基于岩溶地区桩基施工的探讨

实质上,岩溶为不良地质现象,是桥梁桩基施工期间溶洞位置有漏浆、偏锤等情况形成,损坏了溶洞顶部,被上层缝隙潜水和下层岩溶水间水头差影响,促使钻孔桩周边的地下水位产生剧烈反应,导致顶部砂层渗入溶腔内壁,且促使上端覆盖层内部出现土洞,从而导致的桩孔周边地表坍塌。此次研究依照岩溶地区的地质条件、特征等,从施工方式的选用、邻近既有线等层面针对岩溶区的桥梁施工进行了探索、讨论,期望为该类型工程今后施工给予相应借鉴。     

栖霞中桥地区岩溶塌陷时空分布规律及成因分析

岩溶塌陷是岩溶地区一种特有的地质灾害,在时间上具有突发性,空间上具有隐蔽性.栖霞中桥地区位于山东省胶东半岛中北部,区内分布岩溶地层,岩溶发育较为强烈,近年来随着周边人类工程活动强度增大,加之一些自然因素影响,先后发生多次岩溶塌陷,给区内人民群众生产和生活带来了较大影响.以栖霞中桥地区作为研究区,通过收集资料、实地勘查、地球物理勘探、钻探、抽水试验、水位监测等工作方法取得本区岩溶塌陷、地层、降水、水位等翔实资料,研究分析了本区岩溶塌陷的时空分布规律:时间上主要发生于枯水期与丰枯交替时期,空间上多发生于覆盖型岩溶区岩溶水径流通道的两翼且地下水水力坡度急剧变化地段,均为断裂构造上盘区,第四系厚度多小于25 m,为黏性土与砂土互层的多层结构,与基岩面接触的岩性为粉质黏土及碎石土.在此基础上,分析了该区地下水位、降水变化对岩溶塌陷的影响机理:塌陷发生期间,区内地下水水位呈持续下降、骤然上升或上下起伏变化,已形成的土洞负压与高压相互交替,对土洞顶板产生吸力与压力,剪应力快速降低,岩溶地层上覆土体无法承受自身重力条件下引发岩溶塌陷,是潜蚀、真空、气爆及重力作用相互作用的结果,以潜蚀、真空效应为主.为栖霞市各级政府及相关主管部门开展岩溶塌陷地质灾害防治、地区规划建设等提供地质科学依据,为胶东半岛岩溶塌陷后续相关分析研究工作提供翔实的理论基础.     

溶洞、土洞稳定性评价与工程处理

土洞、溶洞发育是广州地铁二、八号线延长线嘉禾车辆段的主要不良地质问题之一,结合场地内岩溶发育特征,论述了工程实践中常用的岩溶地基稳定性分析评价方法及岩溶塌陷的处理措施,提出轨道交通工程车辆段、停车场在覆盖型岩溶区设计的基本思路。     

大砂地尾矿库岩溶问题分析

为了论证在北衙灰岩地区建设尾矿库的可行性,通过对北衙地区岩溶发育规律分析,以钻探、高密度电法、EH4多种勘察手段验证,其岩溶主要受控于张性断裂,库区无张性断裂通过,库区岩溶发育一般;通过对库区岩溶塌陷形成条件分析,地下水位变动和地表雨水入渗对库区岩溶塌陷的动力作用有限,引发库区岩溶塌陷的动力可能为尾矿渣堆渣体荷载,通过对洞体稳定性计算,并运用FLAC3D数值模拟分析,结果表明:尾矿库在堆渣荷载状态下,不会引发库区下伏岩溶塌陷.这为尾矿库的选址、设计提供了极其重要的科学依据,对在岩溶地区建设Ⅱ类场尾矿库具有较强的借鉴意义.     

地下水位变化对岩溶区建筑地基的稳定性分析

基于岩溶区实际地质情况,并结合现场监测,以地下水位的变化为主要影响因素,运用有限元软件对岩溶塌陷区附近的建筑物地基进行稳定性分析.通过对监测和有限元模拟数据的分析可得,地下水位的变化会引起岩溶区土洞的变化,从而影响着岩溶区建筑的稳定性,因与塌陷区距离的差异性,建筑地基将出现明显的不均匀沉降,严重威胁着岩溶区的生命财产安全;数值计算和监测结果的变化趋势相近,数值计算对岩溶区地下水位变化时建筑地基的稳定性分析有着一定的参考性.     

江西东乡县亭子上岩溶塌陷形成机理研究

岩溶塌陷地质灾害对江西东乡县孝岗镇西坪村亭子上居民区造成了严重的经济损失和安全隐患。通过钻探、物探及地下水试验分析,亭子上居民区内岩溶塌陷的3个基本形成条件充分,一是岩溶发育强烈,钻孔见溶洞率达81.8%,小于1 m的岩溶顶板达70%;二是具有较厚的含粉质粘土和砂砾石覆盖土体;三是地下水丰富,地下水动力充足。综合认为,在渗流潜蚀和真空吸蚀效应的共同作用下,研究区覆盖土层内形成土洞,再经过降雨或增加荷载导致土体的致塌力上升,使得土洞顶板失稳坍塌形成地面塌陷。     

山区高速公路岩溶路基的地质雷达探测

在碳酸盐岩地区修建高速公路,最主要的隐患是岩溶发育易引发路基不均匀沉降、路基滑动、地表塌陷等地质灾害。为了查找隐患,采用时域有限差分法模拟了地表起伏、覆盖层厚度变化、不同充填效果时溶洞在地质雷达剖面上的反映特征,据此指导工程实测。并以贵州高速公路的部分路段勘察为例,介绍了地质雷达在岩溶地区路基勘察中的运用,取得了良好的效果。     

串珠状溶洞数量影响灌注桩顶部水平受拉特性试验研究

采用室内模型试验，对比研究串珠状溶洞数量对灌注桩顶部水平受拉特性的影响，为岩溶强发育区嵌岩桩的水平承载力设计提供试验依据. 结果表明：1）桩顶水平荷载相同时，上部土层段桩身水平位移、桩身弯矩（峰值）、桩侧土抗力随溶洞数量的增多而增大，单桩水平承载力随溶洞数量增多而明显减弱. 2）上部土层段桩身水平位移随桩顶水平荷载增大而增大，桩顶水平位移最大，嵌岩段很小甚至为0；弯矩M -深度z曲线整体呈抛物线形，桩身弯矩在土岩界面和上层溶洞与底板界面呈现2个峰值，弯矩的变化仅仅影响到上层溶洞及其底板，第2层溶洞及其以下的弯矩几乎为0，土岩界面弯矩最大、截面最危险；土抗力p-深度z曲线呈“凸肚”形. 3）溶洞数量增加，位置越高，p-y曲线越容易收敛，可以采用p/pub=α（y/y50）β拟合土层段的桩身p-y曲线. 溶洞数量对α与β值变化幅度的影响较小，α与β值变化幅度体现p-y曲线随深度变化的敏感度，两者敏感度随溶洞数量增多而增大. 4）工程桩刺穿串珠状溶洞时，为了提高单桩水平抗拉能力，建议采用注浆法改善上部岩土性质，加大土岩界面处桩身配筋率，并将桩身嵌入上层溶洞底板一定深度，防止基桩在土岩界面处发生弯曲破坏.     

岩溶地区深厚覆盖层强漏失灌注桩钻孔施工技术

岩溶地区桩基施工,漏浆、孔壁坍塌、塌孔、卡锤、埋锤、掉锤现象经常发生.抛填片石粘土、预充填,主要是封堵溶洞,防止漏浆,保持孔壁稳定.通过表层溶洞或土洞注浆加固、钢护筒跟进保护深厚覆盖层、抛填片石枯土封堵溶洞的方法,与采用注浆封堵溶洞、钢护筒穿越溶洞相比,具有岩溶处理工程量可控,节省投资的特点.     

岳家桥镇岩溶塌陷区地下水动态监测与分析

为了探究地下水动态变化对岩溶塌陷的影响,以益阳市岳家桥地区为例,研究分析了地下水变化对浅层岩溶地表稳定性的影响.通过使用水位计、流速仪和电子水准仪对岳家桥镇岩溶塌陷区的水位、流速和地表沉降变化进行监测,并对监测数据进行统计和对比,结果表明:地下水位的增高会加剧岩溶塌陷,地下水位降低有利于岩溶地区稳定.并根据洞室埋深和监测所得的水文数据采用BP神经网络对岩溶塌陷进行预测,预测结果表明预测值能很好的拟合实际沉降数据,对于治理岳家桥地区的岩溶塌陷具有一定参考价值.     

岩溶地区冲孔灌注桩施工技术探讨

结合深圳岩溶地区桩基施工技术难题,在科学分析施工过程中存在的技术难点基础上,针对性地提出了解决土洞、溶洞复杂地层钻孔灌注桩施工技术方案,通过采取注浆、片石黏土回填或素混凝土回填等施工技术有效地解决了土洞、溶洞复杂地层灌注桩施工难题,保证了成桩质量。     

岩溶区铁路列车荷载对新建下穿隧道动力响应规律

在岩溶地区,列车振动荷载已成为引起铁路周边地表岩溶塌陷的重要影响因素。为研究新建地铁隧道在岩溶地层中开挖时,列车荷载对隧道、地表及地层的动位移和动应力响应,以贵阳地铁3号线下穿川黔铁路为背景,通过有限元软件建模计算了在最不利围岩和列车动载条件下,隧道拱顶无溶洞、有溶洞和溶洞注浆3种工况的动力响应规律进行对比分析。结果表明：在列车动荷载作用下,溶洞存在及对其注浆加固对地表位移动力响应的影响范围大致为3.3倍洞径以内,有溶洞时地表最大瞬时沉降发生在路基中线与隧道中线交叉处,为2.74 mm,而对其注浆加固后此处的沉降为2.16 mm,减小了21.2%;对溶洞进行注浆加固后隧道支护结构产生了相对更大动力响应,最大瞬时位移和主应力均发生在隧道拱顶,分别为-1.41 mm和-0.36 MPa;地层竖向应力从地表到隧道拱顶衰减最明显的是有溶洞的情况,从-0.076 6 MPa衰减到-0.008 4 MPa,衰减率为89.03%。可见,对铁路与隧道之间的地层溶洞注浆加固后,在保证新建隧道安全的情况下,明显改善降低了列车动载引起的地表瞬时沉降。     

覆盖型岩溶区岩溶土洞的分布及地基处理方法

以福建龙岩市区一建筑工程项目为案例,根据工程勘察结果,分析了溶洞、土洞强烈发育的覆盖型岩溶区不均匀地基的工程特征和岩溶土洞的空间分布及稳定性,基于地基稳定性评价和验算,探索出符合当地实情的安全可靠、经济合理的岩溶区地基处理方法,即采用大直径的冲(钻)孔灌注桩或高压旋喷注浆处理,桩端持力层选用7中风化灰岩;对洞径较大、埋藏浅的土洞经直接挖开后用级配好的砂、碎石进行回填,再进行高压旋喷注浆处理;对于埋深较深难于开挖的土洞,进行预钻孔并填砂再进行旋喷处理;研究结果对岩溶地区的工程建设具有工程指导意义。     

金沙江白鹤滩水电站旱谷地料场岩溶发育特征及工程效应

巧家县旱谷地石灰石料场岩溶总体不发育,但开挖揭示有较大岩溶管道,查明岩溶发育的规律对料场下一步开采布局具有现实意义。通过对料场及其周边的实地调查、钻孔揭露及物探,对地下岩溶以及地表岩溶分布特征及位置进行统计,结合构造、岩性、水文及地貌等地质特征对岩溶发育机理进行分析讨论,认为特殊水文条件下可以在岩溶发育较差地区发育岩溶异常带"。主要结论如下:①巧家旱谷地斜坡由于地表支沟发育,地表水无法聚集,地表岩溶不发育。②料场上方缓坡平台后缘有一断层泉,流量约1. 8 L/s,泉水出露后又在该平台渗入地下,使得料场区地下岩溶较地表发育;旱谷地平台后缘保存有菩萨洞和蝙蝠洞,为当时溶洞的出口。③地下岩溶通道首先在普家村平台断层泉渗入地下,沿中梁子沟发育切层陡倾坡外的"垂直"管道,直径约12 m,在1 400 m高程,顺层发育水平管道(层控),并在大弯子沟右岸菩萨洞及蝙蝠洞岩溶水排出地表;随着旱谷地台面的抬升,现今岩溶管道仍然以垂直管道向金沙江谷底方向排泄,出口在巧家县城龙潭一带。④由于管道及其附近塌陷及溶洞角砾、次生泥充填,危岩垮塌严重,不能满足石料质量要求,料场区有用料储量减少10%～15%。     

山脚树矿浅表岩溶塌陷诱因及机理分析

为有效预测和防范浅表岩溶塌陷带来的危害,以贵州盘江精煤有限公司山脚树矿为背景,针对山脚树矿出现的地表裂缝、地面陷坑等灾害,采用理论分析、数值模拟和现场观测等方法,分析了其浅表岩溶塌陷的诱因及其形成机理.研究结果表明,开采扰动会导致开采煤层上覆岩层中断层的活化,断层活化导致裂隙带与采空区导通;在降雨的渗透侵蚀作用下,表土层抗拉强度降低,使裂缝加速扩张;当存在有浅埋溶洞时,在开采扰动和降雨侵蚀作用下,溶洞与表土层裂缝贯通,形成岩溶塌陷坑.     

武汉地铁6号线岩溶发育特征及治理方案比选

基于岩溶专项勘察资料,通过数学统计方法分析研究区岩溶发育特征。根据上覆盖土层和基岩之间的组合关系将岩溶地质结构分为两大类,并结合岩溶发育特征提出对应治理方案。运用数值模拟手段研究岩溶塌陷发生时,I类岩溶地质结构治理方案中两种不同类型的隔离桩的受力情况。研究结果表明,研究区岩溶主要发育于基岩面以下15 m范围内,以垂向发育形态为主。绝大部分溶洞高度小于3 m,充填形式以全充填为主。岩溶治理方案由帷幕注浆、区间满铺注浆、隔离桩及溶洞注浆等措施组成,其中B型隔离桩(单排旋喷桩+单排灌注桩)的受力特性优于A型隔离桩(三排旋喷桩),建议优先采用。     

某高层建筑地基中土洞的成因分析及地基处理设计方案

本文通过分析龙岩盆地某高层建筑地基中土洞的成因,介绍了高压旋喷桩加固地基处理的原理及本场地地基处理的设计方案,即土洞是在有覆盖土的岩溶发育区,其特定的水文地质条件,使岩面以上的土体遭到流失迁移而形成土中的洞穴和洞内塌落堆积物以及引发地面变形破坏的总称。土洞是岩溶的一种特殊形态,是岩溶范畴内的一种不良地质现象,由于发育速度快,分布密,对工程的影响远大于岩洞。     

城区地表塌陷土洞发育破坏特征

为了研究城区塌陷土洞的发育致塌机制,通过建立三维模型试验研究土洞的发育破坏过程,分析了试验过程中地表变形数据以及土洞的最终破坏形状,同时通过土压力量测试验分析土洞发展过程中覆土应力的变化.以此试验为基础建立了计算土洞极限半径的有限元模型,通过正交试验分析了弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角对极限半径的影响.结果表明:对于发育的土层空洞,破坏区内土压力显著降低;土洞发生破坏时,洞顶沉降速率发生突变;土洞内部破坏的高度与土洞直径间的规律与普氏理论提出的几何规律吻合良好;对于埋深不同的土洞,其破坏形式主要分为坛形和直筒形塌陷.     

地下水抽取对溶洞稳定性影响的流-固全耦合分析

岩溶区抽取地下水导致水位被迫下降将诱发溶洞坍塌及地面沉降等灾害,其实质是流场和力场相互作用的结果。为精确评判溶洞稳定性和沉降风险性,需构建流-固耦模型模拟地下水抽取过程中的流场和力场的时空分布。基于连续介质力学推导给出流-固全耦合控制方程,结合渗透率关系、应力-应变关系等本构方程给出闭合数学描述,通过经典算例验证模型有效性后分析全耦与传统解耦计算的差异。以深圳市场地工程地质条件为背景,根据勘察参数,计算分析不同抽水速率、洞径、洞形等多个关键因素下孔压、应力和塑性区的时空分布,阐述多物理场作用下岩溶塌陷及地面沉降的力学破坏机制,并基于灰色理论对各影响因素敏感性大小进行分析。结果表明：在重点分析土体渗流时,耦合作用不可忽视;与勘察结果一致,水力压降造成的应力集中是形成地面沉降和溶洞坍塌的主要因素;地面沉降对抽水速率、洞径和洞形更为敏感,溶洞稳定性对抽水速率和洞径更为敏感。研究成果可为岩溶塌陷防治提供参考。     

凤冈新建乡岩溶塌陷预测

通过实地调查及高密度电阻率法探测等手段对新建乡塌陷现状的分布特征作了分析后得出,研究区地下管道(地下河)发育方向及塌陷易发地段受断裂构造控制,呈北东向分布,地下河顶部的垂直管道(裂缝)与土层接触部位,受地下水位升降变化及土的力学性质状态改变产生致塌作用,引发岩溶塌陷地质灾害。根据现状塌陷的水文地质特征结合物探成果资料,对研究区的岩溶塌陷进行了预测,为新城镇规划防灾减灾提供了依据。