岩溶区溶洞及土洞对建筑物地基稳定性影响的处理方法探讨

【摘要】本文从溶洞、土洞对地基稳定性的影响入手，结合工程实例，就岩溶地区的溶洞、土洞地基处理进行探讨，有一定借鉴意义。

【关键词】溶洞；土洞；地基

我国的可溶性碳酸盐岩分布面积达3.44×108km2，占国土面积的1/3以上，其中碳酸盐岩出露面积约9l万km2，为岩溶的发育提供了根本条件，广西、云南、贵州等均是典型的岩溶分布大省，广西桂林岩溶区为中国典型岩溶区。溶洞和土洞是在岩溶地基形成的地质历史过程中和后期逐渐形成的特殊地质现象，由其所构成的岩溶地基常常引起地基承载力不足、不均匀沉降、地基滑动和塌陷等地基变形破坏，若处理不好，将影响建筑物的安全使用，甚至发生塌陷事故，危及人民生命财产安全。因此，随着近年来越来越多的工程兴建在岩溶地区，如何采用合理、经济的措施处理溶洞、土洞地基，技术价值和经济意义颇为重大。

一、溶洞、土洞对地基稳定性的影响

1．溶洞对地基稳定性的影响。当独立基础底面以下的土层厚度大于3倍基础底面宽度，或大于6倍条形基础底面宽度，且在使用期间不具备形成土洞的条件，或基础位于微风化硬质可溶性岩石表面时，如基础处于宽度小于1m的竖向溶蚀裂隙和落水洞近旁地段，可不考虑溶洞对地基稳定性的影响。当溶洞顶板与基础底面之间上层厚度小于上述规定的要求，应根据洞体大小、顶板形状、岩体结构和强度、洞内充填情况以及岩溶水活动等因素，进行洞体稳定性分析。如地质条件符合下列情况之一时，对一般建筑物可不考虑溶洞对地基稳定性的影响：溶洞被密实的沉积物填满，其承载力超过150KPa，且无被水冲蚀的可能性；洞体较小，基础尺寸大于洞的平面尺寸，并有足够的支承长度；微风化的硬质可溶性岩石中，洞体顶板厚度接近或大于洞跨。

2．土洞对地基稳定性的影响。土洞常发育于岩溶地区覆盖层中，土洞的发生、发展受岩溶发育的各种因素如岩溶、地质构造等影响。在存在土洞或地表塌陷的地段，在隐状的基岩中必有洞隙等岩溶水通道。土洞对建筑物地基稳定性的影响远大于岩溶，其主要原因是：土洞埋藏浅。土洞经常处于建筑物地基压缩层范围内，有的甚至在持力层中；土洞顶板强度低。上覆土层的抗压强度比基岩强度低，当土洞发育到一定阶段，往往由于顶板不能承受自重而塌陷；土洞分布密度大。在某些地段呈密集分布；发育快。由于覆盖土层受水侵蚀作用远大于岩基，因此，在自然条件下土洞发展速度快，特别是由于人工抽水改变该地区地下水动力条件，地表土层在短期内便出现塌陷现象。

二、溶洞、土洞地基处理

1．岩溶地基处理的一般原则。在对溶洞、土洞进行地基处理时，一般应遵循以下原则：（1）重要建筑物宜避开岩溶强烈发育区。（2）当地基含石膏、岩盐等易溶岩时，应考虑溶蚀继续作用的不利影响。（3）不稳定的岩溶洞隙应以地基处理为主，并可根据其形态、大小及埋深，采用浅层楔状填塞、清爆换填、梁板跨越、洞底支撑、调整柱距等方法处理。（4）岩溶水的处理宜采取疏导的原则。（5）在未经有效处理的隐伏土洞或地表塌陷影响范围内不应作天然地基，对土洞和塌陷宜采用地表截流、防渗堵漏、挖填灌填岩溶通道、通气降压等方法进行处理，同时采用梁板跨越。对重要建筑物应采用桩基或墩基。（6）应采取防止地下水排泄通道堵截造成动水压力对基坑底板、地坪及道路等不良影响以及泄水、涌水对环境的污染的措施。（7）当采用桩(墩)基对，宣优先采用大直径墩基或嵌岩桩。此外，在建筑结构措施中，应选用有利于与上部结构共同工作，并可适应小范围塌落变位、整体性好的基础形式，如配筋的十字交叉条基、箱基等，同时采取必要的结构加强措施，如砖石结构加强圈梁设置、单层厂房基础梁与柱连成整体，并加强柱间支撑系统等。

2．溶洞地基的处理方法。对地基稳定性有影响的岩溶洞隙，应根据其位置、大小、埋深、围岩稳定性和水文地质条件综合分析，因地制宜采取下列措施：（1）对洞口较小的洞隙，宜采用镶补、嵌塞与跨盖等方法处理。（2）对洞口较大的洞隙，宜采用梁、板和拱等结构跨越。跨越结构应有可靠的支承面。梁式结构在岩石上的支承长度应大干梁高1.5倍，也可采用浆砌块石等堵塞措施。（3）对于围岩不稳定、风化裂隙破碎的岩体，可采用灌浆加固和清爆填塞等措施。（4）对规模较大的洞隙，可采用洞底支撑或调整柱距等方法处理。

3．土洞地基的处理方法。如前所述，土洞对建筑物的影响有时比溶洞还要大，因此在岩溶地段进行建设时，可采用钎探的方法(采用钎探进行验槽，对查清土洞或塌陷的的分布很有成效)，查清土洞的分布、形状、深度，以及发育程度。对地基中存在的土洞，应根据土洞在地基中所处的位置、土洞大小及形状、埋深、水文地质条件等，综合采取处理措施，如挖填法（一般适用于浅层土洞）、灌填法（用于埋藏深、洞径大的土洞）、梁板跨越法（对埋置较深和直径较小的士洞）、桩基法（对重要建筑物，当土洞较深时可用）、处理地表水及地下水法（由地表水渗入地下而形成土洞，或地表塌陷时可用）。

三、溶洞和土洞综合处理的工程实例

1．工程概况。某电厂扩建工程，厂址为岩溶地区，厂房为钢筋混凝土框架、排架结构，辅助、附属建筑多为砖混结构。主厂房基础设计为独立基础，埋深－5.5m，持力层为较完整的石灰岩和白云岩，基岩中厚层，强度较高，抗压强度在3000KPa以上，上覆红粘土、碎石等厚度1.0m～5.0m。

2．工程地质问题。工程地质勘察时布置82个钻孔，据钻孔资料统计，岩溶钻孔可见率19.5%，直线岩溶率1.4%，溶洞数量多，大小分布不均匀，规模大。主厂房C轴线区段，岩溶钻孔可见率73%，直线岩溶率7.9%，C轴线8＃～12＃轴线，有长达40m，宽度5.45m～9.80m，最大洞体高度4.35m，洞内充满淤泥质粘土，另有大小不等的多层水平溶洞，洞间顶板厚度大致在1.30m～2.50m之间，溶洞均地柱基基础底面标高以下，对主厂房基础稳定性影响很大。开挖时发现大小不等的溶槽、溶沟和起伏不平的石芽，在槽、沟和岩面上分布可塑状态粘土和软塑状态粘土，极可能发生地面变形、地基局部塌陷，严重影响建筑物的安全和正常使用。

3．溶洞和土洞综合处理方法。经过对溶洞各项特征的调查研究和统计分析，结合工程实际，确定如下处理方案：（1）对一般较浅的溶洞、溶槽、溶沟，较浅的尽量挖除洞、槽、沟内的填土，直接用C10素混凝土进行充填。（2）对一般较深的溶洞、溶槽、溶沟，在下部抛填块石，中、上部填碎石，设置反滤层，上部则尽量打凿成倒喇叭形斜面，用C10素混凝土进行充填，其厚度不小于上部宽度的一半，且不小于500mm。（3）对石芽和坡度较陡的基岩，则截除突出部分，缓和基底应力分布，减少回填量。当基础遇到陡岩时，按每阶水平距离500mm进行坡上放阶处理。（4）在压缩层范围内只有局部基岩出露，大部分为土层的地基，用褥垫处理，打掉石芽，根据试验所得的变形与压力曲线关系或由计算方法按照地基变形协调原则，在基础和石芽之间做500mm厚粗砂作褥垫层。（5）对较深大的溶洞，将上部原设计独立基础变更为横向条形基础梁，将柱基抬起用倒梁法计算确定基础梁截面1800×3500。在施工时，作如下构造处理：将跨越的洞口两边修凿成倒喇叭形，在上面浇灌不小于800mm厚的C10混凝土，且使条基底部有较均匀的接触面。

4．工程处理效果。该工程的岩溶问题经灵活处理，满足工程设计和施工要求。该厂房建成投产后，经过多年正常运行证明，工程处理收到预期效果。

参考文献

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