溶洞地质

溶洞地质（通用4篇）

溶洞地质 篇1

地质公园是以具有特殊地质科学意义、稀有的自然属性、较高的美学观赏价值以及一定规模和分布范围的地质遗迹景观为主体, 并融合其他自然景观与人文景观而构成的一种独特的自然区域[1]。它既能履行传统旅游的观光猎奇、休闲娱乐功能, 又担负着保护地质遗迹、进行科普科研的重任, 是目前乃至今后旅游发展的一个趋势。中国作为世界地质公园试点国之一, 自2001年以来, 陆续有很多地质公园诞生, 其建设极大地推动了我国地质遗迹保护工作的进程, 在旅游观光、科研科普、地学旅游等方面起到了重要的作用[2]。大力推广地质科普旅游, 开发地质旅游产品, 向游客灌输景观的形成原因及科学价值, 激发民众对自然遗产的自觉保护, 是地质公园的基本职能之一, 也是其蓬勃发展的原因之一。

随着地质公园的快速发展, 地质公园产品的规划与开发也成为了众多学者关心的热点问题, 不少学者都进行着相关方面的研究。后立胜[3]、徐梅[4]、曲景慧[5]、李晓琴[6]等学者针对地质公园的旅游产品开发思路、具体地质公园的旅游产品设计开发等进行了相关的研究。本文在前人研究的基础上, 结合米易龙潭溶洞地质公园的具体情况进行了该公园的旅游产品设计, 力求产品特色突出、类型齐全, 能满足不同旅客的需求。

1 公园概况

四川米易龙潭溶洞地质公园位于米易县域北部的白马镇境内, 地处龙肘山西坡、安宁河以东, 地理坐标为东经102°09′25″-102°13′40″, 北纬26°58′19″-27°00′27″, 海拔1110米-2790米, 面积18.86平方千米, 行政区划隶属于攀枝花市米易县。地质公园东与凉山州会理县毗邻, 距米易县城28公里, 距西昌市131公里, 距攀枝花市106公里, 成昆铁路、108国道、214省道、西攀高速公路南北贯穿米易县。有三级水泥公路直通公园, 进出园区交通方便快捷。

公园地处米易县城NNE部中高山区, 群山连绵起伏, 地貌形态以高山峡谷为主, 沟谷纵横, 地形陡峭;气候特点是旱湿季节分明, 具温和潮湿气候特征。夏季多雨潮湿, 蒸发量大;秋季天高气爽, 日照较长;春冬季受西北气流控制, 多风少雨。日照充足的米易气候资源十分优越, 一年四季皆可游。

2 地质遗迹特色分析

2.1 资源独特性高、典型性强

2.1.1 镁质溶洞, 攀西第一洞

发育于震旦系白云岩或白云质灰岩上的喀斯特地貌景观系统而典型, 尤其是溶洞景观, 由龙潭溶洞、潘家龙洞、青龙洞、灯笼洞, 相互依托, 组成庞大幽深的溶洞群。主洞龙潭溶洞堪称“攀西第一洞”。是研究我国西南地区震旦系在镁质碳酸盐岩基础上发育而成的喀斯特地貌景观的典型地区, 具有重要的科学价值和美学价值。

2.1.2 峡谷瀑布群, 攀西典型

公园内的龙吟峡蜿蜒幽长, 峡谷高程1600米-2600米, 平均比降76.9%, 峡谷两岸陡壁耸立, 植被繁茂。既有高原山峰之奇秀, 又具江南水景之奇特。在不到500米的峡谷内, 顺沟发育了大小23道瀑布, 分布密集, 类型多样, 为攀西典型。既有垂帘型瀑布, 也有细长型瀑布;既有悬空型、垂直型, 也有倾斜型瀑布。

2.2 科学内涵丰富、科研价值高

该区域出露的地层较多, 主要为前震旦系天宝山组变质岩系、震旦系灯影组的白云质灰岩和第四系地层。区内构造复杂, 以南北向及北北东向的深大断裂带为主干褶皱、断裂发育。从构造上来说, 该区具有重大的科研价值。

区域岩性主要为白云质灰岩, 是川内喀斯特地貌中目前发现的最古老的地层之一。其溶解度低于灰岩, 但洞穴沉积景观异常发育, 实为罕见, 从而可作为研究我国西南地区震旦系镁质碳酸盐岩基础上发育而成的喀斯特地貌景观的典型地区, 因此在地貌学和岩溶学上科学价值重大。

溶洞里包含滴石类、流石类、复合沉积类、非重力水沉积类等各种钙华沉积类型, 种类齐全, 分布广泛, 为研究同类洞穴钙华沉积景观的成因、特征的研究提供了理想的科研场所。

2.3 观赏性强, 美学价值高

龙潭溶洞沉积景观是整个公园的核心与亮点, 其内的钙华沉积不仅类型齐全, 而且造型各异, 温润璀璨, 引发游人的无限遐想。趣味十足的通天河神龟, 精巧雅致的石观音, 气势磅礴的雪山冰瀑, 憨态可掬的仙童醉酒, 形态优美的雪莲花开, 美轮美奂的瑶池仙境, 荟萃了大自然的形态美 (各种景致) 、动态美 (水体) 、色彩美 (金黄色、乳白色等) 、声音美 (水涛) 和朦胧美 (洞中水雾) , 具有雄、奇、秀、幽、奥等大部分形象美学属性, 是一处观赏价值极高的游览洞穴, 有很好的旅游开发前景。

2.4 景观类型多样、功能齐全

公园地质遗迹类型丰富, 按地质遗迹资源类型分类有地质剖面、地貌景观、水体景观、古生物和环境地质遗迹五大类, 还有丰富的人文景观和生物景观, 类型多样, 重点突出。

园区内峡谷幽深秀丽, 飞泉叠瀑, 草木繁盛;溶洞内钙华景观类型齐全, 品质优良, 数量众多;龙肘山顶的石芽和石林景观, 成因独特, 清秀美观;象形山石形态各异, 似人状物;古人类活动遗迹历史悠久, 源远流长。

3 旅游产品现状及开发原则

3.1 旅游产品现状

第一, 思想意识薄弱。由于地质公园是一种发展时间尚短的旅游形式, 地质遗迹、地质遗产、地质公园等名词、概念和范畴不管是普通游客或者是管理者均认识模糊, 对地质公园的价值还缺乏根本性了解。在思想意识上还有待进一步加强和提高。其次, 旅游产品形式单一, 层次也比较低。龙潭溶洞地质公园地质遗迹资源类型丰富、品位高, 但是目前地质公园主要开发的旅游产品还是较低层次的观光旅游产品, 缺乏较高层次的旅游产品。旅游产品的单一直接导致旅游开发效益低下, 自然遗迹保护不力等问题。

3.2 开发原则

3.2.1 保护性原则

自然遗迹是珍贵的不可再生资源, 在进行旅游产品开发时要把握“在保护中开发, 在开发中保护”的宗旨, 以保护为第一要务, 在保持地质遗迹自然原貌的基础上进行适度的旅游开发, 特别是岩溶洞穴生态系统相对较脆弱, 更要谨慎开发, 实现持续发展。

3.2.2 精品化原则

米易龙潭溶洞地质公园地质遗迹特色鲜明, 景观资源品位高, 高层次、高质量的资源特质决定其旅游产品的开发必然有别于一般的自然景观, 需要设计精品化的旅游产品, 将龙潭溶洞地质公园发展成为在全国具有一定影响力的旅游胜地。

4 旅游产品规划设计

在旅游产品的设计上, 既要考虑到地质公园的特殊性, 以保护地质遗迹为前提, 肩负一定的科研科普内功能, 突出其地质内涵;又要注重其公园属性, 强调其娱乐休闲功能, 要有趣味性, 能吸引普通游客的到来。

4.1 公园内旅游线

A.大众观光旅游线:

a.龙潭入口——氧吧景区 (双龙迎宾——石笋测年点——石葡萄——水母石——福脚——银河飞瀑——海螺神——贝壳神——海象神——聚仙宫石旗——聚仙宫石盾群——大象脚——石珊瑚——祥云石——雪莲花开——仙童醉酒——倒扣的莲花宝座——龙嘴——群龙戏水——龙潭仙境——寿星观瀑——神仙桥石葡萄) ——玉龙雪谷景区 (犀牛嬉水——珊瑚树——玉龙潭——雪山冰瀑——玉峰寺——二僧归寺) ——梦幻白宫 (剑关——神仙伞——白宫竖琴——大象鼻子——石旗群——三僧论禅——大象耳朵——朝圣者——轿顶——天门神驹——大龙虾——石瀑布——白邹裙——是观音——跌瀑——仙女抚琴——玉龙吟畅——神脑) ——冰凌神剑景区 (鳄鱼嘴——万剑倒悬——喜相见——神龟——鹅管群——八仙过海——瑶池仙境——银装素裹——石花) ——瑶池仙境景区 (弥勒佛——贡嘎雪山———银装素裹——顶梁柱——许愿池——瑶池流石坝——灯光植物——石莲花——瑶池——巨幅仙画——天门玉山——原始崇拜——石帘) ——龙潭出口。 (一日游)

b.龙潭出口——龙吟峡谷——龙吟谷8号瀑布——龙吟谷7号瀑布——龙吟谷6号瀑布——龙潭陡崖——龙吟谷5号瀑布——龙吟谷4号瀑布——龙吟谷3号瀑布——龙吟谷2号瀑布——龙吟谷1号瀑布——游人中心。 (一日游)

c.龙潭出口——红土坡——石生树——怪石林——居民点——果园——游人中心。 (半日游)

B.地学科考游览线

a.龙潭出口——龙吟峡谷——龙吟谷8号瀑布——龙吟谷7号瀑布——龙吟谷6号瀑布——龙潭陡崖——龙吟谷5号瀑布——龙吟谷4号瀑布——龙吟谷3号瀑布——龙吟谷2号瀑布——龙吟谷1号瀑布——游人中心。 (一日游)

b.龙潭出口——红土坡——石生树——怪石林——居民点——果园——游人中心。 (半日游)

c.龙潭入口——龙吟谷1号瀑布——龙吟谷2号瀑布——龙吟谷3号瀑布——龙吟谷4号瀑布——龙吟谷5号瀑布——龙吟谷6号瀑布——龙吟谷7号瀑布——龙吟谷8号瀑布——龙吟峡1号陡崖——龙吟峡5号陡崖——龙潭出口——石生树——怪石林——陡坡泉——游人中心。 (一日游)

C.登山探险旅游线

龙肘山探险。

4.2 区域游览环线

A.成都——雅安——西昌——龙潭溶洞地质公园——攀枝花——会理——成都。

B.西昌——会理——攀枝花——龙潭溶洞地质公园——西昌

C.重庆——内江——自贡——宜宾——云南——大理——攀枝花——龙潭溶洞地质公园——雅安——成都——遂宁——重庆。

D.大理——丽江——攀枝花——龙潭溶洞地质公园——大理

E.昆明——大理——丽江——攀枝花——龙潭溶洞地质公园——昆明

F.贵阳——昆明——大理——丽江——攀枝花——龙潭溶洞地质公园——雅安——成都——重庆——贵阳

5 结束语

米易龙潭地质公园具有良好的区位、气候条件, 同时公园内地质遗迹类型丰富、种类齐全、特色突出, 极具美学价值和科研科普价值, 龙潭溶洞地质公园的开发与发展必将成为四川地质遗迹保护与旅游业发展的一个积极因素。在综合考虑公园具体情况的前提下, 设计规划了几种旅游产品类型, 有一定的科学性, 能帮助公园更准确的进行定位, 并为公园的进一步发展提供依据。

参考文献

[1]陈安泽.论国家地质公园[C]//国家地质公园建设与旅游资源开发-旅游地学论文集第八集[M].北京:中国林业出版社, 2002:15～31.

[2]李如友, 黄松.广西凤山岩溶国家地质公园地质遗迹特色分析与旅游产品开发[J].桂林工学院学报, 2009, 29 (4) :464～469.

[3]后立胜, 许学工.国家地质公园及其旅游开发[J].地域研究与开发, 2003, 22 (5) .

[4]徐梅.贵州民族旅游与地质旅游结合的思考[J].贵州民族研究, 2007, 27 (2) .

[5]曲景慧.辽宁本溪国家地质公园旅游产品设计[J].辽宁师范大学学报 (自然科学版) , 2009, 32 (2) .

[6]李晓琴.龙门山国家地质公园旅游产品设计初探[J].四川地质学报, 2002, 22 (3) .

溶洞地质 篇2

某高架桥工程, 主线全长约1500m, 共12跨, 桥长367.45m, 基础采用1.5m的钻孔灌注桩, 共36根, 桩长31.0m~43.5m。

1.1 溶洞情况

根据地质钻探资料, 查明该桥第5#~8#跨的桩位岩溶发育, 溶蚀现象严重。

第6#桩位:为串珠形式溶洞, 在地表以下22.8m处有深度为2.7m的溶洞, 在其下方为一个深度9.77m的溶洞, 两溶洞之间存在0.7m微风化石灰岩层, 溶洞全充填, 充填物为灰黑色软塑一流塑状亚粘土及少量石灰岩碎屑, 钻进时全漏水。

第7#—2桩位:为深度1.25m的单个溶洞, 位于地表以下14.9m, 溶洞全充填, 充填物为:软塑-流塑状亚粘土及少量石灰岩碎屑, 钻进时半漏水, 顶部为厚度0.25m的弱风化石灰岩, 质硬。

第8#—1桩位:地质钻探时发现有漏水现象。

2 施工处理技术方案

根据上述地质情况、施工所处的地理环境和特点, 拟对发现溶洞的第5#~8#跨桩位两旁密排高压旋喷桩, 并对桥位两侧既有建筑物进行防护;通过在桩位两侧设置高压旋喷桩对溶洞双液压浆, 以固结溶洞内的填充体, 提高其强度;对于以上桩位的桩基采用双层钢护套筒成孔施工。设置密排高压旋喷桩主要以改善土层松散的性状和堵断地下水为目的, 使轨道路基及居民房屋基础增加抗压强度和粘结性, 确保在加固后桩基冲孔施工时, 密排旋喷桩外侧的建筑物、地面均不受沉隆影响。在施工前, 重新对该段的桩位进行补充钻探作业, 详细了解溶洞的规模、深度位置、发育状况, 确保施工的安全和工程质量。

2.1 高压旋喷桩施工方法

旋喷桩的桩径60cm, 桩中心距为0.5m, 桩平均长度14m。旋喷桩的布置, 从5#~8#桥跨中, 沿桥位纵向两侧布置成连续墙形式, 全长122m。在旋喷桩钻孔前, 进行人工探孔5m以探明地下管线。

工艺流程 (见图1)

工艺要求:定孔位:根据设计要求, 对准孔位, 根据不同入射角度钻进, 实施时孔位偏差大于2cm, 入射角度偏差不大于1°;钻机就位:钻机按指定位置就位, 钻杆必须垂直。对准孔位后, 钻机不得移位, 也不得随意起降;钻进成孔:第一个孔施工时, 要慢速运转, 掌握地层对钻机的影响情况, 以确定在该地层条件下的钻进参数。密切观察溢水情况, 出现大量出水时, 必须立即停钻, 分析原因后再进行钻进;提升钻杆:严格控制提升高度, 每提升一次不大于20cm, 匀速上升, 同时注意注浆参数变化。浆液配比:采用经计量准确的计量工具, 按照设计配方配料;注浆:严格控制注浆压力, 同时密切关注浆量, 当压力突然上升或从孔壁、地面溢浆时, 必须立即停止注浆, 在查明原因后采取调整注浆参数或移位等措施重新注浆。

旋喷桩墙的加固处理:当孔口不返浆时, 查明原因停止提升喷射管, 通过停喷、静喷、或加大浆液度, 多次反复直到返浆。因停电、机械事故而停喷继续开喷时, 将喷射管下插50cm, 以保证桩墙的连续性。

主要控制参数:转速10r/min, 提速5cm/min~10cm/min, 高压水流量75L/min, 高压水压力30MPa~40MPa, 压缩空气流量3m3/min, 压缩空气压力≥0.7MPa, 浆液材料水泥, 浆液水灰比1∶1, 浆液流量80L/min, 压力0.3MPa~0.5MPa。

2.2 溶洞压浆施工方法

根据地质钻探资料可知, 溶洞地段上层覆土8m~12m, 呈现“上软下空”现象, 因此采用双液压浆固结的方法, 以固结溶洞内的填充体, 提高其强度, 便于成孔。压浆孔的布置利用钻探孔位 (如图2所示) 。

压浆管管径为48mm, 孔内插入32mm的有孔花管;压浆浆液采用水泥—水玻璃液, 水泥浆的水灰比为1∶1, 水泥、水玻璃浆液的体积比为1∶0.5, 该浆液的特点为素凝型, 方便控制。压浆顺序采用由下向上依次进行, 直至将整个桩位穿越溶洞段。

2.3 桩位成孔施工

由于该段内桩位上层是约6cm~7cm厚度的回填土层, 为了防止钻进时上层松散回填层塌孔, 预埋内径为D (桩径) +0.2m的钢护筒 (壁厚1cm) , 至页岩层顶面, 一般8m~12m。钢护筒外侧采用灌浆固定。

护筒长度L=h+1 (m) (h为地质钻探确定的溶洞底到地面的高度) ;内护筒外径控制为 (D+0.1) m, 壁厚1cm, 外径应小于外护筒内径10cm。

根据超前钻的资料, 当钻孔施工接近溶洞顶部时, 冲孔钻头外径为 (D+0.1) m, 采用轻锤慢打, 提升高度一般不超过50cm, 冲锤不明显受阻碍, 直至顶部已成孔圆滑垂直。当冲击穿过溶洞顶部后, 如果溶洞内经过压浆处理固结良好, 则继续采用小冲程、慢进尺的方法冲进;如果出现漏水或坍孔现象, 则采用回填片石、粘土包及水泥砂浆进行回填, 同时用多个泥浆泵及时补浆 (或者补充水) , 直到稳定后, 才可继续钻进, 此时加大泥浆比重护壁, 每进尺1m~2m回填一次, 直至穿过溶洞, 并冲至溶洞下层约lm位置。

按照前述方法冲击可以穿越溶洞, 但在钢筋笼安装和混凝土灌注时, 仍然可能出现漏浆、缩孔或坍孔的现象 (以人溶洞后, 桩孔内泥浆水位明显下降为标准) , 因此需要立即沉放钢护筒。沉放钢护筒前, 桩锤在溶洞厚度范围内上下慢放轻提, 确保冲锤不明显受阻碍, 使成孔圆滑垂直。然后提出桩锤, 用吊机配合冲桩机, 先下检孔器, 然后将内护筒放人外护筒内, 穿越溶洞。安装内护简, 必须在冲桩进尺每80cm~100cm, 下沉一节护筒。如此反复作业, 直至内护筒穿过溶洞。内护筒就位后, 在护筒底与基岩交接处浇筑C25混凝土, 封闭护筒与基岩间的间隙, 混凝土浇注厚度不低于1m。

内、外护筒间空隙被砂、碎石及浆液冲填固结, 固结强度要求达到30MPa, 其抗渗系数可达10m/s~7m/s。灌浆处理后, 即可重新冲孔。更换直径为D的桩锤进行重新冲钻, 直至嵌入完整基岩。当符合设计及规范要求时, 经监理工程师同意即可终孔, 此桩即成孔。

钢筋笼安放及混凝土浇注:钢筋笼的下放和砼的浇注应尽可能迅速, 防止意外事故发生。混凝土采用商品混凝土, 泵送至灌注点, 混凝土塌落度控制在18cm~22cm。

2.4 施工期间对周围建筑物的监测

对施工范围内的管线及周边楼房等建筑物, 施工前应进行调查和专业评估, 布设观测点位。在施工期间进行监测, 确保施工质量, 提高施工期间在施工场地内、工地周围的建筑物、人身等安全性, 同时也为施工进度、动态设计提供参考信息。

为了解在钻孔过程中地表沉降变化情况和沉降量值, 沿桩位边间隔5m设一测点, 沿纵向方向每15m设置一个量测断面, 测点间隔为5m~10m, 如遇到地面障碍将酌情调整。地面沉降监测每天观测2次, 观测使用B20水准仪配测微器, 量测精度达到二等水准测量。

对周围电杆、居民楼房等主要建筑物进行沉降观测。监测方法为先在建筑物上设置基点、基线, 采用精密水准仪B20配测微器及全站仪RTS234进行测试, 测试频率每天2次。

在施工前和施过程中随时对周边的建筑物进行仔细观察, 当发现建筑物有裂缝时应立即进行观测工作, 在裂缝处作金属片标记 (由两片白铁皮构成, 表面涂红油漆) , 用显微测缝仪量其裂缝变位值, 根据裂缝发展情况监测频率定为每天2次或1次。

3 结语

该高架桥工程部分桩位溶洞发育无规律, 溶洞分布广, 施工地理位置特殊, 施工难度大。根据溶洞的特点及填充情况, 结合以往施工经验, 选择了合理的处理方案对溶洞进行了处理, 施工中严把技术关, 并对周围建筑物进行了变形观测, 取得了预期的质量和经济效果。

摘要：桩基础是目前桥梁施工中最常用的基础形式, 其施工进度及成桩质量的好坏, 对整个桥梁的工期及质量至关重要。但桩基础施工中的溶洞处理却一直以来是一个技术难题, 文章依据桥梁桩基不良的地质条件, 详细介绍了溶洞处理方案及施工技术及对周围环境的安全监测, 使桥梁桩基的施工能顺利进行。

关键词：桥梁,桩基础,溶洞,施工处理

参考文献

[1]方小睿, 沈典栋, 徐畅.溶洞区桥梁钻孔灌注桩的施工[J].公路, 2003 (12) .

[2]交通部第一公路工程总公司.桥涵[M].北京:人民交通出版社, 2000.

[3]JTJ—041-2000公路桥梁施工技术规范[S].北京:人民交通出版社, 2000.

溶洞地质 篇3

地质雷达作为一种较为成熟的探测手段[1,2],以其轻便、高效的特点在各个行业中广泛应用[3~5],在工程勘察、检测等领域都发挥了较大作用[6~8]。国内外的科研工作者和工程技术人员通过数值模拟、实际工程,结合不同的地质结构,对地质雷达的探测效果和数据处理进行了详细的分析[9~12],给我们提供了很好的借鉴意义。

在岩溶地区,一般假定溶洞发育模式是溶腔形状,根据绕射理论,一般情况下溶洞在地质雷达剖面上面的异常反应是弧形绕射,因此对于剖面中异常的判断也是圈定有弧形绕射的区域,但是实际工作中,许多溶洞的雷达反射波并不体现这种理论上的典型特征波形,而出现其他一些在振幅、相位等方面的非典型特征。

1 适用模型分析

在理论研究中根据探测物体埋深与波长的关系,所适应的原理也不同,见表1,模型示意图见图1,可以看到在埋深远大于波长的时候,适用反射理论,而在埋深较浅的时候适用散射理论。实际工作中,在工程检测中由于探测目标体一般埋深为1~2m之内,或者几十公分,深度较浅,适用散射理论;而工程勘察领域探测目标体埋深较大,一般在5~6m以下,或者几十米深,埋深已经远远大于波长,散射理论已经不能采用,因此在检测领域对异常波形的判识方式有些也不能在勘察领域完全对应使用。

表1 适用原理Table 1 Application principle

图1 模型示意图Fig.1 Model schematic diagram

2 典型特征波形

2.1 模拟波形

首先通过数值模拟方法来分析典型绕射波形特征。

模拟模型见图2,模拟环境为埋置在混凝土中的一组钢筋,钢筋直径大小一致,但疏密程度不同,左侧相对稀疏,右侧相对密实。模拟天线中心频率采用900MHz,钢筋埋深接近于雷达波长。

图3为进行数值模拟后的波形,可以清晰地看出,在剖面中出现了一组明显的弧形绕射波,左侧由于钢筋相对稀少,绕射较为清楚,右侧密集,绕射波产生了叠加,进行偏移处理后,绕射收敛位置就是钢筋所在位置,因此可以判断出该种情况下使用散射理论可以满足工程检测要求,所以对于类似混凝土中钢结构的检测,地质雷达剖面可以较好地呈现其具有的典型波形特征。

图2 模拟模型Fig.2 Simulation model

图3 模拟波形Fig.3 Simulation profile

2.2 实际数据1

该数据为900MHz天线采集的双层钢筋资料。从图4可以看出,在2ns和4ns处存在两组绕射波形,体现的便是钢筋网结构,也属于散射理论情况下的弧形绕射的典型特征。

2.3 实际数据2

图5显示的是对地下埋置的沟槽、管道探测的地质雷达资料,可以清晰地看出,剖面存在多组绕射波,具有明显的弧形绕射,通过偏移处理后可以将波形收敛,判读沟槽、管道的位置。

因此当地质雷达剖面所切过的地下目标物体接近圆形时,在埋深没有远大于波长时,波形特征也是呈现较为典型的弧形特征。一般城市沟槽、管道的埋深都在1~2m之内,与探测电磁波波长差异不大,因此也适用于绕射理论。

图4 绕射波形1Fig.4 Diffraction profile 1

图5 绕射波形2Fig.5 Diffraction profile 2

从模拟波形和实际数据1、2结合来判断,可以看出,在深度埋深与电磁波波长接近,或者远小于波长的情况下适用于散射理论,此时钢筋、管道等切面呈弧形的物体的雷达波形也表现为典型的绕射波形形态。

3 非典型特征波形—实际数据分析

3.1 实例数据1

该数据采集地点位于南方某省山区,地层岩性为灰岩,地表覆盖层较薄,工作内容是对输电线路的塔基进行岩溶勘察,查明岩溶裂隙是否发育及发育程度,以排除施工和运行的安全隐患。

本次地质雷达探测采用的仪器主机为美国GSSI公司生产的SIR-20型地质雷达,天线采用低频组合天线,根据现场地质情况和岩土要求做了相应试验,最后选择的采集参数如下:

天线主频:40MHz;

时窗:1000ns;

每秒扫描线:32根;

每根扫描线采样数:1024个;

采样点距:0.1m;

叠加次数:64次。

对原始数据本次地质雷达探测资料处理常规采用了DC去零漂滤波、频谱分析、能量衰减增益、抽取平均道滤波、带通滤波等功能模块。

图6为原始地质雷达剖面,同一段测线采集了两个方向的剖面,可以看出图6(a)剖面和图6(b)剖面基本属于镜像关系,图6(a)剖面的水平距离结束位置6~8m和图7(b)剖面水平距离的开始位置0~2m在采样时间100~400ns之间都出现了异常,多组同相轴振幅明显增大,初步认定该区域存有岩溶发育。

经过认真辨识分析,通过图7分析剖面可以看出,两个剖面存有对应的多组强振幅同相轴,图7(a)为A、B、C三组,图7(b)为D、E、F三组,各组之间互相对应,如果假定A与D为正相位,则B、C、E、F为负相位,下面两组同相轴呈现与A、D组相位相反的特征,且A与B之间间隔大约120ns,而B与C间隔大约100ns,这两个间隔相差20ns,而40MHz天线的一个波长大约40ns,所以相差的20ns间隔大约是半个波长,与反相原因刚好相符。通过以上分析,可以大致判定该处发育溶洞,顶板位于A同相轴处,而底板位于B同相轴处,溶洞为空洞,无充填,C同相轴为顶底反射的二次波,剖面下部还有振幅稍弱的多次震荡。根据A与B同相轴之间的时间间隔120ns,电磁波在空洞中的波速0.3m/ns,可以大致判断溶洞的规模,顶底之间的高度约为18m,地质雷达剖面所能反映的横向宽度约为3m,溶腔规模已经远远大于50m3,属于大型溶洞。

图6 原始剖面Fig.6 Original profile

经过施工开挖验证,该处确实发育大型溶洞,顶板埋深大约5m,底板埋深约21m,横向宽度约3m,长约10m,为无充填的大型溶洞,与地质雷达解释结果基本吻合。

通过地质雷达剖面可以清晰地看出,该溶洞在剖面上反映的异常并不是传统认识上的弧形绕射,并没有存在绕射现象,而只是略为倾斜的平直强振幅反射,因此并没有体现典型的溶洞反射特征图形。

图7 分析剖面Fig.7 Analysis profile

3.2 实例数据2

该数据采集地点同样位于南方某省山区,地层岩性为灰岩,基岩出露,采集使用的仪器和参数设置与数据1相同,数据处理流程基本类似。

处理后的剖面见图8,图8(a)为分析前的原始剖面,现场条件受限,有部分干扰,导致水平距离2~6m处的深层数据出现大部分的低频干扰,一定程度上影响判断分析,除去该部分,可以看到其他部分数据质量良好,在水平距离10~13m、深度16m附近存有强振幅同相轴,见图8(b)剖面所圈矩形区域,通过整个剖面分析,该同相轴上下区域振幅、相位无明显异常,此处能量突然变化,未见明显弧形绕射特征,初步判定为无充填溶洞,由于下部也无明显多次振荡出现,认定溶洞顶底之间的高度不太大,以至于底板的反射与顶板的反射叠加,无法有效分辨识别。

图8 对比分析剖面Fig.8 Comparative analysis profile

后经现场施工开挖验证,在矩形所圈区域发育溶洞,顶底之间高约1.5~2m,水平宽约4m,长约6~7m,与地质雷达解释资料分析结果基本一致。

通过上述分析,可以看出该处溶蚀发育依然没有体现明显弧形绕射特征,只体现了强振幅特征,由于溶洞发育方向基本水平,竖向发育程度低,因此高度不大,地质雷达剖面没有相应的底板反射信息,因此也说明只有溶腔顶底高差足够大,顶底反射波才会分离,产生多次波等信息,否则一般只会体现顶部强反射。

经过上述实例1、实例2工程现场的探测结果,可以看出当埋深较大时,一些溶蚀腔体相对较大的溶洞在地质雷达剖面上却并没有表现出典型的弧形绕射特征,只能通过振幅、相位等有关信息判断溶洞发育情况。

4 结论

在工程勘察中,一般基础埋置深度较大,相应的探测深度也较大,需要考虑反射理论模型的问题,在检测领域经常使用的散射理论已经不适用。另外随着测深的增加,地质雷达的天线频率也在相应变低,规模较小的溶洞在波长较大的电磁波下反应很弱,或者基本无反应,而溶洞规模较大的一般溶蚀时间久远,许多溶蚀的顶板也不是典型的理论弧形,而接近于水平或倾斜,因此地质雷达电磁波反射接收后并不形成明显的典型弧形绕射波形剖面,而呈现诸如强振幅、反相等其他可以识别的特征,需要在地质雷达资料解释的时候多对比分析,了解现场地层发育情况、溶蚀程度和方式,以利于资料结果的最终判断。

摘要：地质雷达根据探测的目标体埋深与天线发射频率的波长的关系,适用于不同的分析原理,在埋深远小于波长或者接近波长时适用于散射理论,而埋深远大于波长时则应用反射理论,在工程勘察中由于基础埋深较大,远大于雷达波波长,不能采用在工程检测中适用的散射理论。本文先后通过理论模拟数据和实测数据对散射理论呈现的典型波形特征进行了分析,进而对多个实测的深层地质雷达数据剖面进行了详细分析,在反射理论框架内讨论了溶洞体现的非典型波形特征,为溶蚀的分析和判断识别提供了新的思路。

溶洞地质 篇4

关键词：公路桥梁,岩溶地质,钻孔灌注桩,溶洞处理,施工技术

1 引言

钻孔灌注桩作为一种基础形式以其适应性强、成本适中、施工简便等特点广泛地应用于公路、桥梁及其它工程领域。灌注桩属于隐蔽工程, 影响灌注桩施工质量的因素很多, 其中溶洞处理就是重要的一项工作, 若处理不当, 就会在灌注中产生质量事故, 小到塌孔松散、缩颈, 大到断桩报废, 直至影响工期并对整个工程质量产生不利影响。所以, 必须要先了解钻孔灌注桩施工过程可能出现的溶洞的各种情况, 并根据各种情况制定相关的处理方法, 尽量避免发生事故及减少事故造成的损失, 以利于工程的顺利进展。

2 工程概况

湖南永州某公路有一座简支梁桥, 全长170.5 m。桥梁整体布置为6孔跨径为25 m, , 桥面宽8.5 m;上部结构由5根纵梁和桥面板组成的梁板式钢筋砼简支梁桥, 梁和桥面板现浇组合成整体, 全桥桥墩均采用双柱墩。

根据已钻探的地质资料统计, 本工程桩位共有多处存在溶洞, 其中溶洞高为0 m～3.0 m占74.5%;洞高为3.0 m～5.0 m, 占13.8%;其余的占11.7%。

3 施工方案的确定

当有溶洞的桩基地层中无较厚砂砾层或砂层, 且溶洞水位较低时采用挖孔桩的方案较为适宜。本工程中的靠山体部分1#2由于靠近山体, 且其施工条件的限制, 加上其桩长为10 m～12 m之间, 所以主要采用挖孔桩成孔, 5号台墩为明挖扩大基础。

其余大部分桩基础采用钻孔法成孔, 其地层中有较厚的中粗砂层、风化严重的砾石、碎石;地下涌水量较大等;当溶洞上方有较厚的砂砾层时, 采用护筒跟进的方法, 以防止坍孔。

4 溶洞处钻孔灌注桩桩基础施工技术

4.1 溶洞顶部冲孔施工

在溶洞 (土洞) 发育的桩孔施工过程中, 应严格控制冲进进度, 一般进度控制在60 cm/h～80 cm/h, 冲程控制在50 cm左右。

根据超前钻的资料, 当钻孔施工接近溶洞顶部时, 提起钻头、钻杆, 移开回转钻机, 采用冲击钻机冲孔。用冲击钻机冲孔时, 要求轻锤慢打, 使孔壁圆滑坚固, 提升高度一般不超过50 cm。所有卡扣及钢丝绳必须先经测试检查, 其它施工工艺及注意事项与常规相同。

4.2 外护简制作及下沉

外钢护简制作时, 先勘察地质质料, 根据溶洞的层数确定外钢护简的直径。

钢护简分节制造, 工地拼接。先采用桩锤进行扩孔, 钢护简采用振动下沉。振动下沉采用振动打拔锤, 其振动动力为1 600 kN以上。钢护简下沉时, 用两台经纬仪在两个垂直的平面内监测倾斜度, 以便随时调正。护简下沉至硬土层或岩面后, 其倾斜度小于1%。

4.3 内护简沉放

(1) 当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤, 在顶部厚度范围上下慢放轻提, 冲锤不明显受阻碍, 说明顶部已成孔且是圆滑垂直的, 此时用钢丝绳或扣绑住内护管, 用吊机 (或冲机自吊) 把内护简放入外护简内至孔底。到孔底后, 内护简不会靠自重沉到溶洞底部 (因溶洞底有沉渣、沉淀物等) 。此时, 回转钻机重新就位钻孔。

(2) 护简沉设利用回转钻机进行, 在钻机的钻杆上附加护简压架, 利用钻机的钻进压力和钻杆、钻头的重量, 使内护简随钻头的钻进而下沉, 直到溶洞的底部。

4.4 内护简与溶洞底部间空隙的处理

若岩面高差大, 钢护简与岩面的接触不严密, 容易造成泥沙流失, 护简倾斜, 钻头掉至洞外的事故。因此, 可采用分层抛投定量片石、粘土 (比例为1∶1) , 用钻头反复打密的方法, 在空洞处形成石壁, 钻头的打密过程中, 一面挤石造壁。一面削高出的岩石, 直到全断面进入岩层为止。护简接高后随之下沉。

对于多层连续溶洞, 可采取高压喷射灌注法填充空隙并增加下层溶洞内的填充物的密度和强度, 为下层溶洞处理创造有利条件。

4.5 溶洞钻进

由于溶洞的顶盖和底板可能高低不平, 犬牙交错, 因此, 进出溶洞可安斜面开孔的方法处理。在空洞钻进时, 须超前预灌注水泥浆及粘土包, 若溶洞较小可分层回填粘土和石块, 石块直径以10 cm～15 cm为宜。以便形成石壁, 阻止填充物坍塌和泥浆流失。钻头在冲击高低不平的岩面时, 会出现向软一边滑动的现象, 如不及时纠正, 容易造成斜孔、卡钻的事故。纠偏的方法是分层抛填片石和粘土, 用小冲程钻击的方法来切削岩石, 以达到孔圆管直的目的。

4.6 检孔

钻岩时, 检查成孔桩径、成孔倾斜度以防钻孔歪斜, 难于施放钢筋骨架。检孔的方法是采用其外径等设计孔径, 长度为孔径的5倍的检孔器上下通过, 如检孔器被卡住, 分析原因解决, 如孔斜严重, 则抛石重钻。

4.7 清孔

采用正循环泥浆渐进法清孔, 程序如下:

(1) 当钻至设计标高后, 用取渣桶清渣, 至取不出为止。

(2) 将直径为75 mm钢射浆管插入孔底, 射入拌好的泥浆。泥浆性能指标为:比重1.3、粘度18～20, 含砂量小于4%, 胶体率大于97%, PH值大于8。射入的泥浆带着残留的钻渣, 经护简口返回泥浆池, 待沉淀后在泵入孔底。如此反复循环多次, 直到钻渣被逐渐清除为止。

(3) 如还有较大块径的钻渣浮不上来, 则再投入少量粘土, 用钻头小冲程冲砸2 h～3 h。

(4) 再插入射浆管实施正循环泥浆清孔, 至孔底残渣厚度达到设计及验收标准。

(5) 采用测锤法检查沉渣检测沉淀土厚度达标后, 观察1 h～2 h, 用钢管测量孔底标高, 测出沉渣的厚度, 符合要求后, 安装钢筋笼, 浇筑水下砼。

4.8 常见故障及处理措施

4.8.1 卡钻

如钻进过程中被卡钻, 可采用以下方法解决, 见图1。

一是水下割护简底口挡住钻头部分, 二是将钢护简上拔或顶起一定高度, 腾出空间, 将钻头拉出。

如是因为护简底变形而引起的卡钻, 可抛填片石反复冲砸, 将变形部位挤出, 或水下切割变形部位, 将钻头斜拉上来。

4.8.2 斜孔、弯孔

产生斜孔、弯孔的原因有三:

(1) 是斜面开孔通过溶洞时, 未按正确的施工方法, 如抛填粘土不及时, 溶洞的位置测量不准确, 以至钻头沿着软的部位下滑, 造成斜孔;

(2) 是出现没有预见的溶洞;

(3) 是隔层相向的探头石, 在钻进时相互扩孔, 使钻成的成竖向的“S”形。

纠正斜孔、弯孔的方法:回填片石、粘土重钻, 反复数次;灌注水下素砼至弯曲部分以上的一定高度, 待强度合格后重新施钻。

4.8.3 清孔漏浆

由于覆盖层和溶洞之间相互串通, 在地下水的作用下产生动压力, 导致溶洞内钻孔所形成的人工造壁坍塌, 清孔时泥浆流失, 其处理方法如下:

(1) 探明泥浆流失的孔洞高程, 在初步清基的基础上, 在钢筋笼上焊接钢护简, 钢护简上下口扩成喇叭形, 在其上设止水带, 当钢筋笼带着堵漏护简初步就位后, 进行正循环泥浆清孔。

(2) 如孔弯斜严重, 钢筋骨架插不下去, 此时可接高钢护简, 尽力振下, 然后灌注水下素混凝土至洞底, 待达到规定的强度后, 再装上钻机重新施钻清孔。

5 钻孔灌注桩基础施工中溶洞处理技术

岩溶地质条件下的溶洞指的是由雨水或地下水溶解侵蚀石灰岩层所形成的空洞, 本工程施工场地范围内溶洞极为发育, 既有一孔一洞, 又有一孔多洞的;溶洞洞高在0.1 m～16 m范围。根据地质资料, 本工程桩基础的溶洞分布见表1。

5.1 溶洞的处理技术与方法

根据溶洞的洞高和洞内的填充物情况, 对溶洞采用不同的处理方法, 主要处理方法有:抛填法、注浆固结法、灌注混凝土填充法、套放大小钢护简法等。

(1) 溶洞的范围小, 溶洞高度小于1m, 则往桩孔中抛填片石、粘土, 先用小冲程冲击桩孔, 使溶洞范围形成护壁后, 再继续施工。穿越溶洞范围的桩钢筋笼在溶洞上下各1 m范围在钢筋笼的定位筋上焊接厚4 mm的钢板圆筒, 在圆筒外增加四根定位钢筋 (见图2) 。

(2) 溶洞的高度在1.0 m～3.0 m之间, 且溶洞为填充或半填充的, 则先向抛填片 (碎) 石、砂混合物和注水泥浆, 然后用小冲程冲击片石挤压到溶洞边形成泥浆碎石外护壁 (见图3) , 水泥砂浆将片石空隙初步堵塞后, 停止冲击, 24 h后, 待水泥的强度达到2.5 MPa后, 再继续冲击, 穿过溶洞。

(3) 溶洞的厚度在1.0 m～3.0 m之间, 且为空洞的, 先利用超前钻孔向孔内灌注混凝土干料, 填满溶洞, 在固结体达到一定强度后 (2.5 MPa) 即可进行冲孔施工。混凝土干料将采用425R普通硅酸盐水泥拌制, 如溶洞空间容积大、导水性强, 则在混凝土干料中添加一定量水玻璃, 灌浆孔平面布置见图4。

(4) 溶洞高在3.0

(5) 溶洞高大于5.0 m (多层) , 且溶洞间距较大时, 拟采用套内护简法施工, 即用内护简穿过溶洞的方法进行施工。

护简长度L=h+2 m (h为多层溶洞高) , 内护简内径应比设计桩径大20 cm左右, 外径应小于外护简内径5cm左右, 若遇第二层溶洞, 第二层溶洞的内护简外径比上层内护简内径小35 cm, 具体见图6。

6 结语

实践证明, 岩溶地质条件的桥梁进行桩基施工时, 首先进行地质钻探, 查明地质情况, 然后有针对性地选用人工挖孔、冲击钻孔或挖钻结合方法进行成孔施工, 可取得事半功倍的效果。对于溶洞的处理则根据溶洞的厚度与高度采取具体合理的施工措施进行处理, 确保桩基础钻孔灌注桩施工的安全顺利进行。 [ID:4691]

参考文献

[1]刘吉食, 阎洪河.公路桥涵施工技术规范实施手册[M].北京:人民交通出版社, 2001.

[2]JTGD60-2004, 公路桥涵设计通用规范[S].