昆明某岩溶场地主要存在的工程地质问题分析

昆明某岩溶场地主要存在的工程地质问题分析
为了有效利用土地资源和扩大城市建设项目，工程建设场址基本无选择性，岩溶场地存在的工程地质问题主要有地基不均匀性、石牙岩体稳定性、溶洞顶板岩体稳定性、地面塌陷可能性、蓄水池渗漏等5个问题。

本文通过对岩溶场地存在的主要工程地质问题进行分析，以便后续工程建设能根据工程地质问题作出相应的处理，达到防患于未然的效果。

标签：岩溶场地工程地质问题分析
1项目概况
卡特彼勒（昆明）技能培训基地拟建于呈贡新城吴家营片区大新册村东侧龙潭山一带，为一大型综合机械技能培训、机械演示、维修、销售为一体的培训基地，拟征地1800亩。

项目分7个主要区功能，即总机器演示区、采矿演示区、采石演示区、铺筑演示区、挖土机演示区、重型机器路段、蓄水池。

其主要建筑内容有办公室、接待室、多功能展厅、教室、食堂、清洗区、维修站、控污系统、零件室、大众机械展览厅、机械操作演示区、展台、操作培训区、场区道路、蓄水池等。

其中建（构）筑物主要分布于项目区龙潭山北侧鞍部一带，演示区、操作培训区无重要建（构）筑物布置。

总体，拟建项目为依山建设，建（构）筑物层高小于10米，多为单层框架结构、轻型材料建筑。

项目区处于溶蚀峰丛洼地地貌与堆积台地地貌接触带附近，以峰丛洼地为主，大面积出露的可溶性碳酸盐岩，可溶性、透水性较强，岩溶作用非常强烈，地表水流垂向渗透强烈，形成了连座式半浑圆状的山峰、岩溶洼地、石牙、溶沟、溶槽等发育的较成熟的峰丛洼地地形。

区内地形高差约84m，最高处为龙潭山北侧一山脊，最低处为项目区南部斜坡平缓处，总体北高南低。

区内斜坡地带多为基岩裸露，零星分布有Q4el+dl、Q4pl+dl粘性土，下伏基岩以碳酸盐岩为主，中部洼地附近及斜坡平缓处均有Q3el红粘土覆盖。

斜坡体上碳酸盐岩裸露，石牙、溶沟、溶槽发育，石牙高0.5～1.5m，溶沟、溶槽宽0.2～1.3m，延伸长2～4m，多为红粘土填充。

2项目区岩溶发育简介
项目区多以可溶性碳酸盐岩分布，多出露于地表，地表形态以溶隙、石牙、溶槽等形态分布，地下以溶隙、溶洞发育。

根据物探对下伏岩溶的解译成果，项目区溶隙密集带发育深度主要集中在地表50m深度内，随深度增加发育逐渐减弱；溶隙发育的优势方向与构造线方向基本吻合，溶隙走向多为北东、北西向，明显受控于地质构造。

共分布有35个溶洞，洞径一般2～5m，顶板埋深厚度4～76m，集中分布在地下50m范围内，深部岩溶相对较不发育。

区内现状条件下浅层岩溶以垂直岩溶发育为主，暗河地下水位线以上至一定区域以水平岩溶发育为主，垂直岩溶发育次之；暗河及暗河地下水位线以下一定区域为水平岩溶发育带。

项目区岩溶空间发育见分析剖面示意图（图4-2）。

3场地的主要工程地质问题
3.1地基不均匀性问题
项目建设总机器演示区、铺筑演示区、挖土机培训区主要为覆盖型岩溶场地类型，地基土主要由红粘土和可溶岩组成，为不均匀地基；红粘土与下伏可溶岩均属岩溶不整合接触，基岩面起伏大，隐伏型石牙凹凸起伏不平，充填其间的红粘土厚度急剧变化，分布均匀性差，作为地基岩土体时不均匀沉降变形问题突出。

评价其不均匀性的要素：一是红粘土厚度及其变化，红粘土物理力学特征等；二是石牙埋藏特征、形体特征等。

3.2石牙稳定性问题
总机器演示功能区、铺筑演示功能区、挖土机培训功能区主要为覆盖型岩溶场地，当隐伏型锥状或尖棱状石牙作为桩端持力层时，则可能发生折断、倾倒、滑移变形。

评价石牙岩体稳定性的要素：一是石牙岩体所承受的偏心荷载所形成的偏心力矩、下滑力；二是石牙岩体结构、强度及其四周充填物特征。

3.3溶洞顶板岩体稳定性问题
溶洞顶板岩体稳定性问题是指在附加应力（外部荷载）作用下，溶洞顶板岩体是否发生垮塌、折断、位移等变形破坏。

其决定因素有：溶洞埋深、顶板岩体厚度及结构特征、溶洞垮径及充填情况、上部附加荷载类型及大小等。

3.4地面塌陷可能性问题
地面塌陷包括溶洞顶板岩体失稳塌陷和土层塌陷，在挖土机培训功能区等红粘土分布较厚地带不排出存在土洞的可能性。

能否产生土层塌陷的控制因素有：
3.4.1开口裂隙
岩溶化岩体内的开口裂隙，其功能不仅是致塌动力输出或输入通道，还是松散物输送通道。

其顶端与上覆松散层接触，其底端与具较大容纳能力的岩溶空间介质相联，顶端与底端间较顺畅。

3.4.2上覆松散土体
上覆松散土体在挖土机培训功能区主要为第四系残坡积红粘土。

上覆松散土体的抗冲刷能力、抗振动垮塌能力等决定土体“土洞成洞”的难易程度。

上覆松散土体厚度、结构特征、抗剪强度等决定土洞顶板稳定程度和是否能塌陷至地面。

3.4.3致塌动力
致塌动力包括水动力、岩溶化岩体内空气动力、地面动力等三类。

水动力指地面地表水、上覆土层地下水、开口裂隙连通的岩溶地下水之冲刷侵蚀动力、潜蚀动力、搬运动力。

岩溶化岩体内空气动力指真空负压吸蚀动力或高压气爆动力，主要由岩溶地下水运动紊乱引起岩溶空间介质内空气气压剧烈变化激发。

地面动力指各种附加荷载，如挖方、填方、建筑物加载、运动体加载等。

地面塌陷形成和发展过程一般分为如下三个阶段：土洞孕育阶段、土洞发展阶段、土洞塌陷阶段。

上覆土层厚度等特征决定土洞塌陷是否反映到地面，当上覆土层较厚时，土洞塌陷不会直接反映到地面就停止塌陷，地面可能只出现沉陷变形；当上覆土层厚度不太厚时，土洞塌陷能直接塌陷至地面。

溶洞顶板岩体失稳塌陷：项目建设区地下岩溶形态溶洞较发育，溶洞顶板岩体失稳塌陷是指在外部荷载及机械振动作用下使溶洞顶板失稳而产生的塌陷。

项目建设各功能区（除蓄水池区外）部份溶洞分布地段在外部荷载的作用下有可能产生溶洞顶板岩体失稳塌陷。

产生塌陷的主要控制因素是溶洞顶板的埋深、顶板岩体力学强度、结构特征、溶洞垮径及充填情况、上部附加荷载作用的大小等。

3.5蓄水池渗漏问题
蓄水池功能区由于浅层红粘土结构松散，土体孔隙比较大，土层透水性中等，下伏可溶岩溶隙发育，且有次生断层通过该区，地下岩溶可能存在溶隙、断层带渗漏，导致蓄水池区有可能产生渗漏问题。

4结论
（1）针对本项目总体建设而言，地基不均匀、石牙岩体稳定性问题、渗漏问题对工程安全性影响不甚显著，对整个岩溶场地适宜性影响稍小。

溶洞顶板岩体稳定性、地面塌陷易发性是岩溶场地建设安全性的关键问题，可将其作为整个场地适宜性评价因素，并结合场地工程建设可能引发的溶洞顶板岩体失稳、地面塌陷问题的处治难易程度来评价整个场地的适宜性。

（2）项目区未发现厅堂式或廊道式溶洞发育，大部份小型溶洞处于稳定状态，少部份浅层溶洞在外荷载作用下可能产生溶洞顶板岩体失稳，局部产生地面塌陷的可能性较大，但可通过地基处理措施进行加固，处治难度不大。

参考文献
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