岩溶地区的主要工程地质问题及处理措施

岩溶地区的主要工程地质问题及处理措施

班级：08土木1班

学号：**********

姓名：刘*

岩溶也称喀斯特(karst),是指以碳酸盐为主的可溶性岩石（石灰岩、白云岩、石膏、岩盐）地区，由于地表径流和地下水流对岩石的溶蚀作用和机械破坏作用，在岩体中形成洞穴，或在岩层的表面形成奇峰异石等独特的地貌景观。南斯拉夫的喀斯特高原是典型地区，并因此得名"喀斯特"。1966年5月在中国第二次全国岩溶学术会议上将“喀斯特”以“岩溶”作为中国的通用术语。

凡是以地下水为主，地表水为辅，以化学过程（溶解与沉淀）为主。机械过程（流水侵蚀和沉积，重力崩塌和堆积）为辅的对可溶性岩石的破坏和改造作用都叫岩溶作用。这种作用所造成的地表形态和地下形态叫岩溶地貌。岩溶作用及其所产生的水文现象和地貌现象统称岩溶。

岩溶在我国分布非常广泛，典型的分布区有广西桂林、阳朔、柳州以及云南东部、贵州的大部分地区，广西的桂林山水、云南的路南石林皆闻名于世。这些奇异的景观都发育在碳酸盐岩地区。整个西南石灰岩地区连成一片，面积共达550000km2;全国石灰岩分布面积约1300000km2,约占全国总面积的13.5%。

就整个岩溶地区来说，地貌的发育与地下水面有密切关系，而地下水面又随当地河流或海平面的变化而变化。因此，可以认为整个岩溶地区地貌发育的基面是河流或海平面，但就岩溶地区地下岩溶来说，其发展深度是以可溶性岩石底板为下限。因此，可溶性岩石的底板就是地下岩溶发育的基面。假定有一个上升的宽平高地，地壳上升以后，长期稳定，且由产状平缓、岩性致密和厚层的石灰岩所构成，则岩溶地貌的发育大致如下：

开始发育成石芽、溶沟、漏斗和落水洞。地表水部分转入地下，循裂隙进行溶蚀。此时裂隙扩大不多，地面河流仍居优势。随着裂隙的不断扩大，岩体内形成许多独立的洞穴系统。在较大的洞穴系统内，地下水面的位置较低；较小的洞穴系统内，地下水面的位置较高，一般无统一的地下水面。随着地下洞穴充分发育，独立的洞穴逐渐归并，成为一个完整的系统，并形成一个统一的地下水面。地下水面以上的溶洞干涸，地下水面附近的洞穴内有地下河。此时，地下水的垂直分带十分明显，地面河流已大部转入地下，成为非常缺水的蜂窝状地面。后来，由于长期的溶蚀和侵蚀，地面逐渐被蚀低，离地面较浅的溶洞，因洞顶崩塌而出露地表，地下河的某些河段，也因地下河不断扩大和顶板的崩塌，出露地表，成明流与暗流交替出现。最后，地下河就逐渐转变为地面河。在地下河转化为地面河的过程中，地下河的顶板崩塌愈多，破坏及搬运作用也愈强烈，地面破碎，形成大型的溶蚀洼地和峰林等地貌。由于地下河道及溶洞的大量崩塌形成了地表水系，岩溶盆地不断蚀低扩大，这时地面降低了，在岩溶盆地底部或平原上堆积石灰岩残余堆积物——红土，溶蚀平原上残留有石灰岩残丘及孤峰，地面起伏已很小，接近于准平原。

岩溶形态示意图

由于岩溶的发育致使建筑物场地和地基的工程地质条件大为恶化，因此在岩溶地区修建各类工程建筑物时必须对岩溶进行工程地质研究，以预测和解决因岩溶而引起的各种工程地质问题。归纳起来，岩溶区的工程地质问题主要有以下几类。

1.地基稳定性及塌陷问题

在岩溶地区，由于地表覆盖层下有石芽溶沟，岩体内部有暗河、溶洞，建筑物的地基通常是很不均匀的。上覆土层还常因下部岩溶水的潜蚀作用而塌陷，形成土洞。土洞的塌陷作用常常是突然发生的。土洞出现的地区往往就是地下岩溶发育的区域。

工业与民用建筑物的压力作用范围多在地面以下10m左右。所以，建筑物的地基既涉及上覆土层，也涉及下伏基岩。岩溶区的土层特点是厚度变化大，孔隙比高。因此，地基很容易产生不均匀下降，从而导致建筑物倾斜甚至破坏。

根据岩溶发育的特点，岩溶地区可能遇到以下几类地基：

（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棱状的石芽，致使石灰岩基面高低不平，形成石芽地基。石芽间的溶沟常被土充填，因此强度较低，压缩性较高，易引起地基的不均匀沉降而影响建筑物的稳定性。因此，在石芽地基上修建建筑物时，必须查清基岩的埋深、起伏情况、覆盖土层的压缩性及石芽的强度。

（2）溶洞地基

溶洞地基的稳定性取决于溶洞的规模、埋深及充填情况。当溶洞的规模大、埋深浅、溶洞顶板承受不了建筑物的荷载时，就会使溶洞顶板坍塌、地基失稳。当建筑物地基直接遇到溶洞时，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。为了确保溶洞地基的稳定性，必须根据溶洞的规模、溶洞顶板岩层的性质确定洞穴离地面的安全深度，即溶洞顶板的安全厚度。当溶洞埋深大于安全厚度时，地基是稳定的；否则地基不稳定，必须进行处理。实践中，对溶洞顶板安全厚度的确定常采用以下方法：

a.对洞顶完整的溶洞，顶板安全厚度采用厚跨比法确定。认为当溶洞顶板厚度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。

b.对顶板不完整、洞顶坍塌的溶洞，顶板安全厚度洞顶板坍塌堵塞计算法。所需塌落高度(H)按下式计算：

H=H0/(K-1)

式中 H0——洞体最大高度（m）；

K——岩体松散（涨余）系数，石灰岩K=1.2，粘土K=1.05。

c.若溶洞顶板不完整，裂隙、节理发育，则可按裂隙节理分布特征采用受力的梁（板）计算弯矩，根据弯矩和岩体应力求洞顶板的厚度。

（3）土洞地基

在覆盖型岩溶地区，可溶岩的上覆土层中常常发育着空洞，一般叫土洞。当土洞顶板在建筑物荷载作用下失去平衡而产生下陷或塌落时，则危及建筑物的安全。因此，凡是岩溶地区有第四纪土层分布的地段，都要注意土洞发育的可能性，应查明土洞的成因、形成条件，土洞的位置、埋深、大小，以及与土洞发育有关的溶洞、溶沟的分布。

由于溶洞的形成与地表水和地下水的关系极为密切，土洞的处理首先措施

是治水，然后根据具体情况，可采取以下方法处理：

a.当土洞埋深较浅时，可采用挖填和梁板跨越；

b.对直径较小的深埋土洞，因其稳定性好，危害性小，故可不处理洞体，而仅在洞顶上部采取梁板跨越；

c.对直径较大的深埋土洞，可采用顶部钻孔灌砂（砾）或灌碎石混凝土以充填空间。

渗漏和突水问题

地区的岩体中有许多裂隙、管道和溶洞，在进行水库、大坝、隧道、基坑等工由于岩溶程活动时，如存在承压水并有富水优势断裂作为通道，则可能会遇到地下突水而导致基坑、隧道等工程的排水困难甚至淹没，也可能因岩溶渗漏而造成水库无法蓄水。

库区应选在地势低洼，四周地下水位较高，上游有大泉出露而下游无大泉出露，上下游流量没有显著差异的河段上，要避免邻区有深谷大河。如果发现库底有渗漏，可采用堵（堵落水洞）、铺（铺盖粘土）、截（筑截水墙）、围（在落水洞四周建围墙）、引（引入库内或导出库外）等方法进行处理。

对岩溶突水的处理，原则上以疏导为主。对隧道中的岩溶水，可用水管引入隧道边沟或中心排水沟排出。水量过大时，可用平行导坑排水。

岩溶地基变形破坏主要形式有地基承载力不足、不均匀沉降、地基滑动、地表坍塌等。目前对岩溶洞体稳定性评价方法有定性、半定量和定量之分。对稳定围岩,将洞体顶板视作结构自承重体系,可用结构力学分析法;对不稳定围岩,一般用散体理论分析法。岩溶地基处理方法视具体情况采取“不处理”、“绕避”、“处理”三类措施。

1 岩溶地基可不加处理的场合

属于下列情况的,岩溶地基可不加处理:

岩溶在基础影响范围以外;溶洞处于地基压缩层深度以下或垂直附加应力

与洞顶地层自重应力之比≤10%时,洞顶板无破碎现象,受力地基边缘无土洞、漏斗、落水洞地段;基础位于微风化硬质岩表面且宽度小于1m的竖向洞隙旁,洞隙被密实充填且无被水冲蚀可能地段;洞体厚跨比大于1,围岩完整性好或洞体小于基础底面。

2 可采取绕避措施的场合

当遇到以下情况时,宜采取“绕避”措施:

岩溶区。断裂、孔隙发育,宽度和密度较大,其底与溶洞、暗河相通的地段;溶洞、暗河发育地区,溶洞的洞径大、顶板薄、裂隙发育、基岩破碎,暗河水流较大且洞内无或少充填物的地段;岩溶水以表流和暗流交替出现,岩溶发育复杂无规律;落水洞分布较密且漏水严重,塌陷时常发生的地段;基岩起伏、流塑或可塑软土分布广且厚度变化大、地下水活动强烈地段;地基处理费用太高的地段。

土洞区。土层薄、裂隙发育且地表水入渗条件好,其下伏基岩有通道、暗河或呈负岩面的地段;石芽或出露岩体与上覆土体交接处,岩体裂隙、通道发育为地表水集中入渗的地段;地层下岩体两组结构面交汇或处于宽大裂隙带上的地段;隐伏深大岩溶洞、隙、沟、槽、漏斗等,其临近基岩面以上有软弱土层分布地段;人工降水降落漏斗的中心地段及地面低洼、地面水体近旁的地段。

当岩溶体地基的强度和稳定性不能满足工程要求,常据岩溶具体情况、工程