砾岩岩溶问题工程地质勘察初探

砾岩岩溶问题工程地质勘察初探

李,斌

湖南省核地质调查所，湖南 长沙 410114

摘要：可溶性岩石包括碳酸盐类岩石、硫酸盐类岩石和卤素类岩石，岩溶问题主要集中在碳酸盐类岩石中，在砾岩内碰到岩溶问题相对较少。本文将对项目所在砾岩区初步探讨砾岩岩溶的发育情况、分布规律，进行岩溶地基稳定性评价,并对钻探施工及桩基设计提出相应的处理建议。

关键词：砾岩；岩溶；工程勘察；岩溶地基稳定性评价；处理建议

Abstract: The soluble rocks include carbonate rocks, sulfate rocks and halogen rocks. The karst problems are mainly concentrated in carbonate rocks and relatively few in conglomerate. In this paper, the development and distribution of conglomerate karst are discussed, the stability of Karst Foundation is evaluated, and the corresponding treatment suggestions for drilling and pile foundation design are put forward

Key words:Conglomerate; Karst; engineering investigation; Stability Evaluation of Karst Foundation; treatment suggestion

1、引言

岩溶问题主要集中在碳酸盐类岩石中，在砾岩区碰到岩溶问题较少。本文初步探讨砾岩岩溶的发育情况、分布规律，进行岩溶地基稳定性评价,并对钻探施工及桩基设计提出相应的处理建议。

2、工程概况

场地位于新宁县崀山镇鲤溪村，为桥梁桩基工程地质施工勘察。场地地层岩性为白垩系砾岩，岩溶异常发育，与碳酸盐类岩石中的岩溶现象有不同之处。桥址桩基布置68个钻孔，对钻孔揭露岩溶发育情况进行初步分析。

3、地形地貌

场地属河流冲积地貌单元，地形变化较大，桥址跨越鲤溪河，河面宽约15米，水深约0.9米左右。河道两侧河流阶地主要为稻田区，河道内卵石及中细砂裸露，河谷及两岸阶地地面高程介于310.0~320.0m之间。

4、 地层岩性

勘察资料揭露，场地地层主要为第四系的覆盖层，白垩系的砾岩，现按地层从上而下分述如下：

  第四系全新统（Qh）

（1）填筑土：红褐色，黄褐色，稍湿-湿，粘土为主，见少量砂砾，为人工挖孔桩或施工便道填土，结构松散。该层广泛分布，厚度1.5-2.7m。

（2）粘土：红褐色，黄褐色，稍湿-湿，山坡多为硬塑-坚硬状，两侧河流阶地稻田多为软-可塑状，夹少量砾砂，层厚2.8-7.7m。

（3）中细砂：灰褐色，湿，主要成分为石英、长石，偶见少量卵石，呈中密状。该层仅在ZK7-1中遇见，层厚1.3m。

（4）卵石：黄褐色、灰褐色，湿-饱和，含砾约30-60%，直径2-6cm，偶夹漂石，主要成分为花岗岩、灰岩及砂岩，见少量中粗砂及粘物充填，呈中密状。该层主要分布于河流阶地及河床中，层厚1.0-4.8m。

白垩系（K）

（5）全风化砾岩：灰褐色，红褐色，稍湿-湿，节理裂隙极发育，岩芯多呈土柱状、散体状，含砾30-50%，成分多为砂岩、灰岩及花岗岩，砾径一般1-5cm，最大8-10cm，亚圆或次棱角状，原岩结构可见，局部结构已被破坏，差异风化明显。该层厚度变化极大，层厚1.2-37.8m。

（6）中风化砾岩：灰色，灰褐色，节理裂隙稍发育，粗砾结构，中厚层状构造，主要成分为灰岩、花岗岩及砂岩，含砾约80-90%，一般粒径2-5cm，最大为10-15cm，铁钙质胶结，岩质较硬，基本质量等级为Ⅲ级，岩体完整-较完整，岩芯呈柱状，偶见块状。该层为稳定下伏基岩，本次补充勘察未揭穿该层，钻孔揭露最大层厚可达24.2m。

4水文地质条件

场地地表水主要为鲤溪河河水，河面宽约15米，水深约0.9米左右，常年流水，主要接受上游及周边沟溪地表水补给，流量随季节性变化很大。旱季时水量较少；雨季时水量大，容易形成洪水灾害。

地下水主要为第四系覆盖层中的孔隙潜水和下伏基岩中的基岩裂隙水。孔隙潜水赋存于卵石及细砂层中，主要接受河水下渗及大气降水补给，水量丰富，且受季节性影响较小；基岩裂隙水主要赋存于全风化岩中，主要接受大气降水补给，水量较小。

根据地下水试验成果，在直接临水或强透水土层（中粗（细）砂、卵石、漂石等），地下水水质对混凝土具中等腐蚀性；在弱透水土层，（微风化砾的），该水质对混凝土具弱腐蚀。

5岩溶发育的基本条件

（1）可溶性的岩层及裂隙发育：砾岩主要成分为灰岩、砂岩和花岗岩等，其中灰岩成分占比约60%-80%，铁钙质及泥质胶结。砾岩中主要成分灰岩为可溶性岩石，全风化砾岩中节理裂隙发育，中风化砾岩裂隙稍发育，岩体内形成一个较为完整孔隙或裂隙系统，为地下水流通提供了良好通道。

（2）有溶解能力和足够流量的水：场地位于河流冲积阶地，地下水补给来源多，水量丰富。地下水腐蚀性二氧化碳含量高，为岩溶发育提供了基本条件。

（3）地下水下渗流动通道：场地位于山间河流冲积阶地，周边高中间低的趋势，地下水和周边河流沟溪有直接水力联系，补径排条件良好。地形地貌为大气降水及河流地表水渗入岩体提供良好的补给通道，并为水体排除岩体外提供了条件。地下水季节性变化明显的水循环交替条件，加速了岩溶的发育。

6岩溶发育规律

   场地砾岩主要成分以灰岩为主，夹少量砂岩和花岗岩，铁钙质胶结为主，砾石粒径较大，属粗砾结构。勘察结果显示，场地内溶洞顶板埋深变化非常大，一般发育深度最浅的5-8m，最深的45-50m。溶洞（或溶沟）大小变化大，洞高1-3m为主，占比52%，最大洞深8.5-10.8m。溶洞内多充填软粘土、细砂及少量碎石；一个钻孔内遇见1-3个溶洞，个别钻孔多达4个溶洞，成串珠状分布。岩溶十分发育，钻孔见洞隙率高达85%，岩溶发育程度等级为强发育。岩溶形态多为溶沟、溶蚀裂隙、溶洞等，在水平方向及垂直方向溶洞分布变化极大，连通性较好，无明显的规律性。

 7岩溶地基稳定性评价

7.1岩溶对地基稳定性的影响

场地内岩溶发育，溶洞发育深度及溶洞大小变化极大，基岩面起伏变化极大。场地属不均匀地基。桩基附近可能有潜伏性的溶洞或溶沟，若桩端入岩深度不够，可能会产生桩底岩层沿潜在侧向临空的软弱结构面倾覆或滑移的危险。

7.2岩溶地基稳定性评价

场地内岩溶发育，溶洞发育深度及溶洞大小变化极大，局部范围有串珠状溶洞群现象，基岩面起伏变化极大，场地钻孔见洞隙率高达85%，岩溶发育程度等级为强发育。场地属不均匀地基，地基稳定性评价为不利地段。场地属建筑抗震不利地段。

8钻探、桩基设计及施工

8.1钻探

场地内岩溶发育，钻探施工难度极大，经常出现严重漏水、卡钻、埋钻、偏孔、堵孔等孔内事故。根据工程经验，对场地内不同溶洞埋深及高度，采取跟管钻进、变径钻进等施工工艺，准备好多种口径套管（如Φ127mm，Φ108mm和Φ89mm），以应对不同地质情况。

对埋深较浅或洞高大的单孔溶洞采用下套管跟管钻进；埋深较大，多孔串珠状或漏水严重的小溶洞，可采用堵漏硬化+变径钻进工艺。堵漏材料可根据溶洞充填物及漏水情况选择袋装水泥粉或干黄豆及锯末、干海带进行挤压封堵。钻孔深度进入稳定中风化砾岩不小于10m方可终孔。

同一墩台的不同桥桩，若出现稳定基岩埋深变化大的现象，甚至在局部发育溶洞群的大口径桥桩采取一桩多孔方法钻进，钻探深度适当增加，以保证满足桩基设计要求。

8.2桩基设计及施工

据场地地质情况，桥梁基础工程采取端承桩基础形式，以中风化砾岩为桩基础持力层。桩长应根据地质情况设计，桩端进入完整基岩足够安全深度。

施工采用冲击钻孔灌注桩工艺。施工时可能会出现漏浆、孔壁垮塌、偏孔等事故。当发生孔壁垮塌时，应采取加片石、粘土块等对溶洞进行封堵；有必要时可下导管浇注混凝土封堵，待硬化后重新冲孔。施工过程中，应根据实际情况调整泥浆相对密度、粘度或稠度，以保证施工安全。在基岩面倾斜时，应投入片石挤压密实后再进行钻进施工，避免出现偏孔事故。

9结束语

本桥址场地基岩为砾岩，岩溶极发育，岩溶发育特征和常规砾岩区及碳酸盐类岩层的岩溶发育有不同之处。本项目根据现场实际地质情况完善了钻探工艺，为桩基设计及施工提供了良好的技术支持，特别是对串珠状溶洞场地的桩基施工及处理措施提供了较好工程经验，取得了较好的经济效益。

参考文献：

[1] 《工程地质手册》第五版

[2]刘振洪 ，灰质砾岩区岩溶于勘察施工要点，北京，西南交通大学学报，第47卷 增刊 2012年5月

[3]《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）(2019年版)

[4] 《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）