）有33個、中偏大型溶洞（2m臆洞高<4m）有33個、中型溶洞（0.5m臆洞高<2m）有38個和小型溶洞(洞高<0.5m)有12個，合計所占比例分別為28.45%、28.45%、32.76%、10.34%。綜述可知，在場區內巖溶發育主要集中在2、3號碼頭及引橋區內,揭露溶洞高度較大,且多以中型、中偏大型和大型溶洞為主，其他區域無巖溶揭露或僅有小型溶洞,表明在平面及垂向立體空間分布上表現出強烈不均一性。勘區巖溶發育程度主要受巖性和水動力條件影響,其地質構造對巖溶的發育起著控制和促進作用，鉆探資料表明，場地內第三系灰質礫巖在地質構造作用下破碎強烈,節理裂隙發育,局部有灰質礫巖出露,為地下水的運移提供了良好的通道,沿裂隙形成溶蝕裂隙,在裂隙交叉的部位容易形成溶洞。

5溶洞的處置

本勘區巖溶發育較嚴重，在鉆孔中揭示了諸多溶洞，僅采取逐樁鉆孔勘探了樁基處溶洞情況，并不能完全揭示巖溶發育及分布規律。且在巖溶較發育地區，地質鉆孔（孔徑為91耀114mm）所揭示的地質條件并不能完全反映樁位處（樁徑為1300耀1500mm）巖溶、裂隙發育狀況，特別是針對于大直徑樁巖溶難以判別時，需在揭示有溶洞樁位處鉆2~3個地質孔，以進一步探明設計樁位與溶洞的關系。針對樁位下較深范圍內有串珠狀溶洞發育和完整巖層埋藏較深時，或溶洞分布較淺、頂板較薄無法滿足嵌巖樁要求時，建議采用摩擦樁型。本勘區巖溶的發育主要特征表現為多以中型、中偏大型和大型溶洞為主，多呈單體狀溶洞，局部呈2體、3體、4體等串珠狀溶洞發育，溶洞內多由軟弱的粘性土混風化巖碎塊充填，部分為空洞，在勘察鉆孔過程中遇溶洞多出現有漏水、掉鉆現象。針對本勘區溶洞的發育特征可能產生樁基礎地基強度及變形不均的問題，建議設計中所確定的樁基樁尖應穿透巖層中溶洞并進入穩定巖層大于3m，進行樁基施工時，在保證施工安全，不影響周圍臨近已成樁的質量情況下，建議采取以下幾種處理方法：1）常規成孔法(按照無溶洞地質考慮)：當溶洞內有充填物，并且溶洞不漏水，不管溶洞有多大，也不管溶洞垂向數量多少，都可以不考慮溶洞的存在，而按照正常的地質情況施工。2）片石黏土筑壁法：溶洞內無充填或半充填，溶洞高度不太大，一般在4m以內，但存在嚴重漏水，護筒內水頭高度不能保持時，可采用片石、黏土和水泥回填沖擊，不循環泥漿干打幾分鐘，使回填物充分密實，再加漿提高水頭到正常高度，等水泥初凝具有一定強度，將漏漿處堵住后再使用小沖程繼續鉆進，形成人工泥石護壁。如此反復多次回填片石、黏土和水泥，反復沖擊直至形成泥石護壁并不再漏漿為止，這是比較成熟的施工方法。黏土片石筑壁法施工時，鋼護筒必須穿透如砂、礫及卵石層等透水層，座落在不透水的如粉質黏土、基巖層上，這樣可以防止由于溶洞漏水、水頭高度急劇下降而造成的塌孔。對于一些溶槽、溶溝、小裂隙等，沖孔時采取投放片石、黏土、水泥堵塞起到護壁作用，保證泥漿不流失，使鉆孔順利通過溶洞區。3）鋼護筒跟進法：對于溶洞較大（洞高>4m，單層或多層溶洞成垂直串珠狀）應采取鋼護筒跳進法施工。該方法就是一面沖孔，一面接高護筒，并且將其壓到或震動下沉至已鉆成的孔內。當樁孔穿過多個溶洞，并且均已成功造壁，在下面沖孔時，上面已形成的泥石護壁塌孔、漏水并且無法解決時，可以鋼護筒跟進到這個溶洞位置堵漏。4）注漿法：當溶洞層數較多，為串珠狀時，且上部覆蓋層多為較厚的砂層，溶洞漏漿會引起塌方的情況，采用預先壓注水泥漿，待水泥漿壓注工作完成24h后開始鉆進。壓注時壓力控制不大于0.4MPa，并直到穩定2s后再進行下一個孔的注漿，或相鄰孔冒漿為止。以上幾種溶洞的處理方法宜根據施工中出現的溶洞具體情況采取相對應的處理措施，其重點要注意成孔過程及控制灌注混凝土過程，一定能控制好溶洞處理效果，確保工程質量。

6結語

目前，本工程已全面竣工，從樁基具體施工實際情況來看，設計及施工在保證安全的情況下，結合場地條件﹑綜合荷載組合﹑施工技術等因素，確定了嵌巖深度，同時，采取有效的施工方法以及溶洞發育處理方法，在整個樁基施工過程中得到實踐證明，達到了預期效果。可對類似的巖土工程勘察、設計及施工提供良好的借鑒，為本工程建設進度、工程質量、經濟效果得到有力的保障。

作者:羅輝 單位:中交第二航務工程勘察設計院有限公司