巖溶地區(qū)地基處理及穩(wěn)定性分析報告

1、現(xiàn)代工程地質(zhì)學(xué)讀書報告巖溶地區(qū)地基處理及穩(wěn)定性分析姓 名：羅國才學(xué) 號：15121158班 級：碩1508班專 業(yè)：地質(zhì)資源與地質(zhì)工程 指導(dǎo)老師：王連俊教授巖溶地區(qū)地基處理及穩(wěn)定性分析巖溶地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)成常常會引起地基的不均與沉降、承載力不足以及地基的塌陷或滑動 等嚴(yán)重破壞。而隨著經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的建筑工程在巖溶地區(qū)展開，巖溶地基就成為了 工程建設(shè)過程中最為突出、亟待解決的重要問題。一、巖溶地區(qū)存在的工程地質(zhì)問題巖溶地區(qū)就是我們常說的喀斯特地貌，是硫酸鹽巖、碳酸鹽巖等可溶性的巖石在水的腐 蝕和崩塌的作用下，產(chǎn)生的各種地質(zhì)形態(tài)、作用和現(xiàn)象的統(tǒng)稱。在這樣的地區(qū)進行工程建設(shè), 建筑物的基礎(chǔ)很容易遇

2、到土洞、溶洞等不良的地質(zhì)問題。這些天然的土洞和溶洞都是由能夠 溶于水的石灰?guī)r組成的，由于石灰?guī)r長期受到水的沖刷和溶蝕，石灰?guī)r的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化，日 積月累就會形成土洞和溶洞。這些天然的土洞和溶洞不管是大小還是分布都會造成工程建筑 在設(shè)計和施工方面的重大影響。在巖溶地區(qū)進行工程建筑，地基處理是工程施工中的難點，更是重點。以下是巖溶地區(qū) 可能出現(xiàn)的工程地質(zhì)問題。（1）地基不穩(wěn)及塌陷問題由于地表的巖溶作用，石灰?guī)r的表層會有溶溝發(fā)育，在這些發(fā)育的溶溝之間常常會殘留 尖棱狀或者錐狀的石芽， 導(dǎo)致石灰?guī)r地基出現(xiàn)高低不平的現(xiàn)象，從而形成石芽地基。此外， 石芽間的溶溝會被土填充，所以具有較低的強度和較高的壓縮性，

3、容易引起建筑地基的不均 勻沉降，從而無法保證建筑的穩(wěn)定性。土洞地基和溶洞地基也容易在建筑物的荷重作用下產(chǎn) 生塌陷，給建筑物造成嚴(yán)重的安全隱患。（2）突水和滲漏問題在巖溶地區(qū)，由于巖體中存在的縫隙、溶洞和管道，導(dǎo)致在地基基坑開挖或隧道開挖時， 如果有承壓水，那么很容易引起地下突水，從而導(dǎo)致地基基坑的排水困難，嚴(yán)重的還會把地 基淹沒。影響巖溶地基穩(wěn)定性的自身因素有：溶洞頂板的厚度和跨度，洞體完整程度和充填情況, 巖體強度和產(chǎn)狀分布，巖溶裂隙發(fā)育和。外部因素有：荷載大小和作用時間長度等。二、巖溶地區(qū)的地基處理巖溶地基變形破壞主要形式有地基承載力不足、不均勻沉降、地基滑動、地表坍塌等。 巖溶地基處理方

4、法視具體情況采取“不處理”、“繞避”、“處理”三類措施。屬于下列情況的，巖溶地基可不加處理：巖溶在基礎(chǔ)影響范圍以外；溶洞處于地基壓縮層深度以下或垂直附加應(yīng)力與洞頂?shù)貙幼灾貞?yīng)力之比W10%寸;洞頂板無破碎現(xiàn)象，受力地基邊緣無土洞、漏斗、落水洞地段；基礎(chǔ)位于微風(fēng)化硬質(zhì)巖表面且寬度小于 1m的豎向洞隙旁，洞隙被密實充填且無 被水沖蝕可能地段；洞體厚跨比大于1,圍巖完整性好或洞體小于基礎(chǔ)底面。當(dāng)遇到以下情況時，宜采取“繞避”措施：(1) 巖溶區(qū)斷裂、孔隙發(fā)育，寬度和密度較大，其底與溶洞、暗河相通的地段； 溶洞、暗河發(fā)育地區(qū)，溶洞的洞徑大、頂板薄、裂隙發(fā)育、基巖破碎，暗河水流 較大且洞內(nèi)無或少充填物的地

5、段； 巖溶水以表流和暗流交替出現(xiàn)，巖溶發(fā)育復(fù)雜無規(guī)律； 落水洞分布較密且漏水嚴(yán)重，塌陷時常發(fā)生的地段； 基巖起伏、流塑或可塑軟土分布廣且厚度變化大、地下水活動強烈地段； 地基處理費用太高的地段 。(2) 土洞區(qū)土層薄、裂隙發(fā)育且地表水入滲條件好，其下伏基巖有通道、暗河或呈負(fù)巖面的 地段；石芽或出露巖體與上覆土體交接處，巖體裂隙、通道發(fā)育為地表水集中入滲的地 段；地層下巖體兩組結(jié)構(gòu)面交匯或處于寬大裂隙帶上的地段；隱伏的深大巖溶洞、隙、溝、槽、漏斗等，其臨近基巖面以上有軟弱土層分布地 段；降雨漏斗的中心地段及地面低洼、地面水體近旁的地段。當(dāng)巖溶體地基的強度和穩(wěn)定性不能滿足工程要求，常據(jù)巖溶具體情況

6、、工程要求、施工 條件，按照安全性與經(jīng)濟性原則選擇適當(dāng)?shù)牡鼗幚矸椒??？傮w來說，巖溶病害的處理主要 有挖填、夯實、灌漿、控制抽排水強度、填石加混凝土、鋼筋混凝土蓋板和橋跨的方法進行 治理。文案大全(1) 填墊法該法可分為充填法、換填法、挖填法、墊褥法等幾類。充填法：裸露巖溶土洞，其上部附加荷載不大的情況。最底部須用塊石、片石作填料， 中部用碎石，上層用土或混凝土填塞，以保持地下水的原始流通狀況，使其形成自然的反濾 層。換填法：當(dāng)已被充填的巖溶土洞，如充填物物理力學(xué)性質(zhì)不好，可采用換填法。須清除 洞中充填物，再全部用塊石、片石、砂、混凝土等材料進行換填。挖填法：對淺埋的巖溶土洞，將其挖開或爆破揭

7、頂，如洞內(nèi)有塌陷松軟土體，應(yīng)將其挖 除，再以塊石、片石、砂等填入，然后覆蓋粘性土并夯實，稱挖填法。此法適用于輕型建筑 物，并且要估計到地下水活動再度掏空的可能性。為提高土體強度和整體性，在填入塊石、 片石填料時，注入水泥漿液；對于重要工程基礎(chǔ)下或較近的溶洞、土洞，除去洞中軟土后， 將鋼筋或廢鋼打入洞體裂隙后再用混凝土填洞，對四周的巖石裂隙注入水泥漿液，以粘結(jié)成 整體，并阻斷地下水。墊褥法：對巖溶洞、隙、溝、槽、石芽等巖溶突出物，可能引起地基沉降不均勻，將突 出物鑿去后做3050cm砂土墊褥處理，稱為墊褥法。(2) 加固法該法通常包括灌漿法、頂柱法、強夯法、擠密法、漿砌法等。灌漿法：對埋深較大的

8、巖溶土洞，宜采用密鉆灌漿法加固。應(yīng)視巖溶洞隙含水程度和處 理目的來選擇材料。用于填塞時，可用粘土、砂石、混凝土、水泥砂漿等；用于防滲時，可 用水泥漿和瀝青作帷幕，灌漿順序可先外圍后中間，先地下水上游后下游；用于充填加固時， 用快干材料或砂石等將洞隙先行填塞，開始時壓力不宜過高，以免漿料大量流出加固范圍。頂柱法：當(dāng)洞頂板較薄、裂隙較多、洞跨較大，頂板強度不足以承擔(dān)上部荷載時，為保 持地下水通暢，條件許可時采用附加支撐減少洞跨，稱頂柱法。一般在洞內(nèi)做漿砌塊石填補 加固洞頂并砌筑支墩作附加支柱。強夯法：在覆蓋形巖溶區(qū)，處理大面積土洞和塌陷時，強夯法是一種省工省料、快速經(jīng) 濟且能根治整個場地巖溶地基穩(wěn)

9、定性的有效方法。一般夯擊遍數(shù)18遍，夯點距3m如無地下水影響，兩遍夯擊間歇時間可不受限制，在夯擊過程中，如果夯錘突然下陷，說明下部有 隱伏土洞，此時可隨夯隨填土或砂礫土料處理。擠密法：對巖洞土洞中軟土較深地段，適宜于擠密法。采用砂柱、石灰柱、松土樁、混 凝土樁或者鋼管等打入洞內(nèi)，形成復(fù)合地基，提高地基穩(wěn)定性和強度。(3) 跨越法包括板跨法、梁跨法、拱跨法等。板跨法：深度較大、洞徑較小不便入內(nèi)施工或洞徑雖大、但因有水的溶洞，可據(jù)建筑物 性質(zhì)和基底受力情況，用混凝土板或鋼筋混凝土板封頂，稱板跨法。梁跨法：對埋藏較深但仍位于地基持力層內(nèi)的規(guī)模較小的塌陷或土洞，可用彈性地基梁 或鋼筋混凝土梁跨越土洞或

10、塌陷體。拱跨法：在地下建筑工程的邊墻、塹式擋墻、堤式坡腳擋墻及橋墩、橋臺等地基下常見 洞身較寬、深度又大、洞形復(fù)雜或有水流的巖溶地基，宜采用拱跨形式。拱一般分為漿砌片 石拱、混凝土拱、鋼筋混凝土拱。（4）樁基法溶洞、塌陷漏斗較深較大或溶洞多層發(fā)育，可采用樁基礎(chǔ)。在基巖起伏處，其上覆土層 性質(zhì)較軟弱、厚度又大、不易清除時，宜采用鉆孔或沖孔灌注樁、爆擴樁，視工程需要作支 承樁或摩擦樁，樁頭錨入基巖內(nèi)；采用打入樁時，樁尖應(yīng)錨入基巖，采用人工挖孔樁時，多 數(shù)情況開挖時宜設(shè)護壁。三、巖溶地基穩(wěn)定性分析方法對穩(wěn)定圍巖，將洞體頂板視作結(jié)構(gòu)自承重體系，可用結(jié)構(gòu)力學(xué)分析法；對不穩(wěn)定圍巖， 一般用散體理論分析法。

11、目前對巖溶洞體穩(wěn)定性評價方法有定性、半定量和定量之分。1、定性穩(wěn)定性評價方法定性巖溶地基穩(wěn)定性分析評價是基于經(jīng)驗性質(zhì)的分析方法。是根據(jù)已經(jīng)查明的工程地質(zhì) 條件，結(jié)合工程現(xiàn)場實際對巖溶地基的穩(wěn)定性進行非定量的分析。綜合分析法和經(jīng)驗分析法 在工程中采用的比較多，一般是在初步勘查階段對巖溶地基的穩(wěn)定性進行評價，見表1表1綜合分析法評價表影響因素穩(wěn)定有利穩(wěn)定不利巖性以及厚度塊狀巖層較厚，強度較高厚層塊狀、強度咼的巖層厚度較小，強度低的巖層裂隙狀況無斷裂和裂隙發(fā)育有斷層和張開的裂隙發(fā)育巖體產(chǎn)狀巖體與巖溶溶洞之間有正父或斜父，傾角比較平緩傾角較大，巖體與溶洞洞室正父洞穴形態(tài)埋藏條件洞體小呈豎向延伸井狀，單

12、體分布，埋藏深洞徑大，扁平狀，復(fù)體相連，埋藏淺， 在基底附近頂板情況頂板厚跨比值大，頂板呈現(xiàn)拱狀頂板厚跨比值小，巖體懸掛裂隙切割充填密實填充物無水流侵蝕有垮塌跡象，無填砂水流侵蝕地下水無具有承壓性的流速大的水流另外，比擬法，排除法，專家系統(tǒng)評價法在巖溶地基評價中比較常用，比擬法是依據(jù)工 程地質(zhì)條件，與類似的已有的巖溶地基穩(wěn)定性評價工程的工程實例進行類比分析；排除法是 結(jié)合巖溶的形態(tài)條件，結(jié)合工程使用情況，對巖溶地基安全與不安全兩個極端去確定范圍與 條件，作為巖溶地基穩(wěn)定性評價的依據(jù)。綜合分析法和經(jīng)驗分析法沒有采用某一確定的量對巖溶穩(wěn)定性進行分析，使用中隨意性 較大，每個人根據(jù)自身經(jīng)驗進行評價。

13、這類方法如果能結(jié)合地質(zhì)資料中的影響巖溶地基穩(wěn)定 性的各項因素進行綜合分析，在工程實踐中不斷的進行修正與改進，還是可以得到客觀性的 評價。2、半定量穩(wěn)定性評價方法半定量的巖溶地基穩(wěn)定性分析方法主要是結(jié)合影響巖溶地基穩(wěn)定性的各項因素，將巖溶 問題簡化成近似的力學(xué)模型進行計算分析，主要是對巖溶溶洞頂板的安全距離和溶洞距離路 基的安全距離進行估算。根據(jù)巖溶頂板的工程地質(zhì)條件的不同有荷載傳遞線交匯法、厚跨比 法、剪切估算法、梁板受力估算法、溶洞頂板坍塌堵塞估算法和破裂拱概念估算法。本類方 法簡單，計算容易，但是只是考慮了影響巖溶地基穩(wěn)定性的部分因素，在工程中，各種方法 的適用性受到了限制，要根據(jù)不同的巖

14、溶形態(tài)進行選擇。巖溶問題復(fù)雜多樣，沒有一種固定的模型可以將問題全部的解決。實際上，巖溶地基的 穩(wěn)定性問題主要是對巖溶溶洞的頂板穩(wěn)定性問題進行分析評價。這里主要介紹頂板厚跨比法 和結(jié)構(gòu)力學(xué)近似分析法兩種半定量評價分析方法。（1）頂板厚跨比法溶洞穩(wěn)定性的影響因素較多。一些建筑在建設(shè)的過程中，難免會出現(xiàn)將其建在溶洞之上 的狀況。根據(jù)經(jīng)驗表明，溶洞頂板的完整性較好時，頂板厚度與跨越頂板的長度之比為時候，可以認(rèn)為溶洞是安全的。溶洞的穩(wěn)定性由于受到其完整程度，形態(tài)樣式，頂 板的厚度和跨度的影響，在實際的判斷其穩(wěn)定性的過程中要考慮的因素較多一些。厚跨比法 是將溶洞與上部頂板看作是理想化了的模型的一種簡單的穩(wěn)

15、定性判定方法，厚跨之間關(guān)系用 一定的數(shù)據(jù)來表達，認(rèn)為其是否安全。時認(rèn)為溶洞是安全的，反之則不安全。一般情況下如果厚跨本方法在穩(wěn)定圍巖的溶洞穩(wěn)定性判定中，近似的將水平跨度 L和頂部最薄處厚h進行厚 跨比計算，如上所述，比能達到則可以作為一個安全的界限。完整頂板的情況下，可以將水平方向的溶洞頂板厚跨比作為判定頂板安全厚度的判別值，由工程經(jīng)驗可知：，處于安全狀態(tài)，處于不安全狀態(tài)，作為安全界限也就說是當(dāng)溶洞厚跨比大于1.0時，那么一般情況下，溶洞的穩(wěn)定性可以得到保障。(2)梁板抗彎估算安全厚度巖溶溶洞內(nèi)部沒有完全填充或者溶洞下部洞體無填充物時，可以將其簡化成力學(xué)模型進行穩(wěn)定性計算分析，對頂板的安全厚度

16、進行估算并與實際頂板進行比較，做出穩(wěn)定性分析。實際工程中，溶洞、上部路基和周邊巖石可以看成一個整體結(jié)構(gòu)，然后進行簡化，形成可以進行力學(xué)計算的模型。梁板抗彎估算法是針對厚跨比較小的溶洞進行安全頂板厚度估算。 在這中情況下，頂板彎矩所起的作用最明顯，就要結(jié)合溶洞頂板厚跨比，進行梁板抗彎簡化模型計算。具體計算步驟如下：設(shè)L為路基底部溶洞的寬度，頂板上部荷載為 q,主要是由自重和車載產(chǎn)生。簡化的梁板 寬b, 般選擇路基頂部寬度進行計算。下面可進行抗彎驗算。 a， 其中， aaa 允許抗彎強度，灰?guī)r情況下取自身抗壓強度；a系數(shù)，取值標(biāo)準(zhǔn)如下：頂板有裂縫時，兩端巖石完整，按簡支梁計算，a；頂板其中的某一個

17、支座處有裂縫，其他完整，簡支梁來計算，a；頂板完整時，按固定梁計算，a。當(dāng)，時，可以近似看作為圓拱進行計算。首先進行內(nèi)部受力分析，然后根據(jù)巖石的物理力學(xué)參數(shù)進行應(yīng)力驗算。石灰?guī)r可根據(jù)表 2進行取值計算。表2巖石力學(xué)指標(biāo)強度比例抗拉/抗壓抗剪/抗壓抗彎/抗壓1比值1/16.91/12.11/8.4百分比5.98.311.9在當(dāng)洞頂接近拱形時，不論如何，均可按拱形進行計算。(3) 采用梁扳抗剪方式估算安全厚度完整頂板情況下，巖層厚度大，強度高，洞跨較小，剪力控制溶洞變形的情況下采用這 種方法。安全厚度按受剪公式計算：T巖體的抗剪強度，石灰?guī)r一般為其允許抗壓強度的L路基下溶洞的平面周長(m)，L=2

18、(B+b)H溶洞頂板安全厚度(m);B路堤底寬(m);b溶洞寬度(m);K安全系數(shù)。取1.101.25(高速公路取大值)；路基范圍內(nèi)的溶洞頂板自重(KN);附加荷載(包括填土和活載)(KN).(4) 坍塌填塞法松散介質(zhì)力學(xué)平衡理論經(jīng)過了簡化處理，可以引用到巖溶地基中溶洞的安全頂板厚度的 估算中來。自然狀況下的巖溶溶洞頂板呈現(xiàn)塊狀和碎塊狀。巖體在進行坍塌后體積都會增加，膨脹 后松散的填塞到溶洞內(nèi)。溶洞坍塌以后，體積擴大后會把洞體填滿。忽視了其他的因素用坍 塌高度加上適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)，求得巖溶溶洞的頂板安全厚度。這里假設(shè)溶洞自身體積為 坍塌體積為V,可以得出：其中，K巖石的膨脹系數(shù)。一般取1.2，黏性土取1.05 .假設(shè)巖溶溶洞的斷面接近矩形，洞高度為，溶洞的最大坍塌安全厚度為h,溶洞的截面積為S,可得:可以簡化為:當(dāng)溶洞頂板的厚度大于估算的坍落安全厚度時，則溶洞是穩(wěn)定的；反之，則不穩(wěn)定。(5) 經(jīng)驗公式法這種方法是基于隧道塌方歸納得出。其認(rèn)為在松散巖層的坍塌中，會形成空洞，引起圍 巖強度降低，圍巖應(yīng)力進行了重分布與空洞的應(yīng)力得到了釋放后，會在原頂板部位形成松弛 帶，具有平衡拱作用。經(jīng)驗公式為：其中，h垂直荷載計算高度(m)；S圍巖級別；W空洞寬度影響系數(shù)， W=