岩溶地区岩土工程勘察与地基处理方法浅析

岩溶地区岩土工程勘察与地基处理方法浅析

曾凯波

武汉综合交通研究院有限公司 湖北 武汉 430000

摘要：近年来，基础设施建设速度加快。施工单位在施工过程中会遇到各种地质条件，岩溶地区是一种较为复杂的地质条件。岩溶地区普遍存在溶洞、溶沟、溶槽等岩溶现象，给工程建设带来巨大挑战。我国是世界上岩溶地区最严重的国家之一，建设单位在岩溶地区进行工程建设时，经常会遇到地面沉降或塌陷等恶劣的地质灾害。岩溶的存在不仅会威胁到人们的生命财产安全，还会增加施工难度和工程造价。岩溶地区岩土工程勘察的目的是在分析喀斯特发育规律的基础上，充分了解喀斯特的空间分布规律、形态和规模，准确评价建筑场地施工的适宜性和地基的稳定性，为地基处理提供可行的方案和建议。因此，在岩溶地区工程建设前做好岩土工程勘察是十分必要的。

关键词：岩溶地区；岩土工程；勘察；地基处理方法

一、岩溶地区岩土工程勘察方法

岩溶地区地质条件复杂，单一的勘察方法已不能满足要求，为了了解岩溶地区的岩溶发育情况，勘探单位通常采用钻探与物探相结合的方法：首先，在岩溶地区钻探条件较好的地点，采用钻探方法研究溶洞、溶沟和溶槽的发育情况；其次，通过物探方法进一步明确溶洞(土)空间发育规律、大小和规模及岩石裂缝发育情况；这两种方法的综合应用，可以帮助考察单位更全面地了解场地的岩溶情况。

1.钻探

钻孔是了解施工现场地质状况最直接的方法，但钻孔方法还处于反复钻孔、人工挖土的阶段。在勘察岩溶地区的地质情况时，勘察单位通常采用回转钻进的方法，即利用钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切割岩、土体，利用钻机回转装置输送泥浆，使泥浆从孔口返浆口流入泥浆池。这种方法是利用钻机回转装置产生水头差，通过静水压力的变化来维持整个钻进的过程。

在勘察岩溶地区地质情况之前，勘察单位应收集场地区域地质资料并配备相应的钻具、套管以及早强水泥等。勘察单位通常采用液压钻机，并以低压、中慢速钻进。当钻穿溶洞顶板时，操作人员需要立即停钻，并用钻杆或标准贯入器试探，然后根据溶洞的特点来确定后续钻进方法和钻具。另外，操作人员还应详细记录溶洞顶、底板的深度以及洞内有无充填物等内容，为项目建设工作提供可靠、真实的资料。

由于岩溶的存在，在钻孔过程中经常发生钻头漏水甚至掉落的情况，会影响钻孔效率、切割和钻孔进度，勘察单位通常采用粘土球臂护具与管套结合，填补岩溶裂隙，保护孔壁，提高钻井效率。此外，在岩溶地区，勘探单位通常会遇到多层溶洞。如果钻杆的管壁没有进行管壁保护处理，很容易造成钻机不能正常钻井。因此，在钻井过程中，勘探单位往往需要对多层套管管壁进行保护，以提高钻进效率。

在钻进过程中，钻机和作业人员面临着巨大的安全风险。如果基岩上覆盖了一层厚厚的砂层，在钻穿洞穴后，操作人员无法用套管或水泥堵住，那么上面的沙子就会带着水涌入洞穴，导致地面塌陷。在这种情况下，操作人员和司钻将同时沉入地下洞穴中，这将给现场救援带来困难。因此，在现场作业过程中，现场安全管理员要根据钻进情况及时提醒作业人员使用套管、早强水泥等墙体防护，以保证安全，促进勘察工作顺利开展。

2.地球物理勘探

地球物理勘探(以下简称“地球物理勘探”)主要利用技术手段，识别不同岩石介质在密度、弹性、导电性、磁性、放射性、导热性等物理性质上的差异。随着技术的发展，物探方法在找矿领域得到了广泛的应用。目前，岩溶钻探过程中应用最广泛的物探方法包括直流电法、管波探测法、电磁波法等。各类物探方法的原理及优缺点如表1所示。

表1　各类物探方法的原理及优缺点

一般来说，常规钻探和物探是喀斯特地区的主要勘探方法。随着科学技术的发展，物探在岩溶勘探中的应用越来越广泛。钻探结果与物探结果的相互验证，可以帮助施工单位分析和了解施工现场下部岩溶发育情况，为后续施工单位控制施工现场岩溶发育提供一定的依据。

二、岩溶地区地基处理方法

在探明场地岩溶发育情况以后，施工单位需要提供具有可行性的地基处理方法。岩溶地区溶土洞发育复杂且不规律，施工单位需要针对不同的地质情况采取不同的地基处理方法。溶（土）洞地基处理方法一般包括清除换填法、桩基法、灌浆加固法等。其中，清除换填法适用于溶（土）洞埋深较浅的区域；桩基法适用于承载力要求较高且下部存在规模较大的溶洞（沟）的区域；灌浆加固法适用于场地下部存在中、深层土洞或者溶洞且无法采用清除换填法的区域。此外，岩溶地区地基处理方法还包括顶桩法、跨越法、凿毛法、垫褥法、挤密法、填石强夯法、变断面基础、绕避法等。根据目前的建筑工程施工经验，施工单位通常会先处理溶（土）洞，后开展基础施工等工作。

（1）首先，施工单位需要对钻孔揭露到的土洞和影响工程安全的溶洞进行填充加固处理。在实际工作中，施工单位可采用灌注水泥浆、水泥砂浆或混凝土等处理方式来提高地基的稳定性。

（2）其次，施工单位需要根据溶（土）洞分布情况及溶（土）洞特征（大小、高度、贯通性等）对不同的溶（土）洞地基采取不同的处理方法。①无充填或半充填的溶（土）洞地基的处理方法。对于无充填溶（土）洞地基，在钻穿溶洞顶板后，施工单位不仅要采用片石＋黏土进行回填，还要采用下钢护筒等方法进行护壁；对于半充填的溶洞地基，在钻穿溶洞顶板后，施工单位应采用片石＋黏性土进行回填，片石与黏性土的比例为1∶1。在钻进过程中，当发现轻微漏浆时，施工人员应及时补浆，直至穿过溶洞；如果漏浆严重，为防止孔壁坍塌，施工单位应向孔内抛填大量的片石和黏土，并及时补充泥浆，然后钻进。如此反复抛填、钻进，直至穿过溶洞为止。②全充填溶（土）洞地基处理方法。当钻头钻穿溶洞顶板进入溶洞时，施工单位应通过抛填片石来平衡钻头，或者采用质量较大的钻头来防止因溶洞顶板岩层厚度、硬度不均而引发钻孔偏位以及卡钻等问题。当充填物为砂质土时，施工单位应增加泥浆比重，做好泥浆护壁，防止孔壁坍塌；当充填物为黏土时，因为黏土具有造浆功能，所以施工单位需要控制好工艺参数；当充填物为流塑状的黏土时，施工单位需要采用片石或水泥、生石灰来稳定孔壁。

上述溶（土）洞地基处理方法均是为了提高场地地基的承载力，保证工程安全顺利实施。施工单位应结合勘察成果来选择安全、经济、适用的地基处理方案。

结束语

综上所述，岩溶发育的不规律给岩溶地区工程建设的顺利开展带来了很大的困难。勘察单位应采取合理的勘察手段，充分把握喀斯特遗址的岩溶发育情况。施工单位应根据勘察结果，因地制宜制定地基处理方案，选择合理可行、性价比高的施工方法，为工程的顺利实施提供充分保障。

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