Question

岩溶地区岩土工程勘察现状

Answer 1

我国的可溶性碳酸盐岩分布面积达3.44 ×10⁶ km ²，占国土面积的1/3以上，其中碳酸盐岩出露面积约91 ×10⁴ km ²，为岩溶的发育提供了根本条件。贵州、云南、广西、湖南、湖北、四川、西藏、新疆、青海、河北、山西、内蒙古等省区均有大面积出露。

1.1.1　岩溶岩土工程勘察方法手段

随着社会经济的发展和西部大开发政策的落实，岩溶地区的工程建设项目越来越多，岩溶地区的岩土工程勘察技术和水平也不断地提高。在岩溶地区，岩土工程勘察分析方法及岩溶探测技术，目前常用的方法或手段有：

（1）工程地质钻探：是岩溶区岩土工程勘察中最直接、最可靠的方法手段，也是用得最广泛的勘察方法，对查明岩溶场地岩土工程条件，具有不可替代的地位。

（2）工程地质调查与测绘：包括岩溶地形地貌调查、地层岩性、水文地质调查、测量及试验等内容的野外调查，能够从宏观上把握岩溶发育的分布和特点，并据此可进一步进行工程地质勘探工作。该方法简单，方便实用，能获得直观的野外工程地质资料。主要用于大型工程场地选择，以及公路、边坡等工程。

（3）地球物理勘探：适用于对岩体中复杂的岩溶洞穴进行探测，除了电阻率（电剖面和电测深）法、高密度电法、无线电波透射法、地面地震反射波法、声波透射法、微重力法、射气测量等以外^[1],20世纪80年代以后发展起来的探地雷达GPR（地质雷达）、层析成像（CT）技术等在岩溶工程地质勘察中得到了广泛的应用，尤其是在确定岩溶溶洞、土洞及塌陷等的分布、形态和充填情况时，发挥了很大的作用。在查明大范围的区域岩溶发育和深部岩溶的分布规律方面，地球物理勘探是最理想的方法之一，但探测的准确程度受场地的干扰、技术人员的解译水平等因素影响。

（4）工程地质原位测试技术：主要采用原位标准贯入试验、动力触探试验等测定溶洞和土洞中充填物、岩溶塌陷堆积物的工程地质性质和地基土承载力。该技术在各岩溶地区有较成熟的应用经验，施工简单，成本较低，应用广泛。

（5）插钎：用一定长度钢钎（筋）按一定的间距插入上覆土层，用来查明土层中是否发育有岩溶土洞。例如广西桂林岩溶地区，在地基基坑开挖后，一般采用插钎来进一步查明土层中是否存在土洞或塌陷软弱层，实践证明该法效果显著。该方法还具有施工简单、经济实用的特点。

1.1.2　岩溶地基稳定性评价

岩溶地基稳定性的评价，是岩溶地区岩土工程勘察的重要内容，直接关系到地基基础方案的选择确定，目前常用的岩溶稳定性评价方法如下。

1.1.2.1　定性评价方法

主要根据已查明的地质条件，对影响溶洞稳定性的各种因素（地质构造、岩层产状、岩性和层厚、洞体形态及埋藏条件、顶板情况、充填情况、地下水等），并结合基底荷载情况，进行分析比较，作出稳定性评价，它是一种经验比拟方法，仅适合一般工程。

1.1.2.2　定量评价方法

主要是根据一些公式对溶洞或土洞的稳定性进行分析，目前有以下几种方法[2～7]:

（1）根据溶洞顶板坍塌自行填塞洞体所需厚度进行计算；

（2）根据顶板裂隙分布情况，分别对其进行抗弯、抗剪验算；

（3）根据极限平衡条件，按顶板能抵抗受荷载剪切的厚度计算；

（4）普氏压力拱理论分析法；

（5）坍塌平衡法；

（6）溶洞局部破坏型式稳定性分析法；

（7）有限元数值分析法；

（8）多元逐步回归分析和模糊综合分析法。

总体说来，目前对岩溶地基稳定性的评价，大多是采用《工程地质手册》（ 第四版）^[2]。或《岩土工程手册》^[3]中所推荐的计算方法，或者是依据《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）和《建筑地基基础设计规范》（ GB 50007—2002）中有关规定^[8,9]。由于评价计算方法较单一，由溶洞及土洞对建筑地基所产生的影响的评价分析，往往与实际情况有出入。

目前常用的岩溶地基稳定性评价方法，都是在一定的条件下得到的，具有其自身的特点和适用性，《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）或《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）所建议的方法，仅仅是根据基础底面以下土层厚度的大小来判别地基的稳定性，而没有考虑以下几个因素对岩溶地基稳定性的影响：下伏溶洞或土洞的规模尺寸及形状、地下水的存在及水位的高低、地基土层的组成、土洞内的充填物等。

1.1.3　岩溶地基承载力和沉降

1.1.3.1　岩溶地基承载力

岩溶地基承载力的确定和地基沉降验算，是地基基础设计的重要内容。当地基中存在溶洞、土洞或塌陷时，它们对地基承载力和沉降的影响，国内很少进行过系统研究，也没有可供工程实践使用的成熟的计算公式。更多的是关于岩溶桩基础施工的经验报道。

地基中溶洞或土洞的存在，将影响地基的承载能力。其实我们可以通过分析地基中溶洞周围应力状态，在保证溶洞地基稳定的前提下，进行反算求得地基的承载能力。含溶洞岩石地基承载力，除与溶洞跨度、顶板厚度等因素有关外，还与洞顶覆盖层厚度（重量）、地基荷载、基础尺寸大小、岩石的泊松比（侧压力系数）等诸因素有关。

1.1.3.2　岩溶地基的沉降变形

在岩溶地基勘察时发现土洞，一般都会进行地基处理，如换填、灌浆等，在进行地基处理后，地基的沉降变形与正常的地基同样考虑，并无特别之处。但有些岩溶地区在岩土工程勘察中没有发现土洞，在建筑物建成后，由于地基中有地下水，且地下水位经常波动，地下水（或地表水）产生的潜蚀作用或崩解作用，往往会形成土洞。起初土洞的规模尺寸不大，若不采取有关处理措施，土洞则会继续扩大，产生地基土体变形，继而引起建筑物开裂。在岩溶地区，有许多建筑物在建成后，由于地下水或地表水的活动，形成土洞继而产生地面变形而引发建筑物墙体开裂，这一点往往被工程技术人员忽略。文献[10]根据弹塑性理论，推导了岩溶地基发育的土洞对地基变形影响的计算公式，并且发现，地下水位的下降，仅仅是由于存在土洞，引起土洞应力状态的改变而产生附加的沉降，就足以导致某些敏感结构建筑（如框架结构）的开裂。

对于已经产生塌陷的岩溶地基的变形计算，文献[11]指出塌陷土层中的应力及沉降不能按常规方法来计算，并利用散体极限平衡条件，推导了单层或多层地基塌陷土层的应力计算公式，并用推导的附加应力来进行塌陷土体的沉降计算。

对于含溶洞岩石地基的沉降变形，一般情况下其变形可忽略不计。