岩溶塌陷防治技术

基岩塌 陷
岩 溶 渗 漏
岩溶
武 汉 岩 溶 地 面 塌 陷
岩溶
水口山矿区岩溶地面塌陷
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(3)路线应尽量避开河流附近或较大断层破碎 带，不可能时，亦宜垂直或斜交通过，以免由于 岩溶发育或岩溶水丰富而威胁路基的稳定。 (4)路线尽可能避开可溶岩与非可溶岩或金属 矿床的接触带，因这些地带往往岩溶发育强烈， 甚至岩溶泉成群出露。‘ (5)岩溶发育地区选线，应尽量在土层覆盖较 厚地段通过，因一般覆盖层起到防止岩溶继续发 展，增加溶洞顶板厚度和使上部荷载扩散的作用。 但应注意覆盖土层内有无土洞的存在。 (6)桥位宜选在难溶岩分布区或无深、大、密 的溶洞地段。 (7)隧道位置应避开漏斗、落水洞和大溶洞， 且避免与暗河平行。
• 3）防治措施 • (1)清除填堵法：首先清除溶洞或土洞中的 松土，然后填以碎石、块石等，可以在土 洞回填的碎石上设置反滤层，以防止潜蚀 发生，后上覆粘土并分层夯实，以达到改 善地基的效果。 • (2)跨越法：这是一种用于塌陷坑或隐伏土 洞较深较大、开挖回填有困难的处理方法。 该种方法是以结构跨越塌陷坑洞，两端支 撑在可靠的岩、土体上，并注意其承载能 力和稳定性。
岩溶
5、岩溶地基稳定性问题
6、岩溶塌陷的防治
• 1）勘测要点 • （1）、对建筑场地和地基有影响的岩 溶发育规律、埋藏现状和各种岩溶形态的 分布、形状、大小、延伸方向及其与建筑 物在空间位置的相对关系等。 • （2）、岩溶岩层的完整性（如断裂、 节理切割），风化程度及由溶岩作用引起 的岩石结构的破坏。 • (3)、岩溶水情况和岩溶充填物的情况。 • (4)、岩土层的工程性质等。
• 2)、分类 • 岩溶塌陷可分为基岩塌陷和上覆土层塌 陷两种形式。基岩塌陷是由于下部岩体中 的洞穴扩大而导致顶板岩体的塌落，上覆 土层塌陷则由于上覆土层中的土洞顶板因 自然或人为的因素失去平衡而产生下陷或 塌落。由基岩洞穴发展成的塌陷常产生深 达十几米到数百米的井筒状时塌陷漏斗； 由土洞发展成的塌陷，也产生深几米到几 十米的圆形陷坑。
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3）、分布 岩溶塌陷的空间分布很广泛。广西的岩 溶分布最多，也是我国岩溶塌陷的主要分 布地区。据资料统计，作为重点开发新区 的桂林市西城区，截至1999年1月，该区已 发生的塌陷一共有319处，贵州是有名的岩 溶区，全省已有塌陷近100处，塌陷坑点 2200余个，另外，湖南、湖北、武汉、山 东、辽宁、山西、河北、陕西等地都有岩 溶塌陷现象，陷坑总数超过3万多个。
5、夯点平面布置 1）按设计起重机开行路线，顺序布置夯击点； 2）强夯夯击时，应力向外扩散，因此，夯击 点必须间隔5～9m夯距，如图4—1（a）所 示的为正确布置。若夯点紧接，应力叠加， 应力叠加，效果降低，如图4—1 (b)所示的 为不正确的布置。 通常夯击平面按行列式（正方形）布置 施工方便，也可采用梅花形（等边三角形） 布置。
（三）强夯法设计 根据工程的 规模与特点，结合地基土层情况， 确定强夯处理有效加固深度，这与强夯的功能有 关。据此选择锤重与落距。 1、有效加固深度 （1）公式计算 根据我国各单位的实践经验，修正了法国梅纳最 初提出的公式，按下式计算：
H a Wh / 10
• 式中 H——强夯的有效加固深度，m； • W——夯锤重，KN； • h——落距，m； • a——与土的性质和夯击能有关的系数， 一般变化范围为0.5～0.9，细粒土、夯击能 较大时取大值。 • （２）经验统计值 • （３）现场试夯 • 按公式，初步确定强夯的有效回固度与 夯击功能的关系，选用强夯的锤重与落距， 以进行现场试夯为准。
• (5)排导法：由于洞中水的活动可使洞壁和洞顶溶 蚀，冲刷或潜蚀，造成裂隙和洞体扩大或洞顶坍 塌，因而应防止自然降雨和生产用水下渗，采用 截排水措施，将水引导到其他地方排泄。 • (6)桩基础法：当土洞埋深较大时，可用桩基处理， 如采用混凝土桩、钢桩、砂桩或爆破桩等，目的 除提高支承能力外，还有靠桩来挤压挤密土层和 改变地下水渗流条件的功效。 • (7)高压旋喷法：高压旋喷法是用高压脉冲泵通过 钻杆底部的喷嘴向周围土体喷射化学浆液，高压 射流使土体结构破坏并与化学浆液混合、胶结硬 化从而起到加固作用的一种地基处理方法。
芙 蓉 洞 石 帘
武 隆 天 生 三 桥
岩溶
3、主要工程地质问题与防治
两类主要工程地质问题：
地基稳定性与塌陷 渗漏和突水
4、岩溶塌陷
• 1）、概述 • 岩溶塌陷是岩溶地区因岩溶作用而发生 的一种地面变形和破坏的灾害，是我国主 要的地质灾害之一。它是指岩溶洞隙上方 的岩、土体在自然或人为因素作用下引起 变形破坏，并在地面形成塌陷坑（洞）的 一种岩溶动力地质作用与现象，即岩溶的 一种溶蚀或沉淀的动力地质作用和现象。
厚板跨越法
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２００１年１１月１４日，青藏高原昆 仑山口发生８．１级大地震，这次地震造 成了一条宽３米至５米，长约４００公里 的地震断裂带。为有效避免地震可能给青 藏铁路带来的威胁，青藏铁路路基采用垂 直通过的方式跨越了这条全国最长的地震 断裂带。 • 青藏铁路建设总指挥部总工程师赵世运说， 为减少地震影响，设计青藏铁路时尽量让 线路绕过地震断层，如果线路必须进入地 震带活动范围，则先调查清楚地震带走向， 然后让铁路与地震带垂直相交以浅路基通 过。
二、强夯加固
(一)方法简介 强夯法是1969年法国Menard技术公司 首创的一种地基加固方法。它用巨锤、高 落距，对地基施加强大的冲击能，强制压 实地基。
• 强夯法首次用于芒德利厄海（法国）围海 造地，建造２０幢８层住宅的地基加固。 建筑场地为新近填筑的采石场弃土碎石层， 厚约9m，其下为12m厚疏松的砂质粉土， 底部为泥灰岩。工程起初拟用桩基，因负 摩擦力占桩基承载力的60%～70 %，不经 济，后考虑预压加固，堆土高5m，历时3月, 沉降仅20cm，无法采用，最后改为强夯： 锤重100kN，落距13m，夯击功能 1200kNm/m2，沉降量达50cm，满足工程 要求。8层楼竣工后，基底压力为300kPa， 地基沉降量仅13mm。
• 2、强夯的单位夯击能 • 强夯的单位夯击能应根据地基土的类别、 结构类型、荷载大小和要求处理的深度等 综合考虑，并通过现场试夯确定。在一般 情况下，粗颗粒土可取 1000～ 3000kN· m/m2，细颗粒土可取1500～ 4000kN· m/m2； • 3、选用夯锤与落距 • 对当地强夯施工单位已有的夯锤与起重 机型号作调查，根据所需有效加固深度与 单击夯击能，最后选用夯锤与落距。在单 击夯击能相同的情况下，实践表明：增加 落距h比增加锤重Ｗ更有效。
• （二）、强夯法加固地基的机理 • 强夯法是用于大吨位起重机，将巨型锤 提至空中，从h=8～25m(hmax=40m)高处 自由下落，形成巨大的冲击能与冲击波。 • 强夯法施工通常强夯夯击第一锤，可使 锤陷入地面达１m左右。这1m范围土的固 体矿物的体积，大部分被强制性挤压到夯 坑以下土的孔隙中，呈超压密状态。由此 可见，强夯法加固地基的机理与重锤夯实 法表面形式相似但有本质的差别。强夯法 加固地基有三种不同的加固机理。
• 2）水质 • 水的溶蚀性主要取决于水中侵蚀性CO2 的含量。当CO2的含量过多时，则会大大 增强对石灰岩的溶解速度。此外，有机酸 和无机酸也可对碳酸盐类的岩石产生溶蚀 作用，而湿热的气候条件（主要是温度） 则有利于溶蚀作用的进行。 • 3）水在岩体中活动 • 水的流动性取决于岩体中水的循环条件， 它与地下水的补给，渗流及排泄直接有关。
2、 岩溶地区的特征(地貌)
• 地表形态： 溶沟、溶槽、石芽、石林、漏斗、落水 洞、竖井 • 地下形态： 溶蚀裂隙、溶洞、暗河、石钟乳、石笋、 天生桥
穿山公园
石林石峰
武隆芙蓉洞
2、 岩溶地区的特征(地貌)
• 武隆芙蓉洞位于武隆县江口镇4千米处的芙 蓉江畔。发现于1993年5月。经中国与澳大 利亚有关溶洞科研机构两次实地勘测，评 价为:“世界奇观，一级洞穴景点”，“一 座地下艺术宫殿和洞穴科学博物馆”。芙 蓉洞主洞长2700米，总面积3.7万平方米， 其中“辉煌大厅”面积1.1万平方米，最为 壮观。洞内钟乳石类型几乎包括世界各类 洞穴近30余个种类的沉积特征。
4、确定每个夯点重复夯击次数 • 通常每个夯点应多次重复夯击，才能达 到有效加固深度。若击数太多，则费时费 钱。由现场试夯所得夯击次数与夯沉量关 系曲线确定最佳夯击次数，且应同时满足 下列条件： • 最后两击的平均夯沉量：当单击夯击能小 于4000kN· m时为50mm；当单击夯击能力 4000～6000kN· m时为100mm；当单击夯 击能大于6000kN· m时为200mm； • 夯坑周围地面不应发生起锤困难。 • 不因夯坑过深而发生起锤困难。
• （１）动力密实机理 强夯加固多孔隙、 粗颗粒、非饱和土为动力密实机制，即强 大的冲击能强制超压密地基，使土中气相 体积大幅度减小。 • （2）动力固结机理 强夯加固颗粒饱和土 为动力固结机理，即强大的冲击能与冲击 破坏土的结构，使土体局部液化并产生许 多裂隙，作为孔隙水的排水通道，加速土 体固结土体发生触变，强度逐步恢复。 • （3）动力置换机理 强夯加固淤泥为动力 置换机理，即强夯将碎石整体挤入淤泥成 整式置换或间隔夯入淤泥成桩式碎石墩。
岩溶塌陷防治技术
一、概述
• 岩溶（Karst）：可溶性岩石以被水溶解为 主的化学溶蚀作用，并伴随以机械作用而 形成沟槽、裂隙、洞穴，以及由于洞顶塌 落而使地表产生陷穴等一系列现象和作用 的总称。 • 土洞：岩溶地层上覆盖的土层被地表水冲 蚀或地下水潜蚀所形成的洞穴。进一步发 育形成地表塌陷。
1、岩溶的形成发育条件
地下水的主要补给来源是大气降水，故降 雨量大的地区，由于水源补给充沛，岩溶 就容易发育。岩体裂隙的规模、形态、数 量以及连通情况，是决定地下水渗流条件 的主要因素，它控制着地下水的比降、流 速、流量、流向等一系列水文地质因素。 此外，地形坡度，覆盖层的性质和厚度等 对水渗透情况也有一定的影响。地形平缓， 地表径流差，渗入地下的水量就多，因此 岩溶就易于发育。覆盖层为不透水粘土或 亚粘土所组成，且厚度又大时，则会直接 影响大气降水下渗，所以在覆盖层分布较 厚的地带，岩溶发育程度相对减弱。
• (3)强夯法：强夯法是一种常用的地基处理 方法，是把10—20t的夯锤起吊到一定高度 （10—40m），让其自由下落，通过重锤 下落时的强烈冲击波对土体进行夯实加固。 • (4)灌浆法：对于溶洞或土洞因埋藏较深， 不可能采用挖填和跨盖方法处理时，在溶 洞中可采用水泥、粘土混合灌浆于岩溶裂 隙中；对于土洞，可在洞体范围内的顶板 上打孔灌砂或砂砾，但应注意灌满和达到 一定密度。
• 2）选线原则 • 在岩溶地区选线，要想完全绕避是不大 可能的，尤其是在我国中南和西南岩溶分 布十分普遍的地区，更不可能。因此，宜 按认真勘测、综合分析、全面比较、避重 就轻、兴利防害的原则。根据岩溶发育和 分布规律，注意以下几点： • (1)在可溶性岩石分布区，路线应选择在 难溶岩分布区。 • (2)路线方向不宜与岩层构造线方向平行， 而应与之斜交或垂直，因暗河多平行于岩 层构造线发育。
• 岩溶：可溶性岩层（可溶性、透水 性）、地下水活动（溶蚀性、流动 性）、潮湿气候、地质构造与地形
• 1）岩体 • 岩体首先是可溶解的。岩体不仅是由可 溶解岩石组成，而且岩体必须具有透水性 能，这才有发展岩溶的可能。岩体的透水 性要注意两个方面：一是可熔岩石本身的 透水性，这就是说在岩石内要有畅通水流 的孔隙，而另一方面是在岩体内要有裂隙， 它们往往成为地下水流畅通的通道，是造 成岩溶发育的主要原因。裂隙类型很多， 而造成岩溶空隙以构造裂隙和层理裂隙影 响最大。它是造成深成岩溶发育的必要条 件之一。