岩溶问题（共9篇）
岩溶问题 篇1
岩溶或称“喀斯特”, 它是石灰岩、泥灰岩、大理岩、石膏、岩盐层等可溶性岩石受水的物理、化学作用而形成的溶洞、溶沟、裂隙、暗河、石芽、漏斗、钟乳石等奇特地貌及地下形态的总称。在岩溶地区修建建筑物以及构筑物存在以下两方面问题:
1) 岩溶所引起的各种地表变形破坏会严重影响地基稳定性, 会造成桥涵下沉开裂、水库渗漏、建筑物损坏等等;岩溶岩面起伏, 导致其上覆土质地基压缩变形不均;岩体洞穴顶板变形造成地基失稳;岩溶水的动态变化给施工和建筑物使用造成不良影响。这些情况不仅影响生产生活, 而且危及人民生命财产安全。
2) 岩溶给建筑工程的地基处理带来一定的难度。因为:a.岩溶面标高起伏差异大;b.形成岩洞的位置、大小变化不一, 且无一定的规律, 有些在同一垂直面上可能有两个以上的岩洞;c.各溶洞的连通性难以评估, 地下水的变化也使得地基处理复杂;d.土洞由于比岩溶发育更快, 情况更难以判断。
1 岩溶的形成、分布
喀斯特地貌形成的条件有以下几点。
1.1 有大量的可溶性岩石存在
可溶性岩石是喀斯特地貌形成的根本条件, 我国西南地区之所以喀斯特地貌分布广泛, 最主要的是这里有其发育的主体。大量的碳酸盐岩、硫酸盐岩和卤化盐岩在流水的不断溶蚀作用下, 在地表和地下形成了各种奇特的喀斯特景观。
1.2 岩石要具有一定的透水性
岩石具有一定的孔隙和裂隙, 它们是流动水下渗的主要渠道。岩石裂隙越大, 岩石的透水性越强, 岩溶作用越显著。在溶洞中, 岩溶作用愈强烈, 溶洞越大, 地下管道越多, 喀斯特地貌发育越完整, 并且形成一个不断扩大的循环网。
1.3 流水的动力作用
1) 流水的溶蚀作用。水的溶蚀能力来源于二氧化碳 (CO2) 与水结合形成的碳酸 (H2CO3) , 二氧化碳是喀斯特地貌形成的功臣, 水中的二氧化碳主要来自大气流动、有机物在水中的腐蚀和矿物风化。2) 流水的流动作用。流动的水溶蚀性更强烈一些, 因为水中的二氧化碳需要得到及时的补充, 水的溶蚀作用才能顺利进行, 水的溶蚀能力才得以巩固加强。同时, 流动的水带动河底砂砾对岩石进行机械侵蚀, 这样更有利于岩溶作用的深入。
1.4 气候的影响
我国西南地区气候湿润, 降水量大, 地表径流相对稳定, 流水下渗作用连续, 并且降水使流水得以更新和有效补充。因此岩溶作用得以延续进行。
2 岩溶地区岩土工程的勘察方法和探测技术
在岩溶地区, 岩土工程勘察分析方法及岩溶探测技术, 除了常规的钻探手段外, 目前国内主要采用以下方法或手段:1) 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。2) 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, 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。3) 遥感技术:地球资源卫星遥感 (MSS, TM, SPOT) 、航空遥感、热红外遥感、侧视雷达遥感等在70年代引进我国以后, 具有调查面积大, 重复性好等特点, 对于研究岩溶地貌形态、岩溶层组划分、地质构造等都能取得较好的效果, 被广泛应用于岩溶地区的工程地质勘察工作。该技术一般用于大型工程选址, 而一般的工业与民用建筑用得不多。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。5) 示踪试验:用示踪剂 (荧光染料等) 进行岩溶地下水联通试验以及长期观测的研究, 以查明岩溶的发育程度和溶洞相互联通、分布情况。该方法简单, 较方便可靠, 但对于无地下水的溶洞则无法应用。6) 模型试验:采用一定尺寸规模的试验装置, 模拟砂、土层在各种条件下 (如不同水动力条件) 的岩溶地基的稳定性或岩溶塌陷过程, 一般用于岩溶塌陷的研究。7) 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。该方法具有施工简单, 经济实用的特点。
3 岩溶区的地基处理方法
1) 清除换填。当溶洞、土洞埋藏较浅时, 先挖除洞中松散充填物, 然后回填夯实素填土、毛石或毛石混凝土等。2) 凿平打毛。对石芽或岩斜面, 须凿平或凿成台阶状, 防止基础“穿刺”或滑移。3) 垫褥法。对岩溶洞、隙、沟、槽、石芽等岩溶凸出物, 可能引起地基沉降不均匀, 将凸出物凿去后做30 cm～50 cm砂土垫褥处理。4) 顶柱法。当洞顶板较薄、裂隙较多、洞跨较大, 顶板强度不足以承担上部荷载时, 为保持地下水通畅, 条件许可时可采用附加支撑来减小洞跨。5) 跨越法。对洞壁完整、顶板破碎、高度较大的溶洞, 宜采用钢筋混凝土梁 (或板) 跨越处理。6) 桩基法。对规模较大的溶洞 (沟) , 而建筑荷重大, 可用人工或机械成孔灌注桩处理。对独立柱基下局部软弱层, 可用钻孔中下钢管嵌入岩石, 钢管内灌入混凝土处理。7) 灌浆加固法。对于中、深层土洞或者溶洞, 当挖弃换填困难时, 采用钻孔注浆, 将之填实。8) 挤密法。将砂桩、混凝土桩、钢管或木桩 (经防腐处理) 挤入土洞或软弱土中, 桩端嵌入密实土层, 以挤密软弱土, 形成复合地基, 提高地基强度。9) 填石强夯法。本法是处理浅层大面积土洞群、塌陷群的有效措施。对于土洞发育区进行工程建设时, 采用此法处理土洞, 既可提高地基承载力, 又能使非稳定土洞破坏夯实。10) 变断面基础。对规模小、埋藏深之土洞 (或软弱土) 及下卧层起伏较大的地基, 可采取增减基宽, 加强上部结构刚度 (如设置圈梁) 和变埋深基础, 以调整基础不均匀沉降。11) 绕避法。当拟建建筑规模小, 而处理土洞与塌陷不经济时, 宜避开其发育区为佳。
4结语
在规划工程建筑场地时, 应在满足工程需要的前提下, 尽量避开岩溶发育区, 无法避开时, 要综合考虑工程荷载、工程重要性、施工工艺等方面, 把地基、基础、上部结构作为一个整体来考虑, 本着安全、经济、合理的原则, 选择合适的处理方法。大量的工程实践表明, 只要综合全面考虑各方面的影响因素, 合理选择基础类型, 对地基中的不良地质情况进行合理的处理, 复杂岩溶地区的建筑安全是可以得到保证的。
参考文献
[1]匡乐红, 彭振斌.在工业与民用建筑中岩溶地基处理方法探讨[J].基础工程, 2001, 4 (11) :43-44.
[2]刘恒.贵州岩溶地基评价及处理[J].地球与环境, 2006, 3 (34) :87-91.
[3]周建普, 李献民, 张可能.岩溶地基处理方法[J].矿冶工程, 2002 (3) :32-33.
[4]陈炎明.岩溶地区地基的处理方法浅探[J].建材与装饰, 2007 (10) :187-188.
[5]曹屹.如何对复杂岩溶地基进行处理[J].广东科技, 2006 (3) :77-78.
[6]刘之葵, 刘宝臣, 曹平.岩溶地区岩土工程技术现状评述[J].地下空间与工程学报, 2007 (6) :578-586.
岩溶问题 篇2
摘要：本文在岩溶山区建设项目水土保持方案编制实践基础上,根据岩溶山区环境特点和工程建设水土保持方案编制要求,分析探讨水土保持方案编制中存在的`问题,从土石方调配与利用、防治责任范围确定、水土流失防治措施布设等方面提出对策建议,为该地区建设项目水土保持方案编制提供参考.作 者：周国富 陈康 李勇 作者单位：周国富(贵州师范大学地理与环境科学学院,贵阳,550001)
陈康,李勇(贵州省水利厅水土保持监测站,贵阳,550002)
岩溶问题 篇3
1 工程概况
该小区总建筑面积216106.95 m2, 楼层高11~18层, 位于岩溶孤峰平原地貌区, 经局部整平, 地面比较平坦。据其岩土工程详细勘察揭露, 其上覆第四系土体主要为次生红粘土, 厚度较薄 (平均3.10m) , 岩层为融县组 (D3r) 灰岩, 微风化状, 中~厚层状, 岩体浅部裂隙发育, 基岩面埋深为2.00~19.30m, 起伏变化大。浅部岩溶强烈发育, 岩溶发育个体形态类型主要为溶洞、溶沟 (槽) 。该小区于岩土工程详细勘察阶段按建筑物周边及柱列线布设勘探点160个, 据统计, 存在溶洞、溶沟 (槽) 等不良地质作用现象的勘探点数为112个, 占勘探点总数的70%。该建筑场地位于地下水迳流区, 次生红粘土层含孔隙潜水, 其含水性弱、透水性差。下伏基岩为岩溶裂隙溶洞水, 主要赋存及运动于裂隙溶洞中, 水量丰富。地下水补给来源主要靠大气降水渗入补给。该场地处于相对稳定的区域地质构造部位, 无区域性大断裂及地裂通过, 场地内无崩塌、滑坡、地面塌陷等地质灾害, 区域稳定性好。虽然浅部岩溶强烈发育, 但采用桩基础置于较完整基岩上, 场地岩溶对地基的稳定性无影响, 场地适宜建筑。设计单位根据地质资料, 确定建筑物基础类型采用筏板与桩基基础相结合, 其桩的类型, 采用冲孔灌注桩置于较完整基岩上。按照规范要求并结合建筑物上部荷载等特点, 确定桩径为800~1200mm, 采用超前钻一桩一孔进行施工勘察, 桩长通过超前钻结果随时进行调整。
2 存在问题
1) 在超前钻施工过程中, 建设单位提出, 不必对所有桩位进行超前钻探, 而采用跳桩或梅花桩的形式进行;勘探深度是否可以调整为完整基岩以下3m, 不必非要钻探至完整基岩以下5m。
2) 由于工期较紧, 在施工现场是超前钻探完成一个孔紧接着马上进行冲孔桩的作业, 在这个过程中, 出现如下问题:a.冲孔桩作业时, 经常发生偏孔、卡钻;b.部分详细勘探孔基岩面与超前钻、冲孔桩所遇基岩面不一致, 甚至差距较大;如G12-5号桩, 其桩位与详细勘察时钻孔重合, 详细勘察时探明基岩面埋深为3.60m, 超前钻时探明基岩面埋深为6.80m, 相差3.20m;c.超前钻孔勘探完后, 冲孔桩在冲到预定设计深度后, 发现孔内情况与超前钻探资料不符, 不得不对该桩位重新进行钻探。如G25G30-70号桩, 第一次超前钻时其基岩面为12.00m, 完整岩面为16.80m, 冲孔桩在冲到16.80m处时, 发生掉钻, 经第二次进行超前钻探, 其完整岩面为20.30m, 与第一次相差3.50m。
3) 勘察单位在超前钻工程中部分使用的是简易取样钻机, 但在实际操作中, 其岩层取芯率很低, 甚至起钻后根本无岩芯。现场技术人员无法通过岩芯判断岩体的完整性, 仅仅通过钻机的操作人员的感觉进行地质描述。采用取样钻机钻探出来的地质资料与冲孔桩施工冲孔情况基本不符。
3 存在问题的原因及解决办法
因该小区建筑地段地下岩溶强烈发育, 岩石面高低起伏变化大, 岩石露头无连续性和规律性, 地质情况较为复杂, 无法取得施工所孺要的精细、准确资料, 常常不能完全满足设计要求, 导致冲孔桩施工出现较大异常, 造成基础施工工期长, 造价高, 施工质量还难以保证。为了确保工程质量、施工安全及给基础施工方提供更为准确的地质资料, 建设单位组织勘察单位、设计单位专家对存在的问题进行了分析讨论, 提出了解决办法:1) 针对建设单位提出的意见, 其主要原因为:建设工期较紧, 每桩进行钻探对工期影响较大;从经济效益方面考虑, 减少超前钻数量及减少勘探进尺能节约成本。但由于岩溶发育的无规律性及规范要求, 还是坚持按原设计一桩一孔进行超前钻探;考虑建筑物结构特点及上部荷载要求, 超前钻探深度仍需钻至完整基岩面以下5m。2) 基于岩溶地区的特点, 在同一桩径范围内基岩面凹凸不平, 甚至存在相隔几十公分岩面高差十几米的情况, 因此, 在遇到此类地段时, 冲孔时会产生偏孔、卡钻。根据设计, 冲孔桩桩径为800~1200mm, 桩截面积为0.5024~1.1304m2, 而超前钻一般采用的钻具口径为130mm, 其截面积只有0.0133m2, 仅为桩截面积的1/37~1/85, 因此单个超前钻孔所反映的地质情况并不能代表整根桩范围内桩底的实际情况, 因此, 在对超前钻孔资料与冲孔桩施工实际情况有出入时应在原超前钻孔位置 (桩中心位置) 偏移20~30cm左右 (桩径范围内) 的位置进行补充超前钻孔, 如补充超前钻孔经勘探后其地质情况与原钻孔情况出入较大时, 可视情况再增加1~2个钻孔, 以保证完整基岩持力层的厚度。3) 取样钻机具有轻便、施工效率高、施工成本低、需要劳动力少等优点, 这也是许多勘察单位在超前钻中喜欢使用取样钻机的原因之一, 但这也反映了他们对超前钻没有给予足够的重视。从取样钻机的施工实际上看, 钻具口径过小, 在超前钻施工中一般采用的钻具口径仅为46mm, 而且取芯率低甚至无岩芯, 很难甚至无法正确反映实际的地质情况, 如采用取样钻机钻探的G9-20、G9-21、G9-22、G3G4-51、G3G4-52、G3G4-53等孔, 其结果与冲孔桩实际情况相差较大, 甚至完全不符, 因此不允许使用取样钻机进行施工。
4 结语
岩溶地区超前钻勘察对建筑物桩基施工具有重大影响, 进而关系到整个建筑物的质量和安全, 其重要性不言而喻, 因此, 每个从事这项工作的岩土人都应对其引起重视, 把好质量关, 对业主负责, 对社会负责, 也是对个人的负责。
摘要：通过对桂林某小区超前钻工程实例, 总结分析桂林岩溶地区超前钻工程中存在的问题, 对实际工作有一定指导意义。
岩溶隧道监理细则 篇4
第一章 工程概况
新建沪昆铁路贵州段客运专线CKGZJL-4标段监理范围内起讫里程为DK731+600~DK818+413,全长86.413公里双线。特大桥19657.34延长米/21座、大桥6107.1延长米/20座、中桥468.63延长米/6座、小桥2081顶平方米/11座，涵洞4244.63延长米/147座，隧道20376延米/37座，平坝南站1处，以及制架梁463孔，CRTS I型双块式轨枕约46万块，四电及联调联试项目等。第一节 地形、地貌
CKGZJL-4标段沿线主要位于云贵高原及边缘过渡地带，属云贵高原剥蚀—溶蚀低中山、低山丘陵和高原盆地地貌，总体地势东低西高，地形起伏较大。第二节 工程地质条件
地层岩性：自前震旦系至第四系地层皆有分布。岩性以灰岩、白云岩类可溶岩为主，相间分布板岩、泥岩、砂岩，页岩及煤系地层，局部地段有玄武岩分布。
地质构造：区域范围内地质构造复杂，构造线密集，断层发育，以近SN和NE向断层为主。第三节 岩溶不良地质
CKGZJL-4标段沿线不良地质主要有岩溶，煤层瓦斯和采空区、滑坡、错落、溜坍、崩塌、危岩落石、岩堆、泥石流、顺岩、地震区、液化砂土、软质岩风化剥落等。第四节 沿线水文地质特征
CKGZJL-4标段沿线通过长江和珠江两大水系上游交错地带，其中玉屏至安顺属长江流域，安顺以西属珠江流域。线路通过的主要河流有舞阳河、清水江、北盘江、洛北河等。第五节 气象特征
CKGZJL-4标段工程地处亚热带湿润季风气候区，气候及降雨等各地虽有差异，但变幅不大。总的特点是:冬无严寒，夏无酷暑，气候温和，雨量充沛，阴雨天多，四季不甚分明。年平均气温14--160C，极端最高气温一般为34--370C，黔东玉屏局部高达390C，极端最低气温一般为-70C至100C。年平均降雨量为1200-1500mm,5-10月份为雨季，占年雨量的80％ 第六节 重点和难点工程
根据CKGZJL-4标段标段隧道工程设计情况：拟定隧道长度6km以上或工程地质复杂的岩溶隧道存在较大施工安全风险因素，为该标段的重点和难点工程。
马场隧道（全长1118m）是七标段最长隧道，是本标段的工期控制性工程和重点工程；隧道穿越粉质粘土、白云岩、节理较发育。组织施工时既要保证隧道的质量、安全，又要保证隧道按期完成，施工组织，施工进度、施工安全都是本标段施工组织的重点和难点。
各种不良地质段的施工是决定隧道施工安全、质量、工期的关键，所以如何利用超前地质预报手段做好隧道不良地质的预报，采取有效措施保证隧道的施工安全是本标段的难点之一。第二章 编制目的和依据
为确保新建沪昆铁路贵州段客运专线CKGZJL-4标段岩溶风险隧道施工安全、优化工程设计实现施工信息化管理，及时掌握和反馈隧道地质条件信息，调整和优化隧道设计参数、防护措施，为优化隧道施工组织、制定施工安全应急预案、控制工程变更设计提供依据；预防各类突发性地质灾害，降低地质灾害发生机率，有效规避工程建设施工风险，最终实现铁路建设工程监理质量、安全、工期、投资、环水保等目标。根据新建沪昆铁路贵州段客运专线CKGZJL-4标段内岩溶隧道工程数量较多且地质条件极其复杂，工程地质现场核查及隧道施工超前地质预报工作特别重要，故特编制《CKGZJL-4标岩溶风险隧道专项监理实施细则》作为原有《CKGZJL-4标隧道监理实施细则》的补充。其编制依据如下：
一、《沪昆客专建设“六位一体”管理制度体系》文件；
二、《铁路隧道超前地质预报技术指南》；
三、新建沪昆客专站前工程施工设计技术交底及会议纪要【沪昆筹物资涵】 经审查批准的沪昆铁路设计技术文件及施工图；
四、《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》【铁建设[2005]160号】、关于发布《铁路路基工程施工质量验收暂行标准》等十九项铁路工程建设标准局部修订条文的通知【铁建设[2007]159号】； 监理工程师论坛http://bbs.job2299.com/
五、铁道部于2007年7月1日颁布的《铁路建设工程监理规范》【TB10402-2007】；
六、新建沪昆铁路站前工程《委托监理合同》、《施工合同书》；
七、经批准的新建沪昆铁路《CKGZJL-4标监理规划》、《CKGZJL-4标隧道监理实施细则》及《岩溶风险隧道单位工程实施性施组设计》。
第三章 监理工作范围及重点
一、对CKGZJL-4标段内的铁路工程地质、水文地质现场核查、隧道施工超前地质预报工作过程及其完成的原始资料、报告、图件等进行监理，包括野外作业及室内资料整理的全过程。
二、依据相关规范和委托监理合同要求，重点对承建单位及超前地质预报单位以下方面资料进行审查，并提出书面意见： 1．超前地质预报单位相关资质及业绩证明等资料； 2．隧道施工超前地质预报大纲；
3．现场超前地质预报机构的质量管理体系和技术管理体系； 4．项目机构人员的配备及上岗人员资格；
5．隧道施工超前地质预报手段、方法和程序，机具设备的数量、质量，相关仪器、设备的标定情况，地质预报或现场试验工作环境条件等。
三、审核以下工程地质核查工作内容是否满足相关规程、规范和隧道施工安全的要求、并真实：
1．工程地质、水文地质调查的范围、内容和精度；
2．钻探及原位测试等勘探点的数量、深度及勘探工艺，现场记录和成果资料；
3．水、土、石试样的数量，取样、运输和保管方法，试验项目、试验方法和成果资料；
4．物探方法的选择、工作过程和成果资料的地质解释资料； 5．水文地质调绘、试验方法、试验过程及成果资料；
6．对超前地质预报物探资料的综合分析、地质报告内容、主要结论和评价意见。
四、必要时对重要工程、关键部位的超前水平钻探及物探检测实施过程进行见证或旁站监理。
五、审查超前地质预报单位有关安全操作的规章制度，检查现场执行情况。
六、调查并确认因勘查设计要求变更或地质条件发生较大变化而引起的对工期的影响程度和工作量的具体增减数量，并报建设单位备案。
七、调查并核实超前地质预报单位因自然条件或人为因素造成工期延误的相关资料，并报建设单位备案。第四章 监理组织机构及工作内容 第一节 组织机构
CKGZJL-4标监理项目部根据岩溶风险隧道施工进展情况，合理配置监理人员；并成立高风险隧道安全管理领导小组，项目总监任组长，副总监任副组长，专业负责人及监理组长任组员。第二节 工作内容
一、工程地质确认和核查：按设计、验标要求，对隧道围岩承载力进行分析；参加设计单位现场工程地质确认和处理，对有设计变更的岩围等级、持力层承载力变化及时作出相应技术处理措施。
二、隧道施工超前地质预报控制：强化隧道施工超前地质预报过程监理，派遣监理人员对隧道施工超前地质预报的实施过程旁站监理，并做好旁站监理记录。
三、检查承建单位工程地质确认和核查、超前地质预报方案的落实执行情况，重点检查承建单位现场地质专业人员的数量及能力、设备的型号及数量、物探及钻探的工程数量、超前地质预报工艺的规范性、数据采集的及时性和准确性等。
四、按新建沪昆客运专线铁路设计文件、铁路工程施工质量验标、技术规范和沪昆铁路公司的要求：对承建单位工程地质核查和隧道施工超前地质预报工作进行定期或不定期的巡查；对承建单位的应急预案、有毒、有害气体预防方案进行审查，并督促检查承建单位的实施情况；并建立监理工作台帐。
五、配合沪昆铁路公司协调好参建各方在工程地质核查、隧道施工超前地质预报工作中的关系。
六、及时汇报监理工作情况，将隧道施工超前地质预报工作资料编入监理月报。第三节 工作程序
一、监理项目部在收到设计文件后，熟悉项目情况，掌握该项目重大隧道工程、重大不良地质和特殊岩土隧道工点的问题。
二、监理项目部对隧道地质预报单位进场的工作人员、设备、物质条件后进行审查，三、现场发现隧道超前地质预报实施工作不能满足隧道超前地质预报大纲、规程、规范和隧道施工安全的要求时，监理人员应及时提出，并责令施工单位尽快改正，必要时签发隧道超前地质预报整改通知单。发生较大、重大质量问题或隐患、安全问题时，应及时处理并报总监理工程师和监理项目部，以利其即时报建设单位。
六、监理工程师发现问题应与隧道施工超前地质预报单位人员一起到现场核查；当双方意见不一致时，监理单位应向隧道超前地质预报单位提出书意见，并报建设单位备案。
七、建设、设计、承建、监理单位之间来往的表格或通知单等应办理签收手续，并及时回复。
八、监理项目部建立并实行巡视检查、监理报告、例会、等日常工作制度； 定期向建设单位书面报告超前地质预报监理工作情况，接受并配合建设单位的监督检查。
九、对工程地质核查及隧道超前地质预报单位完成的原始资料、报告及图件的深广度、科学性、可靠性、完整性等提出评价意见。
十、监理单位发出的通知书、批复或答复意见、监理工作报告，与承建单位及建设单位来往的文件、向上级部门的请示及汇报材料等都应及时归档。
1．依据新建沪昆铁路隧道工程设计文件及隧道施工超前地质预报成果，现场核对隧道通过岩体的岩性、地质构造、岩性的坚硬程度、岩体的完整程度、节理发育程度、岩体受地质构造影响程度、地下水的发育情况等影响隧道围岩分级的基本地质条件及隧道围岩分级的划分是否正确；
2．核对隧道通过地段产生突水突泥、断层、岩溶、有害气体、放射性岩体、高地应力、膨胀性围岩等地质灾害的可能性及评价是否依据充分，工程措施建议是否全面、合理；
3．检查隧道进出口山体覆盖层与其下基岩的接触关系和稳定性评价； 4．检查长隧道水文地质条件的调查和评价是否符合相关建设要求，隧道开挖后对地表环境的影响评价；
5．检查隧道施工超前地质预报的勘探、测试是否符合相关规范及满足设计要求；对重要的勘探、测试工作进行旁站监理。
6．现场核查第四系地层覆盖的洞口及洞身通过的主要地质界限是否有地质点控制；核对重要的地质点和地质界限。
7．核查岩溶分布范围、形态、地貌特征、发育强度及其与铁路线路的关系；
8．检查岩溶与岩性、地层厚度、地质构造、产状、节理裂隙的发育程度、岩体风化程度、地表水及地下水水质等的关系；
9．核查溶洞发育的形态、高程、洞顶厚度及完整程度、洞中积物状况、溶洞充填物成分及其物理力学性质，突水突泥的可能性； 10．检查溶洞层与河流阶地及平面的关系；
11． 核查覆盖型岩溶地区岩溶的发育形态、覆盖层的岩性和底层构造、岩溶裂隙充填情况、水文地质条件、地下水开采、土洞及地下塌陷情况；
12．检查钻探岩芯的采取率和钻具自然下落或减压、冲洗液变化等现场记录是否满足规范要求；
13．检查隧道排泄岩溶水后对周围环境的影响；
14．检查大型溶洞的调查及岩溶泉、暗河连通试验的安全措施； 15．检查隧道的勘探手段与方法是否适应岩溶的发育程度、物探异常范围是否进行了钻探或其他勘探方法的验证；勘探是否符合规范要求；
16．检查地表水和岩溶水、覆盖土层和溶洞充填物的试验项目和方法是否符合相关规范的规定；
17．检查岩溶连通性试验和水文地质动态观测的方法、试验过程及结论是否符合相关规范的要求；
18．与铁路隧道工程关系密切的岩溶发育区、溶洞及充填物应现场核对；重要勘探点的勘探、取样过程应旁站监理。
第二节 岩溶隧道溶洞处理技术方案
1、溶洞处置的主要原则 隧道遭遇到发展和衰亡阶段的岩溶中的大型溶洞、暗河时，应逐个溶洞逐个处理，为确保隧道的衬砌结构有足够的安全保证、在可预见期内洞穴的稳定性有保证、原有水流通道不被阻断、方案比较经济适用。
2、溶洞处理主要方式
隧道过溶洞处置方式有内增设边墙梁及行车梁、托梁、支墩、悬壁梁承托纵梁、拱桥、加大隧道净空宽度跨度跨越岩溶或对隧道周边岩体进行封闭、注浆加固、支顶加固、加强衬砌等。
3、溶洞跨越处理
当溶洞规模较大、溶洞内充填物松软，基础处理工程修建困难、耗资巨大，或者溶洞虽小但水流较大时，可根据具体条件采用相应的梁跨、板跨等形式跨越岩溶地段。
此方式一般采用钢筋混凝土梁跨越，梁体采用抗侵蚀混凝土。当隧道衬砌断面需要开挖围岩才能满足净空要求时，应先开挖围岩，再施工跨越结构，以确保安全，同时应注意不同受力结构间的断缝设置及连接措施设置。
4、封闭处理
已停止发育的干溶洞，在考虑有效的过水通道后，可采用混凝土、浆砌片石或干砌片石堵塞、充填溶洞。
5、锚杆、钢管加固处理
为防止洞穴岩壁或顶板坍塌，在清除松动岩石困难的情况下，可采用锚杆或大钢管、钢轨加固岩体。此时隧道衬砌应考虑抗冲击措施，一般是采用明洞衬砌，衬砌顶部设置回填体，其表面设置护面结构，回填体以上空间的溶洞洞壁采用锚杆、钢筋网、喷射混凝土封闭支护；若溶洞较大，可设置横向钢轨或设人字形钢轨栅架。
6、支顶处理
当隧道穿过的溶洞由碎、块石及淤泥土充填，充填物的松散密实程度不一时，隧道底部应考虑采用钢筋混凝土底板，清除底板下松散体，回填碎石，并在底板下加设钢筋混凝土桩进行支顶。
7、岩溶水的处理 7.1岩溶水的处理原则
对岩溶水的处理通常原则是以“排”为主，截、堵、排、防相结合的综合处理措施，以“通”为主，截、排、堵相结合的综合处理措施。“通”是指尽量保持原有过水通道，不能因为隧道的修建发生大的变化;“截”是指截断原有地下水通道，改走其他通道；“堵”是封死相交的地下水通道；“排”是特指引入隧洞，通过排水沟排走；“防”是指防止地下水进入隧道即可。岩溶水处理的较大工程措施有泄水洞和涵洞两类，采用泄水洞排水属于“排”和“截”的范围，采用涵洞过水属于“通”和“截”的范围。7.2泄水洞排水
当预测到隧道区域的岩溶水量大、水压大，而隧道确实无法避开时，需考虑专门设置排水隧洞，达到排除岩溶水，降低地下水位，保持隧道干燥和施工安全的目的。
泄水洞应位于地下水来向的一侧，为防止岩溶水突然袭击，施工中要采用超前钻孔探测，预备足够的抽水设备。泄水洞的设置可能对生态环境有不利影响，是否采用应从施工、环保、安全等多方面进行评价，以保证方案考虑周全，成本最低。
7.3涵洞、倒虹管吸过水隧道断面与岩溶水相交时，为保证岩溶水畅通，在隧道底部设钢筋混凝土圆涵，或倒虹管，同时涵洞出入口周边至隧道边墙外缘采用浆砌片石回填密实。
在采用此方案时要正确考虑涵洞过水断面，一般应按丰水季节流量考虑。
8、洞穴堆积物及地表塌陷处置
洞穴堆积物的特点是松软、下沉量大、强度低、稳定性差。当隧道必须穿越洞穴堆积物地段时，可采用桩基、换填、注浆等加固岩体的处理措施。
隧道中地下水渗流排泄，导致岩溶地面塌陷，使地质环境遭到破坏，造成隧道开挖时坍方、涌水、涌砂及突泥等危害。隧道通过岩溶地段时的地面塌陷形成过程和突然发生所参与的力是相当复杂的。施工中可采用化学注浆和管棚支撑开挖，同时从地表高压注浆，固结塌陷松散体，避免出现突泥现象。
第六章 监理工作方法及措施 第一节 监理工作方法
一、根据岩溶风险隧道工程的地质条件难易程度采用巡视、抽检、旁站的方法，分段、分工点实施。
二、对管段内一般岩溶隧道施工的超前地质预报工作，可采用巡视的方法进行抽查或抽检。
三、选取具有代表性的不良地质、特殊岩土、大型不良地质隧道工点的施工超前地质预报工作过程或勘察手段进行现场核查。
四、对重大隧道工程或关键部位的施工超前地质预报工作过程或勘察手段进行旁站监理。
五、对CKGZJL-4标段内的工程地质核查和岩溶风险隧道施工超前地质预报成果及资料进行全面的审查。第二节 隧道施工超前地质预报技术措施
一、隧道工程地质确认和核查及隧道施工超前地质预报工作作为重要工序纳入施工组织设计中；参建各方要履行各自职责，协调一致，相互配合,做到资源信息共享、传递顺畅、反馈及时，决策迅速。
二、超前地质预报工作流程参照《铁路隧道超前地质预报技术指南》执行。
三、目前隧道施工地质超前预报的主要方法有地质调查、地质素描、TSP203+超前地质预报、地质雷达、红外线探水、超前地质探孔及综合地质超前预报等。
四、隧道超前地质预报应以地质调查法为基础，针对不同地段的工程地质情况和超前预报目的，进行必要的技术经济比选，选择有针对性、适用性强的方法和设备，采用一种或几种方法的合理组合，达到预报准确、费用低、占用时间短的目标。对重大工程物探异常地段应加强钻探验证。
五、工程地质条件复杂的隧道应采用多种手段进行综合预报，可采用地质调查与勘探相结合、物探与钻探相结合、长距离与短距离相结合、地面与地下相结合、超前导坑与主洞探测相结合的方法，各种方法预报结果综合分析，相互验证，提高预报准确性。第三节 监理工作制度
一、管理制度
1．建立行政管理制度、工地例会制度、监理例会制度、时效管理制度、检查签字制度、勘探资料检（抽）查制度、监理资料档案管理制度、监理周报制度、监理日志填写制度、现场监理工作制度及监理人员守则，使监理工作全过程处于标准化、制度化管理。
2．重点对工程地质预报勘探单位资质、工作业绩、人员资格、现场项目部机构设置、内部管理、进场人员培训、勘探设备及人员配备进行检查和审查。
3．认真组织监理人员审查地质预报单位报送的工程地质勘探计划（工程地沪昆客专贵州段 质勘探设备、人员配备及计划工期等）和技术要求（工程地质勘探手段、方法和程序、勘探点的布置、数量，水、土、石样数量及试验内容等）。
4．在勘探过程中的各个环节、工序，监理工程师采用巡视、检（抽）查或旁站的方式，来进行督促和检查，及时采用口头指令或监理工程师检查记录表、旁站记录表、监理工程师通知单的方式进行处理，对不规范的行为要求预报勘探单位及时进行整改，以消除勘探质量隐患。
5．强化工地例会制度，以监理站或监理小组为单位，定期或不定期在现场召开由主要技术负责人参加的碰头会，与工程地质预报勘探单位一起对前一阶段的工作进行总结，及时指出勘探中出现的问题，以保证下阶段影响勘探质量的各环节处于受控状态。
6．加强工程地质勘探原始资料获取过程的检查、监督，按隧道工程规模、范围、场地地形地质条件的要求，以“工程地质勘探段（点）”为单位，采用巡视、抽查和旁站的方法分段、分点开展。
7．在地质勘探成果资料的整理过程中，督促坚持“谁勘探，谁整理”的原则，各负其责，严格按照质量保证体系的有关要求进行。8．充分利用新建贵广铁路信息化管理平台，落实信息化管理制度，使监理工作有序可控，切实提高监理质量。
二、报告制度
监理单位定期向建设单位书面报告勘探监理工作情况。监理工作结束后，向建设单位提交勘探监理报告，对勘探单位完成的原始资料、勘探报告及图件的完整性、可靠性等提出评价意见。
三、监理工地会议制度 1．工地例会制度
勘探过程中，工地例会按每月的5日、20日定期举行，由监理单位记录并形成会议纪要。如果建设单位、勘探单位或现场监理机构任何一方认为有必要或出现亟待解决的重大问题时，可召开专题会议研究处理。
2．监理例会制度
监理例会由项目监理站单位根据勘探工作进展情况每月25日组织各项目监理站主要监理人员及相关的监理工程师召开。
四、资料管理制度
监理单位要建立资料管理制度，落实专职（或兼职）负责人员，负责监理资料的建立和归档管理。监理资料包括： 1． 委托监理合同、监理规划、实施细则等；
2．工程地质勘探开工报告；
3．工程地质勘探主要进场机械、设备报验表、主要进场人员报审表，分包资格报审表，工程地质段点资料、成果资料及月工作量报验表； 4．工程地质勘探监理工程师通知单或工程地质勘探监理工作联系单、质量问题通知单、勘探暂停通知单及勘探单位的工程地质勘探监理通知回复单、质量问题调查报告单、勘探复工申请表； 5．工程地质检查记录表、旁站记录表；
6．地质勘探监理日志、监理旁站记录表、地质勘探监理月报及监理工作总结；
7．会议记录、纪要，电话记录； 8．上报下发的文件、通知等； 9．其他相关的监理资料。
河南长城铁路工程建设咨询有限公司
沪昆铁路贵州段监理项目部
岩溶问题 篇5
某高速公路连接线跨河桥梁, 桥梁中心里程桩号为k15+060, 设计桥孔和跨径 (孔×m) 为6×40 m, 桥宽2×11.75 m, 桥长247 m;上部结构为6 m～40 m预应力T梁, 墩台基础均采用桩基础。河中1、2、3号墩处桩基拟采用机械钻 (冲) 孔成桩外, 其余均采用人工挖孔成桩。人工挖孔桩在施工时, 施工单位反映桥位区“有构造断层带存在, 地下水沿构造破碎带进行侵蚀形成溶洞裂隙带。”因溶洞中承压水, 施工难度很大。鉴于此, 需要对桥位区场地进行勘察, 旨在查明断层和岩溶情况, 分析其对工程影响。
1工程地质条件
1.1 地形地貌
该桥位于醴陵市孙家湾乡西岸村和嘉树乡玉茶村, 该桥梁为跨南河而设置, 该河系渌水下游二级支流, 河道弯曲, 桥位处地貌为剥蚀低丘间宽谷。该处河床宽约110 m, 河水由西往东流向, 勘察期间水深1.5 m～4.5 m。河床两侧为河漫滩-Ⅱ级阶地, 地势平缓, 桥台均位于斜坡上, 地面高程45 m～88 m左右。
1.2 地层岩性
根据本次勘察结果, 结合此前勘察资料, 本桥位区地层岩性按从新到老顺序分述如下:
1.2.1 第四系全新统
(1) 种植土。
土褐色, 为农田表土, 含植物根系, 松软, 层厚约0.50 m;
(2) 粉土质砾。
黄褐色, 为河漫滩沉积, 砾质成分为灰岩, 粒径5 mm～15mm, 稍密。分布于河流两岸谷地间, 层厚约1 m;
(3) 卵石。
灰黄色, 为河流冲积成因, 成分以硅质岩、灰岩为主, 部分砂岩质, 亚圆次棱角形, 粒径2 cm～15 cm, 松散稍密状态, 场地普遍分布, 层厚一般2 m～3 m;
1.2.2 白垩系下统 (K1)
主要由砂岩和砾岩组成, 夹薄层粘土岩, 局部杂含砾砂岩, 成层相间产出, 系沉积环境不稳定下沉积相多变时碎屑沉积, 组成岩石的颗粒大小、矿物成分均呈现多变特征。
(4) 粉砂岩
局部相变为含砾砂岩, 褚红色, 粉砂质结构, 硅钙质胶结为主, 部分泥质胶结, 中厚层构造。按其风化程度可分为全、强、弱风化三亚层。
1) 全风化。可辨原岩结构, 夹未完全风化碎块, 一般呈硬塑土状, 饱水时呈软塑状, 砾状岩。
2) 强风化。矿物风化变质明显, 岩芯呈土柱状夹碎块状, 水浸易软化, 失水干裂。
3) 弱风化。部分矿物风化变质, 岩石比较完整, 岩芯以短柱状为主。
(5) 砾岩
浅灰紫红色, 砾石成分以灰岩为主, 硅钙质胶结, 不等粒碎屑结构, 中厚层状构造, 砂岩薄层。局部见构造挤压擦痕及溶孔。按风化程度分为强、弱风化二个亚层。
1) 强风化。岩芯呈砾块状, 碎石状。
2) 弱风化。岩石完整, 坚硬, 岩芯呈短柱状, 长柱状, 少数块状。
1.3 地质构造
根据1∶20万《区域地质调查报告》, 本桥位区位于双溪口背斜北西边缘地段, 距桥位附近的断裂构造为某市逆断层, 其与高速公路主线呈82°相交, 距本桥位约1.7 km。此外, 无其他大的断裂构造从桥位区附近通过。
临桥位区剥蚀丘陵, 岩石天然露头及人工揭露较为连续完整, 本次工程地质地表调查表明, 该地段岩层呈单斜产状, 倾向NW280°～310°, 倾角10°～30°, 砂岩 (含砾砂岩) 与砾岩层位相间出现。局部薄层泥质砂岩已完全风化, 并因水的软化及冲刷形成顺层凹槽。在距桥位约350 m的南河上游右岸岩石露头处, 见有一条低序次断裂构造, 其产状为120°∠47°, 为正断层, 两盘错距约40 cm, 断裂宽约1 m, 断裂物质为压碎岩, 挤压劈理较为发育, 沿劈理面充填脉宽0.5 cm～1 cm方解石脉, 方解石脉上有顺走向方向擦痕, 说明其后期有一定平推性质。沿断裂面走向追踪, 可见局部岩石有揉皱现象, 但其影响宽度很小, 两盘岩石基本无明显的变化迹象, 仅见有与断层同生及同力学性质节理较为发育, 但节理闭合性良好。物探联合剖面在探测到一条小型断层, 其走向同前述小断层, 两条断层均未通过桥位, 并且对桥位基岩影响十分有限。
钻探结果表明, 桥位区基岩受构造影响微弱, 基岩产状变化不大, 仅局部岩芯上有挤压擦痕及沿裂隙见宽度很小的脉状细粒石英晶簇发育。
1.4 水文地质条件
桥位区南河, 为发育于宽谷间的渌水二级支流, 水流量受季节与天气变化影响十分明显, 勘察期短短的十几天, 就见有河水的陡涨与陡降过程。
桥位区地下水主要为孔隙潜水与基岩裂隙水。孔隙潜水主要赋存于卵石层中, 受大气降水与南河水补给, 因温南河下卵石直接出露, 地下水补给源丰富, 补给迅速, 故其水量非常大;基岩裂隙水主要赋存于基岩裂隙中, 受大气降水与上部潜水越流补给, 因场地附近基岩大面积出露和卵石层直接覆盖在基岩之上, 地下水补给也非常丰富和迅速, 故水量也很大, 且存在一定承压性。由于场地基岩存在以灰岩为砾质的砾岩及钙质胶结等可溶性成分, 沿基岩节理溶蚀而成的溶蚀裂隙、溶孔、小溶洞也有一定发育, 故基岩中存在一定的岩溶水, 其与基岩裂隙水水力联系紧密。一般来说, 桥位区地下水具统一水位, 其与当时河水水位相当。
2物探勘察结果
通过对所观测的微分电阻率测深ρs曲线的推断解释, 该桥位处岩溶反应不甚明显, 沿岩体层理间有厚度不大的ρs低阻异常, 其应为岩石风化软夹层所致, 但不排除其被溶蚀作用复合作用的可能, 经钻探验证, 证实了此推断。由于测区地形较平坦, 具备探测条件。断层在联合剖面上一般反映为低阻正交点, 据此就可以判断是否存在断层以及断层产状, 发现该场地AK0+788右8 m附近存在有断距很小的断层, 钻探证实为宽不足1 m局部小断层。
3综合勘察成果
根据对工程地质调查测绘、物探、钻探以及以前进行的勘察成果资料、施工挖桩反映情况多来源信息去伪存真的综合分析, 可以认为, 桥位区断裂构造基本不发育, 岩溶亦不甚发育, 该场地主要的工程地质问题是基岩层间由泥质岩成分剧烈风化形成的软夹层。
由于场地岩石在成岩过程中, 所处的沉积环境相对不稳定, 相变频繁出现, 导致组成岩石的颗粒相间变化, 表现为砂岩、含砾砂岩、粘土层、砾岩相间出现, 胶结物成分有时以硅质为主, 有时为泥钙质, 局部则主要为泥质, 其中泥质成分抗风化能力较差, 钙质次之, 硅钙质则较强, 形成沿层的差异风化。风化严重的泥质岩已接近土状, 在地下水长期浸泡下十分软弱, 并因地下水动力潜蚀局部变得疏松。挖孔桩施工, 抽排桩井地下水, 形成巨大的水头差, 更加剧了潜蚀作用, 部分软夹泥被抽空, 形成桩与桩之间连通“管道”, 反过来加大了施工排水难度。施工中, 大部分桩孔在4 m～5 m深度左右, 地下水尤其丰富, 这是因为场地卵石层下, 普遍存在一层风化剧烈的强风化-残积土层, 其厚度一般1 m左右, 该层具有遇水软化的特点, 其下伏弱风化岩石构成一隔水层, 该层面均在4 m～5 m左右, 故其上强风化-残积土层在动水头作用形成流土后, 地下水在该深度附近积聚, 受河水补给, 源源不断。
桥位处基岩中不良工程地质软夹层虽厚度一般不大, 但因其往往多层分布, 且由于岩体产状较为平缓, 故其范围较大, 其对桥梁桩基承载性能有一定负面影响, 也对挖孔桩施工带来较大困难。
4工程地质评价
4.1 场地稳定性评价
如前所述, 本桥位区位于双溪口背斜之北西翼边缘, 构造挤压作用相对较弱, 无大型断裂构造通过桥位场地, 仅有小型断裂由场地附近通过。断裂对场地基岩影响微弱, 仅有局部揉皱及岩石上擦痕等微观构造作用痕迹。场地内基岩岩溶也不甚发育, 且其规模较小。另外, 未见其他影响场地稳定性的不良物理地质现象, 场地稳定性较好。
4.2 地基稳定性评价
桥位区第四系覆盖层较薄, 基岩是该桥位标准桥墩、台、基础较理想的地基。本桥位墩、台基础采用桩基是可行的。但是因基岩中存在着泥质岩完全风化薄层, 其长期处于地下水位以下, 形成软夹层, 且呈多层分布, 当在一桩一勘察孔的指导下, 桩端奠基标高之下, 仍难以避免软夹层时, 可以采用预埋管后压灌浆法, 对软夹层进行置换和固化, 确保桥梁基础安全。
4.3 基础施工措施
(1) 该桥梁墩、台基础设计为嵌岩桩, 现施工单位对河中桩基拟采用机械钻 (冲) 孔成桩, 陆上部分采用人工挖孔成桩。原则上, 两种施工方式都是可行的。但是因地下水具有承压性, 地下水补给路径短, 基岩中节理发育, 连通性好。尤其是因场地岩层倾角较缓, 间有泥质胶结风化强烈的成层软夹层, 该夹层长期浸水, 十分松软, 在人工挖桩抽水, 巨大的水压差情况下, 形成“泥流”, 从而进一步沿层面形成空洞, 最终形成桩与桩之间的管状水通道, 加大了挖孔成桩难度。从目前看, 多桩同时抽水及注浆堵漏的情况下, 人工挖孔尚能进行。但是若人工挖孔施工难度确实太大或综合投资高于钻 (冲) 孔桩时, 建议改为机械钻 (冲) 孔桩施工。
(2) 桩基施工建议加强地质描述工作, 并将地质异常信息反馈设计, 以便设计处理。
(3) 对桩端奠基标高之下, 仍难以避免的软夹层, 可以采用预埋管后压灌浆法, 对软夹层进行置换和固化处理。
5结论与建议
(1) 本桥位区不存在规模较大的断裂构造及其他不良地质现象, 场地稳定, 适宜兴建拟建桥梁。
(2) 造成挖孔桩施工排水困难的原因是:基岩中泥质成分强烈风化带饱水松软, 被施工降水高水头管状抽空, 成为管流, 地下水的补给路径愈发畅通, 从而排水难度较大。其实质是“软夹层”引起的问题, 而不是起因为断层破碎带和岩溶的问题。
(3) 设计对该桥墩、台基础采用嵌岩灌注桩是可行的。各桩基奠基高程, 设计院已根据原桩基勘察报告作了设计, 我们建议对桩端奠基标高之下, 难以避免的软夹层, 采用预埋管后压注浆法, 进行置换和固化处理, 确保桩基安全与沉降符合要求。
(4) 采用人工挖孔的桩, 若综合投资或施工难度太大, 可以改为机械钻 (冲) 孔桩。
摘要：通过对某高速公路某桥疑似岩溶区的工程地质勘查, 综合工程地质调查测绘、物探、钻探以及以前进行的勘察成果资料、施工挖桩过程中所反映的情况, 排除了岩溶的可能性, 并对该桥位区的施工提出了建议。
关键词：高速公路,岩溶,工程地质
参考文献
[1]凌治平.基础工程[M].北京:人民交通出版社, 1986.
[2]JTJ071-1998, 公路工程质量检验评定标准[S].北京:人民交通出版社, 1998.
[3]JTJ064-1998, 公路工程地质勘察规范[S].北京:人民交通出版社, 2000.
[4]JTJ024-1985, 公路桥涵地基与基础设计规范[S].北京:人民交通出版社, 2001.
岩溶问题 篇6
关键词：岩溶地区,桥梁工程,冲孔灌注桩,施工技术
0前言
岩溶地区的地质条件非常复杂, 水文情况也很复杂, 在施工的过程当中应该做到具体问题具体对待。对于导致施工质量的问题必须要慎重考虑, 冲孔灌注桩是借助于冲锤的冲击力量把土层或者是岩土打碎, 借助于泥浆循环出渣来达到进尺成孔的效果。冲孔灌注桩承载能力比较强, 具有着非常高的稳定性, 因此其在地质情况较为复杂的桩基础当中得到了非常广泛的应用。然而, 在经过了冲孔桩不断的冲击之后, 会导致孔径的扩大, 所以应该结合实际的情况, 选用最为有效的方式来施工, 在保证工程质量的基础上, 创造更加好经济效益。
1 工程实例
某岩溶地区特大桥采用钻孔灌注桩施工。该桥全长1 507 m, 设计墩柱处桩196根, 桩径1.7 m, 桩长52 m;桥台处桩16根, 桩径1.3 m, 桩长30 m。设计钻孔灌注桩采用C30抗硫酸盐混凝土。该大桥桩混凝土总灌注量为23 900 m3。桩基施工拟采用旋挖钻机, 泥浆护壁成孔, 钢筋笼在预制场预制加工, 需在现场分段接长, 分段运至施工现场, 吊车配合在孔口接长。该地区的断层是由于东南侧岩脉的侵入, 受断层挤压和侵入岩脉热液作用的影响, 使岩体产生裂隙, 成为地下水的良好通道, 特别是可溶性的硬质岩石破碎带或侵入岩脉形成的可溶岩与非可溶岩接触带附近, 可溶岩一侧是地下水活动较强烈地段, 导致岩溶发育。
2 工程地质情况
场地内有断层的通过东南侧岩脉侵入, 受断层挤压和侵入岩脉热液作用的影响, 岩体裂隙发育成为地下水的良好通道, 特别是可溶性的硬质岩石破碎带或侵入岩脉形成的可溶岩与非可溶岩, 接触带附近可溶岩一侧是地下水活动较强烈地段, 导致岩溶发育。根据钻孔揭露, 场地内岩土层结构主要为人工回填土、杂填土、粉质黏土、粉砂、卵石、含角砾粉质黏土、泥质卵石、泥质砾砂、次生红黏土、砂岩残积黏性土、强风化砂岩等。
3 岩溶地区桥梁冲孔灌注桩施工技术
3.1 钻孔前预注浆
对于部分溶洞特别大而且特别多的区域, 冲孔灌注桩施工避免不了会出现偏孔问题, 可以对其进行注浆处理, 之后再充分利用泥浆本身具有的流动特质, 来填充裂隙及溶洞。其中关于注浆的注意事项有以下几个: (1) 实施注浆施工时, 通常是自上而下封闭分段注浆, 之后由孔口进行注浆, 浆液冷凝之后, 再向下钻进, 发现漏浆底层以后, 再将以上步骤重复实施, 一直到设计出孔底方可; (2) 在钻孔压浆时, 应先对深溶洞进行处理, 之后才是浅溶洞, 同时按照钻孔的中心位置以规定好的顺利对其进行处理; (3) 布置注浆孔的时候, 通常是在桩侧四周或者是围绕钻孔中心的范围, 一旦发现地质异常的情况, 应该及时增加注浆孔; (4) 选择注浆设备或者是质量较好的注浆机, 注浆压力通常都在0.2~0.7 MPa之间; (5) 注浆液大多数都是选用纯水泥浆或者是黏土水泥浆, 具体按照实际情况来确定; (6) 结合施工的实际地质情况, 选取质量合适的地质钻机, 每根压浆桩最多补钻四个探孔, 以此来作为注浆孔, 应结合详尽的地质资料来进行施工步骤。
3.2 钻孔过程中溶洞的处理
3.2.1 护筒跟进
对于那种规模相对而言比较大的溶洞, 在溶洞的上面会有着非常厚的砂砾层或者是半填充的溶洞, 为了能够防止因为泥浆的流失而导致孔壁坍塌, 在实际的施工阶段, 还融入了护筒跟进的补救方案, 主要的施工步骤为:将不大于1m的钻头扩大到1.2 m以内, 钻至溶洞上部大约1 m的地方, 将钻头提起来, 借助于钻洞锤将壁厚为8 mm、内径为1.2 mm的钢护筒锤砸在孔底, 然后进行锤砸, 待到将溶洞砸穿才可以停止。护筒跟进的具体措施需要结合填充物的实际情况、溶洞的具体层数与大小做出决定;在大护筒的内部还有一个小护筒, 在进行开钻以前, 必须要对实际情况有一个清晰的了解, 进而再确定护筒的具体层数与护筒的壁厚以及直径。通常情况下, 单护筒都是分层成孔的。
3.2.2 黏土块加片石冲击成孔
1) 对斜面岩进行处理, 通常情况下, 斜面岩都在弱风化、全风化与黏土交接的地方出现, 并且十分容易发生卡钻现象, 在施工进入弱化层以前, 建议首先进行小冲程实施工程, 对钢丝绳进行检查, 检查其是不是一直处于垂直的状态, 如果出现斜孔的现象, 必须第一时间采取积极有效的措施加以处理, 比较实用的方法是回填片石和黏土的方法, 借助于小冲击锤来冲击, 一直反复地冲击, 直到处理结束;在穿越溶洞的过程当中, 应该尤其注意钢丝绳的具体情况, 通过对钢丝绳进行观察, 来判断有没有出现歪钻的情况, 一旦出现歪钻的情况, 必须要及时的根据规范的比例进行素混凝土的填充处理;如果发现溶洞内部的填充物是淤泥或者是软弱性的黏性土, 当施工人员进入到溶洞以后, 一定要往孔的内部投放片石或者是黏土块等物品来达到固定孔壁的作用, 防止孔壁坍塌造成事故。
3.3 钢筋笼吊放施工
岩溶又称为可溶性岩石, 岩溶地区最大特点就是当含有二氧化碳的流水溶蚀后会产生沟槽或溶洞, 地下常有暗河溶洞, 构造裂隙发育, 岩体被切割强烈, 其地质构造的复杂性, 对施工造成一定的难度。在吊放钢筋笼前, 为确保钢筋笼下方有足够的保护层, 需在钢筋笼上绑扎砂浆垫块。吊放钢筋笼时应对准孔位, 扶稳缓慢下沉。当钢筋笼放至设计位置时, 及时固定, 防止上浮。钢筋笼吊放还需注意以下事项:为了防止钢筋骨架在运输以及施工中发生变形的问题, 应在钢筋骨架的内侧每隔3 m设置一道加强箍, 加强箍在钢筋笼下放时拆除, 以免影响混凝土施工时导管的安放;另外, 为确保钢筋笼起吊时不发生变形, 起吊时顶端吊点采用扁担梁下挂两根吊索, 根部采用一根吊索, 吊点处设置弦形木吊垫与吊索捆连;起吊时, 先起吊顶部吊索, 后起吊根部吊索, 使平卧变为斜吊。根部离开地面时, 顶端吊点迅速起吊至90°, 之后拆除根部吊点及木垫, 最后垂直吊入孔安装;在顶面设置钢筋笼限位骨架支撑并焊接在钢护筒内壁上, 以防止钢筋笼偏位以及在混凝土浇筑过程中上浮。钢筋笼吊放施工示意图见图1。
3.4 裂隙的处理
对于部分岩土地区, 特别是在灰岩地区, 最常出现的地质问题为漏浆问题, 在出现漏浆问题的时候, 应该尽可能的在探孔的内部罐上慢慢的止水, 然后再用水泥与黏土的填充进行处理, 借助于钻锤进行钻孔的挤压处理, 封堵好孔壁周边的溶洞以及裂缝。
3.5 灌注中注意事项
在岩溶地区钻孔灌注水下混凝土的方式方法与其他的地区是相同的, 在实际的施工阶段, 要注意下列几个方面的内容:在埋导管时, 应该尽量埋深一点, 主要原因是在钻孔的内部混凝土达到规范的高度以后, 裂缝和混凝土之间的平衡压力会被破坏, 会出现混凝土下沉的现象, 在这样的情况下, 将会造成断桩现象的出现。
4 结束语
在岩溶区域进行钻孔灌注桩施工之前, 要关注技术方案的预控, 来保证方案的科学性、可实施性与合理性。在实际的施工阶段, 要结合岩溶具体的填充状况与具体发育程度, 选择使用回填黏土块夹片石、长钢护筒跟进以及提亲预注浆等方法进行, 对于斜岩比较容易出现偏孔的地方, 则应该尽量地选择硬度基本相同的片石来纠偏;在钻孔当中出现溶洞的情况下, 就要回填黏土块来不断的冲砸, 顶层覆盖层为砂土, 比较容易形成塌孔, 在这个时候就应该通过利用长钢护筒跟进的方法来加以处理。
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参考文献
[1]周庆, 郑吉成, 李君, 赵继平, 孙海松.钻孔灌注桩施工常见故障和处理对策[J].施工技术, 2012, 42 (1) :28-31, 35.
[2]焦映辉, 赵应朝.钻孔灌注桩常见事故原因分析及预防措施[J].施工技术, 2011, 41 (13) :51-53, 68.
[3]马伟侠.桥梁钻孔灌注桩施工质量控制关键浅谈[J].科技创新导报, 2013, 10 (11) :109.
岩溶问题 篇7
关键词：岩溶,溶洞,基坑突涌,高层建筑,工程地质
岩溶,原称喀斯特,是原南斯拉夫西北部沿海一带碳酸盐岩高原的地名,那里发育着各种碳酸盐地形。19世纪末,南斯拉夫学者J·C vijic研究了喀斯特高原的奇特地貌,并把这种地貌叫喀斯特。我国学者把凡是以地下水作用为主、地表水为辅,以化学过程(溶解和沉淀)为主、机械过程(流水侵蚀和沉积、重力崩塌和堆积)为辅,对可溶岩石的破坏和改造作用都叫岩溶作用。岩溶作用及其所产生的水文气象和地貌现象统称岩溶。
我国石灰岩分布面积为1 300 000 km2,约占全国总面积的13.5%。西南地区包括广西、云南、贵州碳酸盐岩出露十分广泛,面积达550 000 km2,占该地区面积的50%以上,占全国石灰岩分布面积的42.3%,该地区岩溶十分发育,研究岩溶问题具有十分重要的意义。由于岩溶区独有的水文特征和地貌特征,在该区工程活动中,会遇到非岩溶区没有的工程地质问题——石芽地基、溶洞地基、基坑突涌问题。
1 岩溶区高层建筑地基破坏机理
1.1 石芽地基
由于地表岩溶作用,石灰岩表层溶沟发育,纵横交错的溶沟之间多残留有锥状或尖锥状的石芽,使石灰岩基面高低不平,形成石芽地基。石芽间的溶沟通常被土填充,厚度一般小于10 m。而高层工业与民用建筑物的地基既涉及上覆盖土层,又涉及下伏基岩。岩溶区土层的特点是孔隙率比较高,因此石芽地区常见的工程地质问题是地基不均匀和不当开挖导致基坑边坡失稳。
如果在深基坑开挖前的勘察阶段对隐伏在土层下的石芽没有勘察清楚,而按照普通土层地基进行开挖,坡角按照上覆土层进行计算,沿虚线进行开挖。由于边坡土层与石芽间存在裂隙,很可能在开挖过程中就发生滑坡。若开挖后有降雨更易发生滑坡。现行深基坑支护设计时,大多使用土钉支护代替过去使用的锚杆支护。而土钉设计规范尚未出台,一般多把土钉的设计按照锚杆计算,未考虑钉土的相互作用,设计比较保守,浪费了不少材料。设计土钉的长度及密度时,多运用条分法对基坑边坡上部加长加密,在有些工程中边坡坡角处出现变形破坏。
1.2 溶洞地基
岩石裂隙发育的石灰岩,在地下水的作用下容易发育为形态各异、规模不同的溶洞。溶洞地基的稳定性取决于溶洞的规模、埋深及充填情况等。当溶洞规模大、埋深浅,而溶洞上有桩基础形成集中荷载时,溶洞顶板会承受不了上部传来的荷载,出现溶洞顶部坍塌、地基失稳。当建筑物地基遇到溶洞时,可视溶洞的规模及充填物情况进行适当处理:规模小,可采用清除或堵塞,或盖板跨越;规模大,则不宜作为建筑物的地基。
但是溶洞顶板安全厚度极限应该是多少,由于影响岩层安全厚度的因素众多,我国现行设计规范尚未对此有明确规定。建筑桩基技术规范规定,当存在软弱下卧层时,桩基以下硬持力层厚度一般不宜小于5倍桩径。工程中遇到溶洞,人们一般借用此条规定。然而随着大直径人工挖孔灌注桩在桩基中日益广泛的应用,5倍桩径的条件难以满足大多数工程。
1.3 基坑突涌
当基坑下伏有承压含水层时,开挖基坑减小了顶部隔水层的厚度,当顶部隔水层较薄经受不住承压水水头压力作用时,承压水的水头压力会冲破基坑底板,造成基坑突涌。对于基坑突涌原则上以疏导为主。但在岩溶区,岩体中有许多裂隙、管道和溶洞,在进行深基坑开挖时,若承压水是富水优势断裂发育的岩溶水,地下突水速度快、水量大。若在基坑周围用水泥灌浆做垂直防渗帷幕后再进行基坑排水时,会因水量过大造成浆液大量流失。不仅施工成本大幅上升,而且严重影响工期。
2 解决途径
2.1 石芽地基可边开挖边土钉加固
由于石芽地基的特殊性,在详细勘察的基础上,充分考虑石芽对周围土体的支挡作用,石芽被开挖的过程即是周围土体应力释放的过程。运用新奥法思想,对下部有石芽的地基进行边开挖边用土钉加固,尽量在土体应力未释放前加固完毕,其加固措施如下:1)基坑上部土体土钉长度为最长,间距应加密。由于基坑上部土体往往是填土,没有固结,而且经常有各种形式的荷载存在,用土钉加密可使松散填土程度提高。土钉加长是因为基坑上部土钉墙所受水平推力对基坑底部的倾覆旋转力矩最大,只有加长、加密土钉才能增强抗倾覆能力。2)在基坑底部要加长土钉并尽可能加密土钉。基坑开挖过程实际上是土体中应力释放的过程,即便是边开挖边加固,上部还是会有应力释放。在基坑底部的坡角处恰好是应力集中区;越接近基坑底部压力越大,土体越密实,开挖造成的次生应力越大,从而使潜在滑移面上的剪应力越大。只有加长加密土钉才能使边坡与未扰动的槽底相互连接,达到稳定。
2.2 溶洞地基顶板安全厚度的确定
岩溶区岩层受力情况复杂,影响因素很多。一般认为有岩溶发育及岩层节理裂隙发育程度、溶洞跨度、上部荷载、上覆土层侧摩阻力等。根据具体情况可采用以下方法:
1)对溶洞上部有桩、洞顶岩层完整的溶洞,桩端岩层厚度可采取3倍桩径并不小于3 m。此法已有多个工程采用,经监测抗拉、抗剪应力仅达到岩体抗拉、抗剪强度的40%～50%。2)对溶洞上部无桩、洞顶岩层完整的溶洞,顶板安全厚度采用厚跨比法确定。即认为溶洞顶板厚度h与建筑物跨过溶洞的长度L之比h/L>0.5时,溶洞顶板安全。3)溶洞顶板不完整、出现洞顶坍塌,溶洞直径较小可用大跨度梁板跨越,溶洞直径较大则考虑顶部钻孔灌碎石混凝土再进行梁板跨越。4)溶洞顶板极不完整、出现洞顶坍塌,溶洞直径较小可用大跨度梁板跨越,溶洞直径较大则考虑顶部钻孔灌碎石混凝土再进行梁板跨越。
2.3 早强水泥帷幕灌浆、排水,防止基坑突涌
根据勘察资料估计发生基坑突涌的可能性。假设基坑底部岩层间粘结力弱,有基坑底层与承压水头平衡关系式:
γM=γwH。
其中,γ,γw分别为岩层和地下水的重度;H为相对于含水层顶板的承压水水头值;M为基坑底部岩层的厚度。
如果M≥γwH/γ,不会出现基坑突涌;如果M≤γwH/γ,将会出现基坑突涌。若岩溶水量过大,为防止大量抽水可能导致相邻建筑物出现地基沉降,必须采用基坑周围防渗帷幕灌浆再排水方法。为防止浆液的大量流失造成灌浆失败,可采用以下处理方法:1)采用高浓度浆液(0.5∶1),实施高压灌浆,使浓浆迅速初凝;2)采用间歇灌注的方法,少灌多复,让浆液灌孔周围凝固,提高浆液利用率,防止浆液大量流失;3)实施扩孔,将砂粒、小碎石灌入充填到溶洞中,再在浆液中掺入添加剂。如粉煤灰、水玻璃、重晶石粉等,其目的在于提高浆液的稠度,缩短初凝时间。
3 结语
岩溶区出现的工程地质问题有很多,本文只对一些常见的问题提出一系列具体解决方案,以上解决方案都经过工程实践,具有一定的参考价值。
参考文献
[1]GB 50007,建筑地基基础设计规范[S].
[2]JG 94-94,建筑桩基技术规范[S].
[3]韦清轶,林宣伟,周亚.岩溶地区工业建筑基础的设计与施工[J].中国水泥,2006(9):70-71.
[4]丁坚平,高均昭,周丕康,等.岩溶地区不整合地层系统地基评价[J].地球与环境,2005(8):430-434.
[5]Goodman R.E.Introduction to Rock Mechanics[M].New York:John Wiley and Eons,1980.
[6]孙家齐.工程地质[M].武汉:武汉理工大学出版社,2003.
谈中国岩溶与秦岭岩溶的基本特征 篇8
关键词：中国,岩溶,秦岭岩溶,基本特征
秦岭总体处于南缘扩张拉开, 以致出现有限勉略洋盆, 而北缘商丹带正在慢速收敛会聚, 两者统一控制着这时期的秦岭板块构造碰撞造山进程。秦岭在板块俯冲碰撞主造山之后, 并未平静稳定下来, 而是又发生了强烈板内造山作用。所以今天的强大秦岭山脉是在主造山期板构造所奠定的基本构造格架基础上, 由中新生代强烈陆内造山所造成。
1 中国岩溶分布的基本特征
全球发育有岩溶的地区将近5000万平方千米。我国岩溶面积超过300万平方千米, 占国土面积近1/3。秦岭的碳酸岩系分布狭窄, 面积小, 其特点是厚达数千米, 普遍经历程度不同的变质作用, 且常具碎屑岩夹质或互层, 厚度及岩相变化均比较显著, 以晚古生代碳酸岩系为主。
威尔逊于1975年提出了一个理想的典型碳酸岩相带模式, 自深水向岸方向他依次划分了9个相带, 对各相带的岩性、颜色、颗粒类型和沉积结构、成层情况及沉积构造、陆源碎屑混入物或夹层、生物群、次级沉积体及典型微相等方面予以概括。
秦岭东西向延展, 横亘中国中部, 是中国地理景观上南北分界山脉。由于秦岭挡住了东南潮湿气流的北上和北方寒流的南下, 该处年均降水量一般为800~900mm甚至1000mm以上。因此, 对中秦岭那些零散分布的各个岩溶区说来, 既有较多的大气降水, 又有来自非岩溶区的丰富的外源水, 从而在某些地点发育了峰丛洼地和多种岩溶形态。
东秦岭及大巴山北麓地区地表岩溶现象远较西部丰富, 由于水系发育及其切割, 在河流两侧的山地中, 沿着条带状分布并受同方向断裂切割的碳酸岩系中发育了串珠状溶斗, 并逐渐形成了底面起伏的条形溶洼。地表所见洞穴规模大者并不亚于中国南部。但地下洞穴并不发育, 这与近代地壳隆起强烈有关。
薛祥煦等研究了秦岭东段晚中生代以来的古生物、地层、盆地发育及环境变迁, 提出秦岭自印支运动褶皱回返后, 直到古近纪, 甚至新近纪, 虽一直都在持续抬升, 但抬升的幅度不大, 直到第四纪早更新世末或中更新世初才急剧抬升, 从而越来越明显地成为中国南、北动物群交流的屏障, 另外, 根据秦岭北坡哺乳动物群的时代及溶洞相应的高差推知, 秦岭东段在早更新世晚期至中更新世的抬升速率为0.11~0.16mm/a。在0.5Ma B.P.年以来的不同时段, 秦岭的抬升是波动式的, 时强时弱, 时快时慢。同时还看出, 中更新世以来秦岭抬升速率的总趋势是时代越新抬升速率越大, 特别是从中更新世晚期开始, 这种越来越强的趋势更为明显。这与青藏高原在新生代以来的剧烈抬升, 尤其是近些年来实测得到的抬升速率竟高达10mm/a的趋势几乎是一致的。这也进一步说明秦岭的抬升与青藏高原的抬升有极其密切的关系, 但青藏高原抬升的幅度及速率比秦岭的要高, 这可能与青藏高原是抬升的主体或中心地区有关。
浅-次深海相沉积模式为:位于大陆架和大陆坡两个古地理单元之上, 包括浅海和次深海两种海域。沉积相以盆地相、斜坡相组合较常见, 往往与陆棚相毗邻。盆地相为陆架小的深水相, 以暗色含碳泥岩、粉砂岩、硅质岩为主, 夹薄层泥晶-微晶灰岩, 常见浮游生物;斜坡相位于陆棚外侧或大陆斜坡位置, 常发育高、低密度流堆积, 岩性为具复埋石韵律的粉砂岩、泥板岩及碳酸盐岩, 有时出现火山岩, 沉积厚度大, 岩性岩相变化复杂。
2 金丝峡地质公园的岩溶特征
根据《陕西省区域地质志》, 在早震旦纪山阳一凤镇断裂以北, 属秦岭古陆的范围。在山阳一凤镇断裂以南, 为浅海、次深海相沉积, 海侵方向为东南向西北。晚震旦世, 北秦岭为初始洋盆, 商丹断裂已经形成, 并形成南秦岭裂谷盆地与北秦岭初始洋盆的分界, 商南县城以北为北秦岭初始洋盆, 商南县城以南为南秦岭裂谷盆地, 沉积的岩性为滨海相砂砾岩、页岩、白云岩。
晚震旦世地层主要为陡山坨组和灯影峡组。
2.1 陡山坨期。
与早震旦世相比较, 陡山坨期地壳正处于由不稳定向稳定的转化阶段, 但仍然是地形差异较大, 可能还有微弱的火山活动。当时陕西的地势基本处于北高南低的局面, 海水沿汉南古陆两侧由西南和东南侵入本省南部地区, 形成紫阳海盆和勉略宁海盆, 商南一山阳之南, 基本上为开阔的浅海, 未形成明显的沉积中心。
在柞水、山阳、商南一带形成滨岸相带。北面紧邻秦岭古陆, 受构造差异运动的影响, 沉积极不稳定。当时正处于大规模海底喷发之后, 加上蚀源区供应充足, 下段为含火山碎屑的砂岩、泥砂质灰岩、凝灰岩、凝灰质千枚岩, 底部含砾。上段为泥-微晶灰岩、白云岩、白云质灰岩夹少量泥质岩, 具典型正常海进序列, 下部为滨岸粗碎屑沉积;向上渐为近滨环境。商南石柱河至郧西黄云铺等地, 下段的碎屑岩变薄, 以白云岩组合为主, 故可能逐渐转为台地相沉积。
2.2 灯影期。
海侵方向仅根据区域地质及古生物特征推测仍是由西南和东南两个方向而来, 海域的北界大致在山阳及商南一带。但与早震旦世相比, 海底地形及周围地势已趋于平缓, 陆源物质减少, 主要以内源藻类碳酸盐建造为特征, 岩相比较单一, 基本代表了浅-滨海环境。在山阳、商南一带, 岩性为浅灰包微-泥晶白云岩及叠层石白云岩、叠层石白云岩主要为缓弧状叠层石 (即虫蚀白云岩) 或波纹藻白云片。
寒武纪省域内南侧秦岭海受古构造背景的制约, 形成比较纷乱的古地理景象, 有海盆和陆棚, 也有古陆或古老地块, 沉积相也比较复杂。早寒武世基本上可划分为两种沉积类型:一种代表稍深水的半封闭式的盆地沉积;另一种则代表浅水或极浅水陆棚和台地沉积。
位于秦岭古陆南侧商南、山阳一带为浅海陆棚相沉积, 晚期渐转化为潮间环境。主要为含碳的泥质岩、粉砂岩夹硅质和铝土质页岩, 含磷结核、钒、钼、铀、铜等元素, 剖面的上部往往为灰岩或含生物屑灰岩。商南—镇安一带, 主要为白云质灰片和白云岩, 局部见行紫红色砂、页岩及燧石结核, 生物极少。
从上述地质历史时期的沉积过程分析, 公园属地的沉积是一个不连续的沉积过程。从晚元古代的震旦纪到早古生代的晚奥陶世, 为一个基本连续的沉积过程, 商南片区缺志留纪地层, 表明在志留纪公园属地上升为陆, 沉积停止, 公园内的古溶洞大致也应是此时期形成。
晚古生代的泥盆纪、石炭纪, 是海侵全盛时期, 在板块运动及区域构造作用下, 柞水—商南一线沉积巨厚, 表明公园属地商丹断裂以南再次沉人海中, 形成公园属地的二次沉积过程。中生代晚期白垩纪、新生代早期第三纪, 公园属地接受河湖沉积, 形成今天商南至富水的第三纪红层。
参考文献
[1]王之田等.地质环境论[M].北京:冶金工业出版社, 1994.
岩溶问题 篇9
岩溶洼地 (karst depression) 是由岩溶作用形成的底部平坦, 面积较大, 利于耕种的封闭负地形[5], 是岩溶发生旱涝灾害的典型地区。本文以云南省块所岩溶洼地为例, 以岩溶水文循环系统为基准, 分析岩溶洼地岩溶旱涝致灾规律, 提出工程治理思路, 为岩溶区水安全提供技术支撑, 使岩溶区水资源开发和岩溶生态环境保护更具科学性。
1 基本概况
研究区位于滇东北, 属北亚热带季风气候, 绝大部分地区属暖温带高原季风气候。年温差小, 日温差大, 干湿季节分明, 气候垂直变化明显, 河谷地区气温高、降雨量少;年平均气温约为12.1~14.4℃, 年降水量约为887.0~1 211.9 mm, 约有90%的年降水量集中在5-10月份。研究区内有海堂河, 由南东流向北西, 并穿过块所岩溶洼地, 经八哥洞伏流入口, 向北西方向的牛栏江排泄。
块所岩溶洼地受岩溶、地形地貌和形态控制, 属于构造-溶蚀-侵蚀地貌。受北东~北北东向构造控制, 构成岭谷相间、平行排列的向斜山谷、背斜山谷、单面山地形。山体碳酸盐岩地层与非碳酸盐地层呈条带或夹层展布, 坡面溯源侵蚀较强烈, 崩塌、坍滑等物理地质现象常见。最高点位于关家大山, 高程为2 186.1m, 最低点位于八哥洞伏流入口处, 高程为1 945m, 块所洼地北西方向为牛栏江, 河床高程为1 673m (图1) 。
1.1 岩溶发育特征
研究区范围出露各碳酸盐岩地层。根据岩性、岩溶发育条件和岩层结构特征, 把地层划分为均匀状纯碳酸盐岩层组、间层状纯碳酸盐岩层组与碎屑岩碳酸盐岩互层岩组三大类。
一类为均匀状纯碳酸盐岩层组, 岩组以灰岩、白云岩、白云质灰岩或白云质斑块灰岩等为主, 岩性纯、厚度大、分布连续, 岩溶作用过程中溶蚀速度最快, 岩溶最发育, 沿层面或构造破裂带易形成规模较大的溶洞-管道-管缝状岩溶系统, 在这类岩组分布区, 地下水常以不均匀的洞-管-缝型赋集为主;二类为间层状纯碳酸盐岩层组, 该层组纯碳酸盐岩连续沉积的单层厚度比大于90%, 不纯碳酸盐岩的比重增大, 单层厚度比一般小于10%, 岩溶较为发育, 地下水常出在洞穴-溶隙型岩溶水系统中;三类为碎屑岩碳酸盐岩互层岩组, 主要为碎屑岩夹不纯碳酸盐岩, 可溶岩溶蚀程度不高, 碳酸盐岩厚度比, 一般为30%~70%, 而碎屑岩厚度比则为70%~30%, 岩溶发育极微弱或不发育, 地下水赋存于岩溶裂隙、孔隙和线缝中。
三大类碳酸盐岩地层发育的溶洞、管道、裂隙和孔隙等特殊地下岩溶含水介质体的多重组合与复合, 构成研究区特殊的地下输蓄水空隙空间, 构建了岩溶多重介质环境生态脆弱的基础, 致使该区旱涝灾害频繁。
1.2 八哥洞伏流
八哥洞伏流进口位于菱角塘乡西南方向八哥洞村附近, 伏流长约7km。洞口宽约10m, 高15m, 深达数百米, 洞口底高程为1 945m。发育在灰岩地层中, 岩溶发育强烈。调查时, 处在旱季, 流量较小, 大于250L/s, 水位高程为1 972m;洪水期, 水位高程为1 995m左右, 洪水流量达10m3/s以上。水位、水量动态变化很大, 主要受降水影响和控制。
从八哥洞至红瓦房, 地处断层影响带, 山前岩石强烈破碎, 沿NE向断裂派生的次一级横向断裂, 裂隙十分发育, 沿断裂带的两侧有纵、横交错的溶沟、溶槽、溶缝等岩溶地貌。八哥洞谷地是岩溶内涝重灾区, 也是岩溶洼地最大的地表水排泄区, 并沿NW向的牛栏江排泄。
1.3 块所岩溶洼地
块所岩溶洼地范围下伏地层均为均匀状纯碳酸盐岩层组, 该岩组为本区分布最广、厚度最大、富水性最强的含水岩层, 多年平均地下水径流模数达19.0L/ (s·km2) , 岩溶发育十分强烈, 以垂直溶隙、切层裂隙、水平管道及溶洞等为主。沿洼地四周及谷坡边缘, 形成深度为10~30m的表层岩溶带, 该带地下河管道以上约300m深度内, 为强岩溶发育带。块所洼地形态如字母“U”, 开口向北东, 平均宽约为1km, 面积达14km2。在洼地的北东段, 谷地宽阔、平坦, 洼地边缘发育了大小数十处落水洞、消水洞、竖井、溶潭、伏流进口等岩溶地貌形态。洼地底部为第四系地层, 主要为残坡积层、冲洪积层、冲湖积层成因。岩性为粉质黏土、粉土、砂卵砾石、淤泥质土等, 厚度介于0.5~1m之间 (图1) 。
1.4 红瓦房落水洞
红瓦房落水洞位于八哥洞北东方向约2 000m坡脚下方, 洞口高程为1 935m, 发育在C1地层中。由于位置较低, 附近地表水集中汇入, 消水不畅形成深潭状。目前, 矿山安装二台抽水机抽水, 供矿山生产、生活用水, 出水量达50m3/h以上, 水位变幅10m左右, 水量丰富, 动态变化比较稳定。
菱角塘-八哥洞一带特大型的块所岩溶洼地的形成, 不仅与新构造运动、地形产生剧烈的抬升等作用有关, 而且沿谷地边缘发育一系列的消水洞、落水洞、伏流进口等岩溶个体形态, 均形成于地形相对低洼处, 这些地段有利于地表水和地下水集中汇流、冲刷、侵蚀等作用。枯水期, 这些消水洞、落水洞均无水。
1.5 海堂河
研究区内有一条河, 名为海堂河。由南东流向北西, 并流经块所岩溶洼地, 穿过洼地长约3km, 近平缓流向八哥洞, 并经八哥洞伏流向北西方向的牛栏江排泄。海堂河流量受降水控制, 旱季流量较小, 为260L/s, 特大干旱则无水量, 水位较低, 高程为1 972m;洪水期, 水位高程1 995m左右, 洪水流量达20m3/s以上, 水位、水量动态变化很大。
1.6 水文气象
块所岩溶洼地地处滇东北, 属暖温带高原季风气候。干湿季节分明, 气候垂直变化明显, 河谷地区气温高、降雨量少;年降水量约为887.0~1 211.9mm, 约有90%的年降水量集中在5-10月份。该区经常出现春旱, 丰水期降水常常快速汇流成地表水流, 向岩溶洼地集中汇流, 最终汇流到块所岩溶洼地最低点八哥洞, 由于八哥洞泄洪量有限, 洪水暴涨水量增大了八哥洞岩溶地下管道的排水压力, 致使洪涝灾害形成。
2 块所岩溶洼地水文循环特征
块所岩溶洼地范围补给 (“源”) 为海堂河流流量、大气降水、岩溶裂隙水。径流 (“流”) 分为地表径流和地下径流。地表径流为降水和海堂河水, 降水径流范围为洼地范围, 约为14km2;海堂河在洼地内径流长度约3km;地下水径流空间为广泛发育的岩溶裂隙、孔隙, 总体径流方向为南东向北西方向, 径流空间受岩溶地层倾向和岩溶发育强度控制, 径流空间大。排泄 (“场”) 分为地表水和地下水, 地表水向岩溶洼地最低点八哥洞排泄, 空间和时间受限制, 地下水由南东向北东排泄, 最终进入牛栏江。岩溶洼地储水 (“蓄”) 类型为地表水、大气降水和地下水。地表水为海堂河流水, 直接从洼地南东向洼地最低点八哥洞排泄, 难存储;大气降水集中在岩溶洼地内, 形成坡面流, 快速流入洼地内各消水洞、落水洞和八哥洞, 加之, 洼地内第四系覆盖层0.5~1m, 储水量小或无法储水;地下水主要为岩溶裂隙地下水, 赋存于岩溶裂隙、孔隙中, 储水量受大气降水控制, 在洼地下伏径流 (图1和图2) , 对岩溶旱涝灾害影响较大。
3 变化环境下岩溶洼地水文循环响应及致灾成因
块所岩溶洼地区的旱涝问题, 不同于非岩溶地区, 有其独特之处, 主要是由岩溶洼地区特殊的地表和地下水赋存与径流特征所决定的。通过图2、图3 (a) 、图3 (b) 和图3 (c) 可以看出, 在变化环境下, 岩溶洼地水文循环过程不同。
在自然条件下[图3 (a) ], 水文循环过程中每个环节均存在, 无变异现象。
在极端干旱条件下[图3 (b) ], 块所岩溶洼地水文循环过程中蒸发、降水和地表径流几乎消失, 只有地下径流的单一循环过程表现为“源”无、“流”少或空、“场”弱或空、“蓄”小或空等特征, 呈现旱灾。
在特大暴雨条件下[图3 (c) ], 块所岩溶洼地水文循环过程中蒸发、降水、地表径流和地下径流变异, 即岩溶洼地区水文循环的“源”、“流”、“场”、“蓄”均发生突变。表现为“源”多、“流”滞、“场”堵、“蓄”满等特征, 呈现涝灾。
对比在自然状态、特大暴雨和极端干旱3种情况下块所岩溶洼地水文循环过程, 发现过程中“源”、“流”、“场”、“蓄”中的任何一个环节变异均导致岩溶灾害的发生。如“源”增加为涝灾, 减少为旱灾;“流”快速集中汇流成涝灾, “流”无或减少成旱灾;“场”径流受阻为涝灾, “场”弱或空为旱灾;“蓄”满为涝灾, “蓄”小或空为旱灾。可见, 水文循环中某个因子变异, 即短暂缺失或突然参与水文循环, 必诱发其他因子连锁反应, 导致岩溶旱涝灾害的发生。
4 块所岩溶洼地旱涝灾害防治对策
通过岩溶洼地自然状态下、极端干旱和特大暴雨条件下水文循环过程的差异, 治理块所岩溶洼地旱涝灾害, 应从岩溶洼地水文循环系统出发, 从块所岩溶洼地水文循环过程的“源”、“流”、“场”、“蓄”四点入手, 综合考虑可控制条件, 其治理对策如下。
4.1“源”
块所岩溶洼地补给 (“源”) 为海堂河流流量、大气降水、岩溶裂隙水。为更好控制“源”, 可以在海堂河入块所岩溶洼地上游修建水库, 枯水期补给岩溶洼地区灌溉、生活和工业用水。建立雨量观测站, 建立水文预报模型, 为水库蓄水和放水提供基础数据支撑。
4.2“流”
块所岩溶洼地径流 (“流”) 分为地表径流和地下径流。为更好控制“流”, 海堂河上游修建水库, 调控河流来水量;人工拓宽八哥洞岩溶管道 (长约7km) , 暴雨来临, 增强泄洪能力。为流经洼地近3km的海堂河河道修建河堤, 增强其泄洪能力, 封堵岩溶洼地各消水洞和落水洞, 减少岩溶洼地内贫瘠的土壤侵蚀。
4.3“场”
块所岩溶洼地排泄 (“场”) 分为地表水和地下水。在干旱期, 地表无水, 主要是岩溶洼地区岩溶裂隙水在排泄, 应该在岩溶地下水由南东向北西径流方向上, 打钻井取水, 再结合海堂河上游水库蓄水, 可以解决干旱问题。
4.4“蓄”
块所岩溶洼地储水 (“蓄”) 类型为地表水、大气降水和地下水。其内第四系覆盖层0.5~1m, 储水量小或无法存储水。旱季, 地下水主要为岩溶裂隙地下水, 赋存于岩溶裂隙、孔隙中, 需打井取水, 并结合海堂河上游水库取水, 或在岩溶洼地下伏岩溶地下河流域修建地下水库, 可以解决干旱问题。
5 典型岩溶洼地旱涝灾害演变规律及防治措施
岩溶区岩溶洼地、盆地和峰丛谷地均存在水资源匮乏、土壤贫瘠、石漠化严重、植被覆盖率低、旱涝频发、地面塌陷等现象, 岩溶洼地、岩溶谷地和岩溶盆地是旱涝灾害易发区[6,7]。治理岩溶洼地区旱涝灾害应重视水文循环过程的每个环节, 对岩溶水文过程的“源”、“流”、“场”、“蓄”每个环节尽可能地控制在自然状态下。不同的岩溶洼地受断层、地形地貌、岩溶发育程度和水文气象的影响, 其旱涝灾害的致灾因子不一样[8,9], 在分析其治理对策时, 可以从水文循环过程入手, 针对每个环节, 采取相应的工程措施 (表3) 。
6 结语
在中国西南岩溶区存在一种特殊的岩溶地质单元, 即岩溶洼地, 岩溶易形成地表半封闭或封闭的岩溶地貌形态, 有利于短时间大量降水的汇集, 导致涝灾的发生;受控地质构造、岩溶发育程度和气候的影响, 难于储水, 又导致旱灾的发生。
本文以块所岩溶洼地为研究对象, 以水文循环为轴线, 分析自然状态、特大暴雨和极端干旱三种条件下水文循环连锁反应及旱涝灾害的致灾规律, 提出抗旱和治涝应重视水文循环过程中各环节, 人为参与水文循环, 采取工程措施参与水文循环, 迫使水文循环各环节不突变或异常参变, 为岩溶旱涝灾害治理提供借鉴。
中国西南岩溶洼地区“水利”和“水害”并存, 一方面水资源匮乏, 一方面涝灾频发, 旱灾和涝灾交替呈现, 严重阻碍了岩溶区经济的可持续发展, 应宏观系统分析岩溶洼地区的岩溶水文循环“源”、“流”、“场”和“蓄”特征, 结合旱和涝交替出现规律, 将治旱工程与治涝工程有机结合, 相互兼顾, 地表水 (建地表蓄水工程) 和地下水 (建地下水库) 联合调度, 因地制宜, 彻底根治岩溶洼地区旱灾和涝灾, 保障水安全。
参考文献
[1]穆兴民, 王飞, 冯浩, 等.西南地区严重旱灾的人为因素初探[J].水土保持通报, 2010, 30 (2) :1-4.
[2]蒋忠诚, 裴建国, 夏日元, 等.我国“十一五”期间的岩溶研究进展与重要活动[J].中国岩溶, 2010, 29 (4) :352-353.
[3]中国地质学会岩溶地质专业委员会.岩溶与人口人类生存、环境、资源和灾害[M].广西桂林:广西师范大学出版社, 1996:13, 119.
[4]王宇, 张贵.滇东岩溶石山地区石漠化特征及成因[J].地球科学进展, 2003, 18 (6) :933-938.
[5]GB12329-90, 岩溶地质术语[S].
[6]郭纯青, 方荣杰, 于映华.中国南方岩溶区岩溶地下河系统复杂水流运动特征[J].桂林理工大学学报, 2010, 30 (4) :507-512.
[7]郭纯青.岩溶浸没内涝灾害研究[M].广西桂林:广西师范大学出版社, 2001:1-37, 61-75.
[8]陈雷.积极应对全球气候变化着力保障中国水安全[J].中国水利, 2010, (8) :2-3.