梅州西站岩溶场地稳定性评价

吕琪发

摘要：为确保梅州西站建设工程施工安全和质量，本文以梅州西站岩溶区为研究对象，进行了场地稳定性评价。研究表明拟建地段存在人工填土层及软土，对钻孔灌注桩成孔有影响，应加强支护及排水措施；拟建场地岩溶发育，部分地段岩溶发育程度属弱—中等发育，呈串珠状，在钻孔施工过程中容易出现塌孔、漏浆问题，同时可能导致地面塌陷或者卡钻；拟建场地不良地质以覆盖型岩溶为主，特殊岩土以素填土和软土为主；属于抗震不利地段，应加强抗震设计研究。

关键词：岩溶场地；工程地质条件；稳定性评价

新建铁路梅州至潮汕铁路梅州西站站房（中心里程DK1+603.11）位于广东省梅州市梅县区，站址区附近有县道、高速公路通过，交通便利；梅州西站站房为线侧下式，地面2层，筑轴网尺寸为147.2m（纵）×39m（横），3个站台设置雨棚立柱，柱间纵向间距一般为9.0m，总长度为444.3m，雨棚立柱纵向设置总长度为44.3m。拟建区域岩溶较发育，对拟建工程产生较大的影响，为分析梅州子站岩溶场地的稳定性以及对拟建工程的影响[1]，本文进行了岩土体工程地质条件分析，并根据拟建区域岩土工程地质条件等对场地的稳定性进行了评价，为后期施工安全奠定基础。

1.工程地质特征

1.1气象水文条件

拟建区域属于南亚热带季风气候区，光照充足，雨量充沛，气候宜人。拟建区域当地多年平均气温21.7℃，多年年均降水量1865.6mm，极端最大年水量2491.d0mm，最小1393.8mm，历年各月平均降水日数最多20.9天（6月）。历年各月最大风速31.9m/s（7月份），历年各月平均风速最大2.2m/s（1月或12月）。拟建区地表水较发育，多沟、渠、塘，主要接受大气降水补给，用于家畜养殖、农田灌溉。

1.2地层岩性及物理力学特征

根据钻探工程揭露，结合区域地质资料，拟建区域沿线所经过的地层岩性较为单一，按其成因和时代分类主要为第四系人工填土层及第四系冲洪积层淤泥质黏土、粉质黏土、细砂、中砂、粗砂、细圆砾土，下伏基岩为中—上石系统壶天群灰岩及下石炭统砂岩。各个岩土层特征如下：

（1）人工填土层

①素填土：褐黄色，灰黄色，潮湿，松散，主要成分由黏性土及碎石块组成。该层于工程区表层广泛分布，层厚约1.0m～6.5m，岩土施工工程分级为Ⅰ级。

（2）第四系冲洪积层

②1淤泥质黏土：深灰色，饱和，流塑，主要成分为黏粒，黏性较好，层厚约0.8m～9.2m，该层工程区谷地地段呈透镜体状分布，岩土施工工程分级为Ⅱ级，基本承载力σ0=90kPa。

②2粉质黏土：褐黄色，软塑，主要成分为黏粒、粉粒，黏性一般，土质不均，层厚约0.5m～8.4m，该层工程区谷地地段呈似层状分布，岩土施工工程分级为Ⅱ级，基本承载力σ0=120kPa。

②4中砂：灰白色，褐黄色，饱和，稍密，主要成分为石英质砂，层厚约1.1m～12.1m，该层工程区谷地地段呈似层状分布，岩土施工工程分级为Ⅰ级，基本承载力σ0=150kPa。

②5粗砂：灰白色，褐黄色，饱和，稍密，主要成分为石英质砂，层厚约1.3m～10.4m，该层工程区谷地地段呈似层状分布，岩土施工工程分级为Ⅰ级，基本承载力σ0=180kPa。

③2细圆砾土：灰黄色，棕红色，饱和，中密，层厚约1.0m～25.4m，该层工程区谷地地段呈层状分布，岩土施工工程分级为Ⅱ级，基本承载力σ0=200kPa。

③2-1淤泥质黏土：深灰色，饱和，流塑，主要成分为黏粒，黏性较好，层厚约1.1m～8.6m，该层工程区谷地地段以透镜体形式分布，岩土施工工程分级为Ⅱ级，基本承载力σ0=90kPa。

③2-2细砂：灰黄色，饱和，稍密，主要成分为石英质砂，层厚约1.0m～6.5m，该层工程区谷地地段以透晶体形式分布，岩土施工工程分级为Ⅰ级，基本承载力σ0=150kPa。

③3粉质黏土：褐黄色，硬塑，主要成分为黏粒、粉粒，黏性一般，土质不均，层厚约0.60m～24.2m，该层工程区谷地地段呈似层状分布，岩土施工工程分级为Ⅱ级，基本承载力σ0=150kPa。

（3）第四系残坡积层

④粉质黏土：褐黄色、浅红色，硬塑，主要成分为黏粒、粉粒，黏性一般，土质不均，层厚约2.4m～13.2m，该层工程区局部地段呈似层状分布，岩土施工工程分级为Ⅱ级，基本承载力σ0=180kPa。

（4）中—上石炭统壶天群灰岩

⑤0溶洞（土洞）：全充填、半充填或无充填，充填粉质黏土、细圆砾土、中粗砂等。局部地段呈串珠状溶洞，溶蚀强烈，大部分钻孔均有揭露，揭示厚度0.20m～20.30m。

⑤2灰岩：灰色，灰白色，强风化，裂隙很发育，岩芯呈碎块状、块状，岩质软，锤击易碎，该层仅部分钻孔有揭示，最大揭示厚度15.30m，岩土施工工程分级为Ⅳ级，基本承载力σ0=500kPa。

⑤3灰巖：灰色，灰白色，弱风化，隐晶质结构，层状构造，裂隙较发育，岩芯呈短柱状、长柱状、块状，岩质较硬，锤击声响，岩土施工工程分级为Ⅴ级，基本承载力σ0=800kPa。

（5）石炭系下统砂岩

⑥1砂岩：棕红色，紫红色，全风化，原岩结构可辨，岩心呈土柱状及砂土状，遇水易软化，最大揭示厚度54.51m，岩土施工工程分级为Ⅲ级，基本承载力σ0=250kPa。

⑥2砂岩：灰白色，灰色，紫红色，强风化，裂隙很发育，岩芯呈碎块状、饼状，岩质软，锤击易碎，最大揭示厚度37.9m，岩土施工工程分级为Ⅳ级，基本承载力σ0=500kPa。

⑥3砂岩：紫红色，灰白色，弱风化，细粒结构，层状构造，裂隙较发育，岩芯呈短柱状、长柱状、块状，岩质较硬，锤击声响，岩土施工工程分级为Ⅴ级，基本承载力σ0=800kPa。

根据室内土工试验，结合领区工程岩土体参数，最终确定拟建区域岩土体参数。

2.水文地质特征

2.1水的类型与埋藏情况及其变化特征

拟建区域地表水主要为沟渠、鱼塘，主要靠大气降水补给。拟建区域地下水类型主要为基岩裂隙水，主要赋存于强—弱风化带中，拟建场地岩性主要为砂岩、灰岩，强风化岩层裂隙较发育，强透水；弱风化带裂隙稍发育，一般地下水较贫乏，弱透水；局部岩体破碎段、溶洞发育，地下水丰富，强透水。主要靠大气降水补给，水位随季节影响而变化。

2.2环境水对混凝土建筑材料的侵蚀性

拟建区域内采集的4组地表水和11组地下水进行了水质分析，参照《铁路混凝土结构耐久性设计规范》TB10005-2010的标准可知，拟建区内地下水、地表水对混凝土结构具酸性和二氧化碳侵蚀性，化学环境作用等级为H1级，无盐类结晶破坏作用，无氯盐侵蚀作用。

3.不良地质及特殊岩土

3.1不良地质特征

根据岩土工程地质条件显示，拟建区域不良地质为覆盖型岩溶；钻探工程揭示溶洞洞高0.2m～20.3m，埋深11.4m～ 63.6m，顶板标高28.87m～80.96m，岩溶发育最低标高为28.37m，大小各异，局部呈串珠状发育，充填类型为无充填、半充填及全充填，充填物主要为细圆砾土、中粗砂，少量为粉质黏土；岩溶发育程度属弱—中等发育。综上所述，研究区不良地质对拟建区域的影响较为明显，应结合岩土工程地质勘察资料中试验确定的参数制订治理方案，尤其是岩溶发育的区域，必须做好桩基基础施工。

在岩溶地段采用桩基础作为地基基础；桩基施工时可能发生地面塌陷、卡钻、漏浆或混凝土超方、断桩等现象，为保证工程施工质量，提前做好安全防范，如超前预注浆或钢护筒跟进等[2]。

3.2特殊岩土特征

拟建区域的特殊岩土包括：①素填土，物质组成以黏土及碎石块组成，土的均匀性差，具高压缩性；②软土，含水量高、孔隙率大、强度低、易压缩变形等特性，工程性质差，开挖易产生变形、坍塌等。综上所述，拟建区域特殊岩土体对建设工程施工不利，尤其是素填土和软土，对施工质量影响较大，若处理措施不得当，则容易引发地表不均匀沉降等灾害。因此，必须将拟建区域的素填土或软土进行移除处理或者通过桩基施工改善土体结构，使得素填土或软土的力学性能满足施工基本要求。

4.岩溶场地稳定性评价

4.1场地地震效应评价

根据区域地质资料显示，拟建场地区域内无活动性断裂通过，地壳相对稳定，拟建建筑场地是稳定和适宜的。根据岩土层组合特征、覆盖层厚度及地下水特征情况，如拟建建筑采用同一岩土层作基础持力层时，建筑地基属均匀地基[3]。因岩土层在同一水平面上的厚度变化较大，如采用桩基础，桩端将为粉质黏土、全风化岩或弱风化岩层，其建筑地基属非均匀地基。同时，根据《中國地震动峰值加速度区划图》（GB18306-2015）、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）及拟建区域所处位置：拟建区属Ⅱ类场地，基本地震动峰值加速度为0.10g，特征周期值为0.35s，属抗震不利地段。因此，拟建场地工程施工必须考虑抗震因素，加强工程抗震设计。

4.2场地适宜性评价

（1）天然地基持力层的选择

结合各层岩土力学参数值，各岩土层工程地质条件评述如下：①淤泥质黏土层，工程力学性质差，不宜作拟建建筑物的基础持力层；②粉质黏土及细圆砾土层，工程力学性质一般，厚度不均匀，埋藏浅，不宜作拟建建筑物的基础持力层；③中砂、粗砂、细砂层，工程力学性质差，厚度不均匀，不宜作拟建建筑物的基础持力层；④全风化砂岩层，工程力学性质较好，分布均匀，可作拟建建筑物的预制桩桩基础持力层；⑤强风化灰岩、强风化砂岩层，承载力较高，可作拟建建筑物的基础持力层，但部分地段灰岩岩溶发育，应穿过溶洞，选择作为桩基持力层时应保证桩端下部完整基岩厚度满足设计要求；⑥弱风化灰岩、弱风化砂岩层，地基基本承载力较高，工程力学性质好，适宜作拟建建筑物的桩基础持力层，但部分地段灰岩岩溶发育，应穿过溶洞，选择作为桩基持力层时应保证桩端下部完整基岩厚度满足设计要求。

（2）桩基础持力层的选择

根据拟建区域地质条件以及岩土体结构、特征等参数，结合拟建工程结构等，最终进行了桩基基础持力层的选择，综合得出：①由于场地中第四系地层强度低，不宜作为桩基础持力层；②全风化砂岩层，工程力学性质较好，分布均匀，可作拟建建筑物的预制桩桩基础持力层；③强风化灰岩、强风化砂岩层，承载力较高，可作拟建建筑物的基础持力层，④弱风化灰岩、弱风化砂岩层，地基基本承载力较高，工程力学性质好，适宜作拟建建筑物的桩基础持力层。

（3）基础方案建议

拟建站房不宜采用天然地基浅基础；根据该场地岩土体工程地质特征，基础方案建议如下：

①对天然地基进行处理后采用复合地基作为基础持力层；

②采用桩基础，桩基础类型可选用钻孔灌注桩，钻孔灌注桩桩基础持力层可选用全—弱风化岩层；全—弱风化岩层部分地段灰岩岩溶发育，采用该层作为桩基础持力层，应确保整桩穿过溶洞，保证桩端下部完整基岩厚度满足设计要求。

由于场地上部无适宜的浅基础持力层，建议采用钻孔灌注桩。由于部分地段岩溶发育，桩基施工时可能会发生地面塌陷、卡钻、漏浆或混凝土超方、断桩等现象，为保证工程施工质量，需做提前好安全防范措施，如超前预注浆或钢护筒跟进等[2]。

为避免造成环境污染，钻孔灌注桩施工时应做好排污和泥浆外运工作，并按设计和有关要求打试桩，通过载荷试验检测试桩承载力及沉降等指标，以指导施工设计。

5.结语

综上所述，梅州西站拟建区域上部第四系土层中局部存在人工填土层及软土，对成孔有影响，施工中应加强支护及防排水措施。拟建场地局部岩溶较发育，溶洞类型多为无充填、半充填或充填型，充填物为圆砾土、角砾土及粉质黏土，结合拟建建筑物的结构特点、荷载大小，建议采用桩基础。在桩基成孔过程中，溶洞分布地段易塌孔、漏浆，在桩基施工过程中，需采取有效措施如抛填片石、黏土，及时补充泥浆，或套管跟进、预注浆加固等，防止塌孔及漏浆，保护孔壁；另外，个别桩孔岩溶呈串珠状发育，易形成不均匀地基，造成桩基倾斜，设计与施工时应充分考虑其影响；桩基施工时可能发生地面塌陷或卡钻等现象，需提前采取安全防范措施，确保工程施工质量和安全，为提高拟建工程整体施工质量以及该地区类似工程施工提供参考。

参考文献：

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