基于岩土物理学参数对施工场地岩溶危害的评价

马 琳，刘昌伟，刘懿莹

(昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093)

基于岩土物理学参数对施工场地岩溶危害的评价

马 琳，刘昌伟，刘懿莹

(昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093)

基于基础地质资料以及3种不同层位岩石的岩土物理学参数，对包括岩溶、红粘土膨胀性等有可能引发地质灾害的因素进行分析。最终认为岩溶在水位变化以及施工荷载的情况下有塌陷的危险，而红粘土的膨胀性会导致地面不均匀沉降，从而引起建筑裂缝。并根据以上地质灾害给出合理的施工建议预防措施。

岩溶；塌陷；红粘土膨胀性；岩土参数

伴随着社会基础建设的完善，我国城市化进程的速度也逐渐加快，来自施工场地的地质安全问题愈发突出[1]。尤其是在云南省东部地区，岩溶与软弱红层的发育使得工程地质环境变得较为复杂。而岩溶塌陷对城市建筑，道路交通以及水坝坝体都有严重影响，对普通民众的生命财产造成威胁，甚至引发重大安全事故[2]。云南省对预防地质灾害投入大量人力物力，但每年还是因地质灾害产生了数十亿的经济损失[3]。因此对施工区域工程地质稳定性分析变得必要。本文以师宗县核桃产业化加工厂建设项目为例，根据岩土物理学参数对施工场地中以岩溶为主的不良工程地质现象进行危害评价。

1 概 况

评估区位于师宗县彩云镇红土村，地貌类型属侵蚀、剥蚀、溶蚀盆地地貌类型，拟建场地地势东高西低，属中等复杂场地，分布高程1 884.91～1 888.19 m，相对高差3.28 m，场地平缓坡度小于5(°)。

1.1 地理环境

师宗县地貌分为4个地貌区，即东部剥蚀溶蚀地貌，南部深切河谷地貌，中部岩溶盆地地貌，北部岩溶高原地貌。境内地势西北高、东南低，从西北向东南呈阶梯状递降，最高海拔菌子山2 409 m，最低海拔坝尼河入南盘江口737 m，相对高差1 672 m。

1.2 地层岩性

评估区分布的地层主要有：第四系耕植土(Qpd)；第四残积红粘土(Qel)层；下覆基底为三叠系中统个旧组白云岩、灰岩上段(T2gc)。根据地基土的成因、岩性及其物理力学性能等因素，将拟建场地内各地层岩性特征分述如下。

1) 第四系耕植土(Qpd)层

耕植土：灰褐、深灰色，主要由粉质粘土组成，含少量碎石，结构松散，干燥。欠固结，层厚0.6～1.2 m，平均厚0.88 m，整个场地均有分布。

2) 第四系残积(Qel)层

红粘土：棕红、褐黄色，稍湿，可塑状态。土层呈花斑状，刀切面光滑，干强度及韧性中等，该土层厚度变化大，分布稳定，层厚1.70～11.70 m，平均厚3.33 m，整个场地均有分布。

3) 中三叠统个旧组(T2g)

按岩性物征，可划分为上、中、下3段。上段(T2gc)：上部灰色厚层块状白云岩及肉红色角砾状白云岩，厚度约311.7 m；中部灰、深灰色薄层状白云岩，厚481.5m；下部中—厚状白云岩和灰质白云岩，厚513.5 m，总厚1 307 m。中部薄层状白云岩，以发育细微延续性差的闭合型节理为特征，具侵蚀流水地貌景观，赋水性差，无泉水出露，构成碳酸盐岩溶水的相对隔水边界。下部岩石坚硬、致密，岩溶较发育，富水性较强，但不均一。

1.3 岩土物理学参数

根据评估区内地层及其岩性组合特征、力学性质的差异，将评估区岩土体工程地质类型划分见表(表1～2)。

表1 评估区岩土体类型划分及工程地质特征

2 评估区不良地质作用

评估区由于地处盆地地带，并受沉积环境及物质成份的影响，地基土呈典型的残―坡积沉积韵律，造成地基土在岩性、厚度、空间展布及物理力学性质方面存在一定差异；另下伏基底岩石层面波状起伏，土体均匀性较差，土层厚度变化大，力学性状变化也较大，因此将施工场地定为不均匀地基。

地表广泛分布耕植土层，厚度约 1 m，工程特性差，对挖方坑壁稳定等有不利影响；区内地质灾害不发育；耕植土下部为红粘土层，该土层厚度变化大，分布稳定，平均厚 3.33 m，属膨胀土，对建筑物基础有一定影响；下伏基岩为白云质灰岩，属碳酸盐岩层，根据岩土勘查报告得知，溶蚀裂隙发育，但根据区域地质报告，整个师宗盆地岩溶发育强烈，但区域岩溶发育不均匀。评估区岩溶强发育，土石分界地带灰岩较为破碎，中下部灰岩较完整，所有勘察钻孔中均未出现土洞、溶洞，评估区内未发现岩溶地面塌陷问题。但勘察点间距较大无法精确覆盖整个施工场地，存在遗漏问题。因此：地下岩溶、溶洞可能会造成建筑物建好后产生局部塌陷，拉裂建筑物地基，地面不均匀沉降，对建筑安全将产生影响[4]。

施工及运营过程中，评估区及周边抽取地下水造成地下水位下降，可能引发厂区及生活区地面沉降，造成危害。综上所述，由于红粘土膨胀性和岩溶问题，可能对建筑物造成较大的不利影响。对岩溶以及红粘土根据岩土物理学参数以及地质特征分析如下。

2.1 岩溶

经过对评估区的现场调查，结合勘察钻探工作成果，评估区下覆地层为三叠系中统个旧组白云岩、灰岩上段(T2gc)。地层中溶蚀裂隙发育，特别是土岩结合面，岩石风化强烈，完整性差。评估区地表无基岩出露。在所有勘察钻孔中均未出现土洞、溶洞，未发现岩溶地面塌陷问题。但结合区域地质资料，区域上岩溶强发育，但发育不均匀，岩溶主要特征呈表层垂直方向发育为主、深部以水平方向发育为主的规律。场地开展了岩土工程勘察，未发现土洞、溶洞。但由于工程区所在区域岩溶为强烈发育，且发育不均匀，但单依据数量有限的钻孔不能完全确定场内土洞、溶洞。此外，由于上覆土层厚度在2.30～12.90 m之间，受地下水水位变化影响可能产生土洞塌陷等问题，造成地面塌陷，危害建筑安全。建筑荷载加载后也可能造成隐覆溶洞的坍塌，危害建筑安全[5]。因此，岩溶对拟建工程存在较大的不利影响。

2.2 红粘土

评估区内土层除地表耕植土外，下部土层均为红粘土层。红粘土膨胀性分析：场地上部地基土红粘土通过实验分析，土层自由膨胀率δef=13.0%～51.40%，平均35.70%。50 kPa压力下的膨胀率δep=(-1.02)～(-4.01)，平均-2.12。收缩系数λs=0.2%～0.3%，平均0.25%，膨胀力Pp=6.10%～13.3%，平均10.0%，属膨胀土。厂区内红粘土层厚度变化大，根据岩土工程勘察资料，建(构)筑物的基础持力层建议选择红粘土层，而该层与下覆基岩接触带岩石风化强烈，破碎，完整性差；由于该土层厚度变化大，且具有膨胀性，建(构)筑物可能产生地基不均匀沉降问题[6]。生活区住宅楼情况与厂区情况相同，宿舍楼也有地基不均匀沉降的可能性。因此场地内的红粘土属弱膨胀潜势[7]。拟建工程位于曲靖南部师宗县地区，年平均气温13.8℃，土的湿度系数为0.60，大气影响深度5.0 m，大气影响急剧深度为2.3 m，埋深处于大气影响深度范围内。红粘土整个厂区均有分布，且厚度分布不均，可能产生不均匀沉降，造成天然地基上建筑物产生裂缝，危害工厂。

3 措施与建议

1) 场地表层为耕植土层，结构松散，欠固结，易产生沉降变形，不能作为基础持力层，应清除。工程施工，浅基础开挖，避开雨季施工，应注意对场地内、外排水设施的布置，施工单位应充分做好施工组织设计，做好对周围环境的监测工作。

2) 场地地基土层红粘土属膨胀土，应加强对拟建场地四周地表水的疏排水设置，加宽地面散水宽度，防止雨季地表水下渗，同时进行硬化场地，减轻表层土体内含水量的大幅度变化；避免在邻近建(构)筑物地段种植蒸腾量大的灌木。

3) 评估区地基持力层不一，且厚度变化大，各地区力学强度差异较大，地基均匀性差，同一建(构)筑物的基础置于两种地基土之上时或基础置于同一地基土不同厚度上时，可能产生地基不均匀沉降。所以施工过程中，桩基若置于薄层红粘土上建议将红粘土挖除，桩基若置于较厚或厚层红粘土上建议采取相应的工程措施进行处理。

4 结 论

评估区属侵蚀、剥蚀、溶蚀盆地地貌类型，地势东高西低，场地平缓坡度较小，地形简单；评估区位于弥勒—师宗断裂附近，该断裂走向北东，评估区属区域地壳次稳定区，地质构造中等复杂；地形不利于地表水的排泄，地下水类型以岩溶水为主，地下含水层主要为白云质灰岩层，含水层透水性中等，水文地质条件复杂；评估区划分为3个岩组，分别为耕植土单层土体、红粘土单层土体和较硬中厚层状强岩溶化白云质石灰岩组；后两个岩组分布于整个评估区，不良地质现象分别为膨胀性土红粘土和岩溶问题；且均为对工程不利岩组，工程扰动易引发地质灾害，评估区工程地质条件为复杂。

[1] 郭盛. 几种常见的湿陷性黄土地基处理方式的比较[J]. 山西建筑, 2014, 40(6): 73-74.

[2] 王兰生等. 地壳浅表圈层与人类工程[M]. 地质出版社, 2004.

[3] 耿弘, 梁永宁, 任坚. 云南地质灾害及灾害防治[J]. 云南地质, 2002, 21(3): 221-229.

[4] 程星, 黄润秋. 岩溶塌陷的地质概化模型[J]. 水文地质工程地质, 2002, 29(6): 30-34.

[5] 王滨, 贺可强. 岩溶塌陷临界土洞的极限平衡高度公式[J]. 岩土力学, 2006, 27(3): 458-462.

[6] 武鹏. 红粘土的工程地质性质与滑坡形成机理[D]. 西安：长安大学, 2015.

[7] 邹志悝. 南水北调中线工程总干渠潞王坟试验段膨胀岩工程地质特性研究[J]. 长江科学院院报, 2009, 26(11): 85-88.

An Evaluation of Karst Hazard in Construction Site Based on Predicts Soil Physics Parameter

MA Lin, LIU Changwei, LIU Yiying

(SchoolofLandandResourcesEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093,China)

There are a large number of karst landforms in the construction land of walnut industrialization processing plant in Shizong county. Based on basic geology, we have made an analysis of geophysical parameters of the rock in three different horizons. The factors which may lead to geological disasters are also analyzed. At last, it is concluded that the collapse of soil under the condition of water level change and construction load will lead to the collapse of red clay. According to the above geological disasters, the author gives reasonable suggestions for the construction of preventive measures.

Karst; Collapse; Red clay expand; Geophysical Parameter

2017-05-01

马琳(1993-)，女，黑龙江人，在读硕士研究生，研究方向：岩土工程，手机：13078727095，E-mail：790182987@qq.com.

TU478

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.054