武汉岩溶地区工程地质勘察与评价实例

侯国伦

(湖北地矿建设勘察有限公司,湖北武汉 430030)

武汉岩溶地区工程地质勘察与评价实例

侯国伦

(湖北地矿建设勘察有限公司,湖北武汉 430030)

武汉某小区场地地下隐伏岩溶发育,通过有效的勘察手段查明地基土岩土结构特征,综合评价岩土层力学特征,并采用合理的基础处理方案,避开岩溶的不利影响;同时通过调整建设规划,取得了良好的工程效果。

勘察;岩溶;评价

0 引言

中国南方大部分地区石灰岩广泛分布,在特定的地层结构及地下水作用下,容易导致岩溶现象的发生。岩溶不仅可能导致重大地质灾害的发生,如地面塌陷、山体崩塌等,也给工程建设的本身带来了诸多不利影响,尤其是隐伏岩溶的存在,危害更大。武汉地区属岩溶及地面塌陷极易发生区,如2000年4月洪山区青菱乡烽火村岩溶引发的大面积地面塌陷,致使人员伤亡、房屋倒塌,损失惨重。因此,在岩溶地区进行工程建设时,如何科学有效地对岩溶的影响和危害进行合理评价显得十分重要。本文就武汉南湖地区某大型小区场地岩溶的勘察与评价工作做一介绍。

1 工程概况[1]

武汉大华·南湖·公园世家位于风景秀美的南湖湖滨,占地面积约12万m2,总建筑面积150 321 m2。工程规划包括4栋4层别墅住宅(建筑高度12.0 m),16栋6+1层住宅(建筑高度21.0 m),13栋9～15层小高层住宅(建筑高度35～45 m),小高层设连通的大型地下车库(地面下4.50m)。建筑荷载:多层建筑设计中柱荷载3 200 kN,边柱荷载1 600 kN,小高层设计中柱荷载6 800 kN,边柱荷载3 400 kN。

2 勘察方案布设

2.1 工程地质条件

场区地貌单元属滨湖沉积地貌,为南湖近岸淤积和浅水地段,因城建规划需要,经回填后作为本项目的建设用地。因此,场区地表上覆较厚的新近填土以及原滨湖沉积的淤泥质土层,两者均属于建筑不良地基,地层起伏较大,均匀性较差,地质条件决定本项目只能选择深基础。通过初勘揭露,场区局部岩溶较发育,对基础处理构成不利影响。

2.2 勘察工作

本项目建筑规模庞大,而且类型多样,加之地表岩土层力学性质较差,以及局部地段岩溶的发育,要求勘察工作一是要详细查明地基土结构及力学特征,二是要准确摸清岩溶的发育及分布特征、影响范围,并进行科学评价,避免地下岩溶可能造成的危害。

据此,勘察工作分初勘、详勘两阶段进行。

2.2.1 初勘工作

初勘采用网格状布设,目的是探明场区岩土层基本结构情况,为项目规划提供参考。最初,考虑到场地较厚填土及淤泥质土的存在,勘探孔以寻找深部强度较高持力层或者基岩面为主要目的。但在部分钻孔揭露溶洞后,勘察工作变得相对复杂起来。首要任务将是初步摸清岩溶的分布及发育情况,为下步工作方案提供决策依据。

根据勘察情况,对勘察方案作了相应调整。首先是对所有钻孔深度进行了较大幅度的增加,力求通过钻孔的推进,逐步摸排清下伏基岩和岩溶的分布情况,初步确定场区不同基岩岩性的分界线(图1);其次是对每个勘探孔及时进行对比,初步掌握地基土基本结构,确定下一阶段需重点勘察的主要层位。

通过对地层综合分析后,向建设方提出建议,调整部分场区规划,将原有灰岩区的高层建筑适当调整至场区北侧泥岩分布区,以避免岩溶以及软弱土层对基础处理的不利影响。

图1 场区探明的基岩岩性分界范围Fig.1 Boundary scope of bedrock litholgy

2.2.2 详勘工作

根据调整后的规划以及初勘的成果,详勘中有针对性地进行了勘察。前期揭露岩溶区域则以钻孔为主[2,3]。

(1)全面加大灰岩区勘探孔的深度,确保每个钻孔对灰岩及岩溶情况的揭露符合规范和相关规程的要求;

(2)对每一勘探层位尽可能地多采取试样和原位测试,供室内综合分析取定,保证每一层位的分析评价不少于两种手段;试样的采取及原位测试应充分考虑到场区大、建筑类型多样的特点,必须具备足够的代表性;

(3)严格控制回次进尺,力争把每一勘探层的厚度控制得尽可能精确,对岩芯和钻进的情况(包括溶洞充填物)做好详细、真实的记录和鉴别;对局部软弱区段及时进行圈定和划分,有利于对比分析和控制;

(4)钻探过程中注意土洞发育情况,并结合触探施工进行排查;尤其注意溶洞上方地层性质及地下水情况,查清岩溶不稳定地段。

详勘共完成勘探孔220孔,近4 000 m钻探工作量,通过细致的详勘工作,进一步确定了场区岩溶的分布区域及发育特征,掌握了大量的试验及野外测试数据,为岩土层的分析评价奠定了基础。

图2 场区地层结构特征Fig.2 Feature of stratigraphic structure

3 场区岩溶分布特征及评价

3.1 地层结构

勘探揭露,场区地层结构自上而下依次为(见图2):

(1)素填土(Qml) 稍湿状态,结构疏松,具高压缩性,在整个场区均有分布,厚度2.6～6.3 m,平均厚度4.2 m;

(5-1)泥岩(T1) 泥质结构,层状构造,岩石坚硬程度属极软岩,该层在场区平面分布于场区北部地段,在场区南部钻探深度内未揭露。泥岩与灰岩界线走向在场区约呈N45W延伸。层面埋深一般在19～21.0 m。fak=950 kPa,E0=45 MPa;

(5-2)灰岩(T1) 灰—深灰色,主要岩性为灰岩及白云岩,细晶结构、块状构造。层面节理裂隙较发育,岩体较破碎,岩溶较发育。该层在场区平面分布在南部地段。fak=1 500 kPa。

3.2 岩溶评价

勘探查明,场区岩溶垂直分布带主要在地下22～26.0 m之间,其平面分布具不规律性和规模大小不一、局部地段集中的特点,其他地段分布较少或规模不大。一般溶洞高度1～2 m,最大达4.7 m,溶洞充填物为淤泥质粘土,呈饱和流塑状态,具高压缩性,溶洞及其充填物导致基岩层在竖向上的工程地质性质不均匀。钻进过程中出现较重漏水及地下水溢出地面的现象,说明岩溶发育地段早期地下水循环交替活跃,水量丰富,具承压性。

因此,如何避免岩溶现象对地基稳定性的不利影响是本次岩溶评价的重点。显然,场区地表10 m深度范围内地层基本不具备持力层条件,灰岩强度高,是良好的桩端持力层,但一桩一孔的施工勘探则必然大大延长项目建设周期,同时基础施工势必穿越坚硬的岩溶发育带,施工难度及工程造价将大幅增加。

勘探对第四系土层中土洞现象做了排除,未发现土洞现象,分析是其与基岩接触带为不透水且自重固结程度较好的老粘性土层,起到了一定的覆盖和支撑作用。由于灰岩自身强度较高,空间上并不连续,故总体上形成不了临空面。上部无砂性土,遇震情况下粘土颗粒难以沉陷。岩溶充填物主要来源于岩溶承压水水力循环及其与南湖水力联系搬运所致,垂向上对上覆土层影响程度较小。

根据上述分析,评价的关键放在了对灰岩区上覆粘性土层的利用方面。对场区岩土层结构及平面分布条件进行分析,对拟建物有利的土层只有③层老粘土,该层土强度高,隔水性好,土层的固结较好,但厚度稍薄。其下卧层为与其力学强度相当的④层粘土含碎石。如果能充分发挥该层的承载效应,基础处理难度将大大降低。

勘察中对该层土共采取原状试样32件,采集静力触探比贯入阻力Ps值110组、标准贯入试验数据50组,对其承载力特征值及其他物性力学指标进行反复论证和对比分析,并结合野外鉴定综合确定。最终确定选择该层作为基础持力层。

4 基础处理方案的论证

基础方案的选择直接关系到建设项目以及勘察成果的正确与否。在泥岩区基本不成问题。在灰岩区,根据持力层特点,单桩荷载及入土深度必须严格控制,因此,确定群桩承台的基础处理方式,能有效避免单桩荷载要求过大的弊端[4,5]。

建议优先采用预应力管桩、人工挖孔桩,其次为沉管灌注桩和夯扩桩。以人工挖孔桩为例,基础设计参数建议值如见表1。

该地段在基础施工时,须控制和保持桩基础底面下土层与灰岩接触带具有安全厚度(宜>5.0 m),严禁穿越和超挖(钻),则岩溶现象不致于对拟建物基础产生不良影响。

表1 基础设计参数建议值Table 1 The proposed value of basic design parameters

由于本项目对场区岩土体结构的科学分析和论证,从而避免灰岩区基础施工中的不利因素;施工中地基验槽情况与勘察揭露十分吻合,验证了高质量的勘察成果。

5 结语

(1)岩溶地区勘察首先应通过有效、细致的勘探工作,准确探明场区的岩土结构特征,对其分析评价工作应建立在对岩土体力学性质的准确把握之上;

(2)本勘察通过对岩溶和持力层的综合分析论证,充分发挥了岩溶上覆粘性土的承载作用,避免了地基处理的不利因素,因而大大节约了建设周期与投资;

(3)因地制宜制定基础处理方案,合理调整建设规划,取得了良好的工程效果。

该项目完工已逾三年,通过科学的地基勘察与评价工作,合理地避免了地质条件中的不利因素,节省了投资,赢得了业主的好评。目前监测及使用情况均反映良好。

[1] 侯国伦.武汉大华·南湖·公园世家岩土工程勘察报告[R].武汉:湖北地矿建设勘察有限公司,2004.

[2] GB50021—2001,岩土工程勘察规范[S].

[3] JGJ—2004,高程建筑岩土工程勘察规程[S].

[4] GB50007—2002,建筑地基基础设计规范[S].

[5] 工程地质手册[S].第四版.北京:中国建筑工业出版社,2006.

(责任编辑:潘 潇)

Geological Survey and Evaluation about Karst Area in Wuhan

HOU Guolun
(Hubei Construction and Investigation of Geology and Minerals Co.,L td.,Wuhan,Hubei430030)

By using effective investigation method,the author identifies the characteristics of foundation soil structure and evaluates the mechanical features of soil layer comprehensively.The reasonable foundation treatment is adopted to avoid the adverse effects of karst.Meanwhile,by adjusting construction planning,the good project result is yielded.

investigation;karst;evaluation

P642.25

A

1671-1211(2010)04-0390-04

2010-01-04;改回日期:2010-05-05

侯国伦(1973-),男,高级工程师,水文与工程地质专业,从事岩土工程技术管理工作。E-mail:sunmoon_hgl@sina.com