淺析巖土工程中白堊系鈣質砂礫、礫巖溶蝕問題

摘?要：實證舉例鈣質砂礫、礫巖中的溶蝕問題，敘述其造成的工程延誤情況和處理方式，分析論證該地層溶蝕產生的機理與條件，并最后歸納了常用的處理方法，為以后鈣質砂礫、礫巖地層的溶蝕問題提供了一定的指導處理意見。

關鍵詞：鈣質砂礫；空洞；溶蝕

隨著我國20多年來基礎建設的蓬勃發展，各種工程問題越來越多，尤其是某些地質類問題實例越來越多，所造成的經濟影響越來越大。在高速發展的今天，我們工程建設對于工期、經濟、質量等方面的要求越來越高，工期要求短、經濟要求實惠、質量要求高標準等，而對于下伏地質條件因素引發的工期延誤、造價提升、質量檢測、紀檢等問題容納度越來越低，要求也越發嚴苛。本文僅對工程問題中白堊系鈣質砂礫、礫巖的溶蝕問題進行淺析，試舉工作過程中的實例進行初步的歸納與分析。

1?鈣質砂礫、礫巖溶蝕現象對工程建設的影響

1.1?鈣質砂礫、礫巖的溶蝕現象（如圖1所示）

紅層（泛指中生代以來即三疊系、侏羅系、白堊系和新生代古近系）主要巖性為泥巖、粉砂巖、砂巖（未細化泥質粉砂巖、砂礫巖、砂巖等巖性命名），工程建設過程中，往往忽視了紅層中白堊系鈣質砂礫巖、礫巖的溶蝕問題，在紅色砂礫巖層中有不少石灰巖礫石和碳酸鈣膠結物，碳酸鈣被水溶解后常形成一些溶溝、石芽和溶洞，或者形成薄層的鈣化沉積，甚至發育石鐘乳，沿節理交匯處還發育漏斗。

1.2?空洞、溶蝕裂隙引發的工程問題（如圖2所示）

空洞或溶蝕裂隙隨著地質運動的抬升與下降，給工程過程造成多種建設施工問題。尤其是樁基礎施工過程中，鈣質砂礫、礫巖中存在溶蝕裂隙、空洞等因溶蝕現象形成的不利埋藏物，從而造成樁基施工過程中的垮孔、樁基的掉落、地面形成塌陷等工程事故，進而造成工程停滯、專家論證、設計變更、工期延誤、造價提高等一系列工程問題，大大延緩了工程的進度與質量。

2?實例1（某四星級酒店工程）

2.1?地質構造

2013年某市某縣某四星級酒店進行巖土工程勘察，場地本場地在區域構造上位于萍（鄉）～樂（平）凹陷帶西端，袁水向斜西部北翼。

2.2?水文地質條件

擬建場地系贛江水系袁水河西側，距袁水約2km，位于江西省蘆溪縣坪里村境內。境內有一水渠從場地東面自北向南流過，水位遠低于場地。擬建場地范圍內地下水主要為孔隙潛水及裂隙水。

2.3?地質分層

根據勘察鉆孔揭露地層巖性分布特征、成因類型、組合特征、物理、力學性質，場地可劃分5個巖土工程分層：雜填土（Qml）、第四系沖洪積層礫砂（Qal）、第四系殘積層粉質黏土（Qel）、強風化泥質粉砂巖（K2n）、中風化泥質粉砂巖夾砂礫巖（K2n）。

2.4?剪切波速測試

進行了剪切波測試工作，采用單孔測試法進行地震波速度測試，在3個勘探孔進行了測試。

測試結果：本建筑場地為Ⅱ類場地。下伏基巖為泥質粉砂巖夾砂礫巖，中風化泥質粉砂巖夾砂礫巖的剪切波速在610～860m/s之間，速度變化較大，風化程度不均勻，局部含泥質成分較重。

2.5?場地地質情況

場地水文地質條件簡單，萍鄉地區地震烈度小于6度。場地穩定性為較差、適宜性為較差。地下水對建設工程建筑材料呈微腐蝕性?？拐鹪O防標準為標準設防。

報告中指出：場地內下伏白堊系上統南雄組泥質粉砂巖夾砂礫巖，屬弱可溶性巖類，泥質粉砂巖與砂礫巖互層，場地南西角存在空洞，洞高5.4～6.2m，走向近東西，存在地面塌陷的可能性。

2.6?基礎方案

根據勘察資料，結合建筑物所處場地具體位置、結構特點、設計標高，考慮到建設工程的安全、經濟、實效等要求：地下室基坑開挖深度4.00m，開挖后擬建場地大部出露礫砂層。擬建建筑物宜采用沖擊成孔灌注樁，以中風化泥質粉砂夾砂礫巖巖層做基礎持力層；也可采用筏板基礎，以礫砂、粉質黏土作為基礎持力層。

2.7?工況描述（如圖3所示）

勘察鉆孔間距以22.6～24m間距布置，僅1個鉆孔揭露空洞，提出進行施工勘察補勘，進一步查明空洞范圍，被甲方以工期緊任務重，予以否決。

設計依據勘察數據進行設計，但對于場地內空洞未給予高度重視，僅按照以往經驗進行指導設計；施工方對南西角的空洞預計不足。施工過程中，空洞區域進行機械旋挖樁施工，施工鉆探至11.5m時掉鉆至15.54m，周邊地面開始下沉，10分鐘內下沉明顯，2小時候后地面圍繞樁基鉆孔，形成了半徑約15m的塌陷區域，最大下沉量約1.5m。

2.8?解決方案

情況發生后工程停待，甲方邀請五方責任主體進入現場進行分析與論證會議，現場會議決定：因場地地質條件復雜，需另行召開專家專項論證會議，因此上報上級主管部門約請專家進行現場專家論證，于事件發生22天后召開了專家論證會，會后對現場地質條件的復雜性給予肯定；并提出進行施工勘察，進一步查明空洞范圍；空洞的樁基施工參照灰巖巖溶地區施工工藝進行施工，對超量的砼方量進行現場三方簽證并保留影響資料。

3?實例舉證2（某黨風廉政教育基地食堂）

3.1?地質構造

2015年某市某區黨風廉政教育基地食堂進行巖土工程勘察，本場地在區域構造上位于萍（鄉）～樂（平）凹陷帶西端，第四系以下隱伏基巖為白堊系上統南雄組（K2n）巖層。

3.2?水文地質條件

擬建場地系贛江水系萍水河支流白源河北西側，距白源河約1km，位于萍鄉市安源區流萬村境內。場地原為低丘崗埠，地勢較高，地下水位遠低于場地。故擬建區遭受洪澇災害的可能性小。場地范圍內地下水主要為孔隙潛水及裂隙水，與上部孔隙水產生水力聯系，場地地下水位埋深較深，大部鉆孔未揭露到地下水。

3.3?地質分層

根據勘察鉆孔揭露地層巖性分布特征、成因類型、組合特征、物理、力學性質，場地可劃分6個巖土工程分層：雜填土（Qml）、第四系沖洪積層礫砂（Qal）、第四系殘積層粉質黏土（Qel）、第四系殘積層角礫（Qel）、強風化泥質粉砂巖（K2n）、中風化泥質粉砂巖夾砂礫巖（K2n）。

3.4?場地地質條件及周邊情況

場地內地層種類較多，分布不均勻，且軟硬不均，厚度變化較大，但區域地質條件較好；工程重要性為三級、場地等級二級、地基等級二級；場地水文地質條件簡單，萍鄉地區地震烈度小于6度。場地穩定性為較差、適宜性為較適宜?？辈炱陂g未發現埋藏的河道、溝溪、墓穴、空洞、孤石等對工程不利的埋藏物。場地內土、地下水對建設工程建筑材料呈微腐蝕性?？拐鹪O防標準為標準設防。

擬建場地北側緊鄰建設東路，西側緊鄰市政規劃路（建設中），南側約20m處為滬昆鐵路聯絡甲線，其余周邊為林地、荒地。

3.5?基礎類型

根據勘察資料，食堂采用機械旋挖樁基礎，以角礫、強風化、中風化泥質粉砂巖夾砂礫巖巖層做基礎持力層。建議基礎設置在同一個地層，若采用不同的地層，則需注意不同地層的沉降均勻性。

3.6?工況描述

食堂勘察鉆孔的布置間距為12.6～24m間距，勘察報告中未發現存在溶蝕裂隙與空洞，場地采用機械旋挖樁進行作業，2016年3月25日進行到樁號27號樁時，樁成孔正常，無垮孔現象，鋼筋籠正常下放后澆筑混凝土，此時施工及監理人員發現該樁孔混凝土在逐漸流失。發現該情況后，現場施工人員、監理、甲方發表、設計人員商議后，繼續澆筑混凝土，直至澆筑混凝土超200立方米仍未澆滿后停止，場地內樁基施工隊伍停滯，等待進一步指示。

3.7?解決方案

4月2日召開工地會議，五方責任主體到場，會議初步認定為溶蝕裂隙或者下埋管道，須待施工勘察和管線收集后進一步確認。

4月3日—11日緊急進行施工勘察，施工勘察過程中27號樁南東側3個鉆孔揭露0.8～1.3m左右混凝土塊，證實場地泥質粉砂巖夾砂礫巖存在溶蝕裂隙。調查了周邊情況并進行了管線收集，排除了地下存在管線的可能性。

設計依據施工勘察資料，在場地內存在溶蝕裂隙或空洞的地質情況下，調整了施工工藝，調配了鋼護筒，在可能出現漏漿的樁孔配置鋼護筒，以保證樁基施工的可行性。后期僅少量樁使用了鋼護筒，確保了樁基施工的質量與進度。

4?溶蝕機理分析

據以上實例分析，空洞發育地層均為鈣質砂礫、礫巖中，不排除其他巖層也存在溶蝕的可能性。

4.1?含鈣質地層

溶蝕現象發生在含鈣質地層中，包括鈣質膠結或者砂礫原巖成分為灰巖的區域。只有存在碳酸鈣的地層區域才具備溶蝕的可能。

4.2?水力侵蝕

溶蝕現象發生地層為正處于地下水流動或曾經處于流動水體侵蝕中，與水體曾產生過密切的水力聯系。場地區域均距離現有地表河流不遠，且均存在過沖洪積地層，說明該區域曾經受過流水沖刷。因此，水力侵蝕是形成空洞必不可少的因素之一。

4.3?地殼運動

發現的砂礫、礫巖的溶蝕現象有很多種。其中地表侵蝕可見于丹霞地貌內，有流水侵蝕、風侵蝕等多種形成機理，地下侵蝕常因地下水侵蝕基準面的變化形成溶蝕裂隙和空洞。不論以上那種方式形成，實例內揭露的空洞和裂隙一定經過了地殼的下降（該空洞位于地下水位以下）。

5?方法與措施

5.1?常用方法

（1）采用沖擊成孔灌注樁，沖擊成孔到至溶洞區域，回填片石和黏土，并使用沖錘反復沖擊，使片石和黏土充填整個溶洞，從而擠密整個溶洞，形成完整的成樁地層條件。缺點是時間長、溶洞上部地層易垮塌、溶洞若存在聯通通道不易擠密等。

（2）采用鋼護筒護壁，對大型不易垮塌的空洞。

（3）灌注水泥漿或者其他填充物的方法處理溶蝕裂隙或者小型的空洞。

5.2?規范論述方法

對較小的溶洞裂隙，可采用鑲補、嵌塞與跨越等方式處理；對較大的巖溶洞隙，可采用梁、板和拱等結構跨越，也可采用漿砌塊石等堵塞措施以及洞底支撐或調整柱距等方法處理?？缭浇Y構應設置可靠的支撐面。

結語

工程過程中遇到的地質問題，常常是不可預估的，也常常是超出預算的復雜問題。對曾發生過的地質問題進行歸納總結，建立應急預案和應對預防措施，是今后每一個單位部門做大做強的基石。若以上兩個實例中，建設主體中有砂礫、礫巖溶蝕裂隙和空洞的處理經驗，必將減少因此種地質問題引發的工期停滯、討論研究等時間成本，同時也可減少因此產生的施工成本和處理成本。

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作者簡介：肖億（1984—?），男，漢族，江西萍鄉人，碩士，巖土高級工程師，研究方向：環境巖土工程。