1、 本科毕业论文（设计）题目： 岩溶区地基处理及对基础施工影响姓 名： * 学 号： 2* 院 （系）： 工程学院 专 业： 勘查技术与工程 指导教师： 职 称： 副教授 评 阅 人： 职 称： 教授 2012 年 6 月 I本科生毕业论文（设计）原创声明本人以信誉声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作所取得的研究成果。论文中引用他人的文献、资料、经验总结、图片均已在参考文献中说明，论文中的结论和实验结果均为本人独立完成，不包括他人成果及为获得中国地质大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确说明并表示了感谢。毕业
2、论文作者（签字）： 签字日期： 年 月 日II摘 要岩溶问题普遍存在于我国南方各大省市。长期以来，在岩溶地区的各项工程建设中，场地内的各种岩溶形态，岩溶地下水及其它不良地质作用等都是影响地基稳定，工程质量和安全使用的主要因素，也是使用过程中的主要隐患。因此，分析清楚岩溶这类不良地质问题对基础施工的影响，并对岩溶区的地基处理方法进行研究就显得尤为重要。华润（封开）水泥厂位于广东省肇庆市，地处岩溶发育地带，该区主要不良地质作用为土洞和溶洞，从勘察报告所提供的资料看，该区土洞见洞率为 23.3%，溶洞见洞率为46.2%。是典型的位于岩溶地区的工程项目。本论文以华润（封开）水泥厂这种典型的工程实例为背
3、景，研究岩溶对基础施工的不良影响，并提出简单有效的预防措施和处理方法。首先，论文对岩溶区常见的几种不良工程地质溶洞、土洞、地面塌陷的成因进行分析，并总结出常用的处理方法。其次，以华润（封开）水泥厂中的两个厂房基础施工中遇到的问题为例，分别分析了岩溶这种不良工程地质情况对桩基础和浅基础施工的影响以及相应的处理方法。在常用经验方法的基础上，通过定量计算提出安全可靠，施工成本较低，施工工期短的处理方法。这些处理方法对今后岩溶桩基础施工，浅基础施工有一定的借鉴意义。关键词：溶洞 地基处理 基础施工 塌孔ABSTRACTKarst problems are prevalent in major prov
4、inces and cities of southern China. In construction sites of Karst area, its a long time that the variety of karst morphology, karst groundwater and other adverse geologic actions are the main factors affecting the stability of the foundation, the quality of project and safely use of buildings. Its
5、also the main hidden danger in the process of using. Hence, its particularly important to make a clear analysis of the influence of foundation construction caused this adverse geological problems, and make a research of relevant treatment methods.Huarun cement factory is located in Zhaoqing ,Guangdo
6、ng Province , which is just in karst area. The main adverse geologic actions of this area are soil cave and cave, from the information the reconnaissance report provided, out of all the boreholes, there are the 23.3%, soil caves and 46.2% caves. It is a typical project in the karst region. Taking Hu
7、arun cement factory as a typical example, this thesis tends to make a research on the adverse effects of foundation construction caused by karst, and put forward a simple and effective preventive measures and treatment methods.First of all, the thesis makes an analyzing of several common geological
8、engineering phenomenons - cave, hole and ground collapse, and summarizes the usual methods people have used.Secondly, taking problems encountered during foundation construction of two workshops in Huarun cement factory as an example, the thesis analysis the influence of pile foundation and shallow f
9、oundation construction caused by this adverse geological engineering condition, and corresponding treatment methods. Be based on commonly used experience, through quantitative anglicizing, the thesis puts forward several safe, reliable, low construction cost methods. These treatment methods have cer
10、tain reference significance on pile foundation construction and shallow foundation construction in karst areas.Key words: Karst Ground treatment Foundation construction Collapse of holes目 录第一章 绪论 .1第一节 我国岩溶研究概况 .1第二节 论文的研究内容 .2第二章 岩溶地区的不良工程地质问题及处理方法 .3第一节 溶洞 .3第二节 土洞 .6第三节 塌陷 .9第三章 华润（封 开）水 泥厂工程地质条件
11、 .12第一节 气象 .12第二节 地质构造概况 .12第三节 工程地质条件 .12第四节 特殊性岩土（不良 地质层）评价 .14第四章 岩溶对基础施工影响分析 .16第一节 岩溶对桩基础施工影响及处理方法 .16第二节 岩溶对浅基础施工影响及处理方法 .21第五章 结论 与建议 .29致 谢 .30参考 文献 .31中国地质大学（武汉）学士学位论文1第一章 绪论岩溶亦称“喀斯特” ，1966 年 2 月我国第二次喀斯特学术会议确定将其更名为岩溶。作为一种特殊的地质条件下形成的现象，它是石灰岩、泥灰岩、白云岩、大理岩、石膏、岩盐层等可溶性岩受到水的化学和机械作用而形成的溶洞、溶沟、裂隙、暗河、
12、石芽、漏斗、钟乳石等奇特的地面以及地下形态的总称 1，溶岩地区地形地貌示意图见图 1-1。图 1-1 溶岩地区地形地貌示意图1、峰林 2、溶蚀洼地 3、岩溶盆地 4、岩溶平原 5、孤峰 6、岩溶漏斗 7、岩溶塌陷 8、溶洞 a、石钟乳 b、石笋 c、石柱 在我国，可溶性碳酸盐岩分布面积达 3.44106km2，占国土面积的 1/3 以上，其中以贵州、云南、广西、四川最为发育，其余如湖南、广东、浙江、江苏、山东、河北、山西、内蒙等省区均有不同规模的溶岩出露。此外，我国西部和北部的新疆、青海和西藏，在夹有石膏、岩盐的地层中，也有局部的岩溶被发现。第一节 我国岩溶研究概况在我国的工程实践中遇到溶岩地
13、质的工程项目也不在少数。而在岩溶地区岩溶洞、隙、沟、槽等岩溶地貌和岩溶的特殊形态(土洞) 都是岩溶范畴内的不良地质现象，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，对工程建设造成不利影响，使建（构）筑物附近产生地面塌陷等现象，严重时危及建筑物的正常使用。因此，随着越来越多的工程兴建在岩溶地区，岩溶地基稳定问题就成为工程建设中的突出问题。岩溶地基处理不好，就会造成公路铁路断道、桥涵下沉开裂、建筑物损坏、水库渗漏，影响生产，危及人民生命财产安全。在岩溶区的地基基础理论研究方面，迄今国内还没有进行过系统的研究，目前较多的是一些学者和工程技术人员针对具体的工程
14、实践过程中所遇到的岩溶地基(溶洞地基、土洞地基、塌陷地基)的分析评价。而在工程实践方面，则只有工程技术人员根据具体工程案例的实际情况而提出的一些中国地质大学（武汉）学士学位论文2适合其工程背景的设计和处理方案。总体说来，目前国内岩溶地区的工程建设，从建筑地基的勘察到设计和施工，其经验方法手段还是多于理论方法手段、定性分析评价也是多于定量分析评价。对岩溶区溶洞及土洞对建筑地基稳定性的影响因素和判别方法、岩溶地基承载力、岩溶地基沉降变形及岩溶地基处理等进行系统性的研究，无论在理论上还是从实践的需要上着眼，都显得十分迫切。由于地基的区域性很强，地基基础设计和地基处理方法等工作都必须在充分依靠当地经验
15、及类似地基处理的经验教训上，才能对其进行科学的、定量化的处理，才能把有价值的经验和教训变成有规律的理论、方法，以便有效地在工程实践中应用。而对于各个岩溶地区，工程地质也有其特有的背景特征，因此根据具体地区的实际情况总结适合该地区的岩溶地基设计处理方法，在现阶段来说也是十分必要的。第二节 论文的研究内容鉴于此种情况，本文则是从封开华润水泥厂身处岩溶地区的实际背景出发，首先总结了其他岩溶地区在工程建设过程中的一般性的处理办法和应对措施，其次根据当地的具体工程地质情况，对当地典型工程案例的评价分析，主要包括：（1）依据本工程，总结桩基础施工中的常出现的问题及解决方法。（2）对于浅基础施工中土洞处理，
16、合理选定方法，对施工中涉及关键参数进行验算。中国地质大学（武汉）学士学位论文3第二章 岩溶地区的不良工程地质问题及处理方法在我国的工程实践中遇到溶岩地质的工程项目不在少数。而在溶岩地区又会不可避免地遇到溶洞、土洞的不良工程地质情况，对工程建设造成不利影响，使建（构）筑物附近产生地面塌陷等现象，严重时危及建筑物的正常使用。岩溶区的地基基础研究方面，迄今国内还没有进行过系统的研究，目前较多报道的是一些学者和工程技术人员针对具体的工程实践过程中所遇到的岩溶地基(溶洞地基、土洞地基、塌陷地基)的分析评价。第一节 溶洞一、溶洞成因地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和再造作用，包括化学作用过程（溶解和沉淀）
17、和物理作用过程（流水的侵蚀和堆积、重力的塌陷和堆积） ，但化学溶解作用过程是塑造岩溶地貌的主要动力。溶洞的发育过程实际上就是可溶性岩在水的作用下，发生溶解作用而形成地下空洞的过程。地下水沿着可溶性岩石的层面、节理或断层进行溶蚀和侵蚀而成地下通道，随着裂隙的不断扩大，使通道扩大为溶洞。1、可溶性岩的溶解作用 1溶解作用是通过水和可溶岩之间的一系列化学过程进行的。在石灰岩、泥灰岩、白云岩、大理岩、石膏、岩盐层等可溶性岩中，除了以 CaSO4 为主要成分的石膏和以 NaCl 为主要成分的岩盐以外，剩下的都是以 CaCO3 为主要成分的碳酸盐岩类。它们在水中的溶解可以分别用以下 3 式表示：CaSO4
18、2 Ca2-+ SO42- （31）NaCl=Na+Cl- （32）CaCO3+ H2O +CO2Ca 2- +2HCO3- （33）实际上，除了 NaCl 外，CaCO 3 和 CaSO4 类可溶岩在常温常压下都只有很小的溶解度（常温常压下，CaCO 3 的溶解度为 14.3mg/L，CaSO4 的溶解度为 192.8 mg/L 至 209.7 mg/L 之间） ，因此 CaCO3 和 CaSO4 类可溶岩在水中很快就能达到溶解平衡。但若在 CO2的酸性环境中，CaCO 3 的溶解度会明显的增大，促进碳酸盐类可溶岩的溶解作用，加速可溶岩的溶蚀，即形成溶洞的速度加快。2、溶洞的发育与地质构造关
19、系溶洞的发育形成与地下水的流动有关，也与地质构造有直接联系。在垂直循环带中发育的溶洞多是垂直的，规模较小，在水平循环带中形成的溶洞多是水平的，有时受断层面的倾向和地层产状的影响，也可能是倾斜的。有些溶洞发育还受岩层中节理的控制，经常见到溶洞的方向和某一组特别发育的节理方向一致。岩溶发育受断层、褶皱核部等构造控制，在破碎带附近以及可溶岩与非可溶岩的地层接触地带，岩溶一般比较发育，易形成溶洞。并且地下岩溶发育具有表层以垂向岩溶发育中国地质大学（武汉）学士学位论文4为主，深部以水文岩溶为主，形成了错综复杂的洞隙网络系统。溶洞内经常充满水，形成地下河、地下湖和地下瀑布。当地壳上升，地下水水位下降，溶洞
20、将随之上升，使洞内经常无水。地壳多次间歇抬升，就会出现多层溶洞。3、溶洞发育的影响因素溶洞发育的影响因素大致有可溶性岩层、地下水活动、气候条件、地质构造和地形等，其中可溶岩层和地下水活动是必要因素。在富含 CO2 的大气降水和地表水渗入地下的地区，不断更新水质，可以保持地下水对可溶岩有着较持续的溶解能力，加速溶洞的形成。若大气降水充沛，这一过程的发展将会更快。在具有裂隙的背斜顶部和向斜轴部、断层破碎带、岩层接触面和构造断裂带等处，地下水流动得快，因而也利于溶洞的发展。此外，地形的落差也会导致地下水水头的差异，直接影响地下水的流速和流向，地势变化大区域，地表水和地下水流速度大，水对可溶岩的溶解和
21、冲蚀作用加剧，从而加速溶洞的发育和形成。在各种可溶岩中，由于各种矿物成分上的差异和溶解度的不同，导致岩溶发育的速度有很大不同。一般情况下，碳酸盐类岩层如石灰岩、泥灰岩、白云岩和大理岩中发育较慢，在硫酸盐类岩如石膏和石膏质岩层中发育就较快，而在卤盐类岩层如岩盐中则发育得更快。二、溶洞的处理方法在不稳定的岩溶地区进行建（构）筑物的修建，应结合工程实际情况、岩溶的发育情况、施工条件、经济与安全的原则，进行考虑。以下按照岩溶的发育程度进行讨论。1、单层溶洞的处理根据工程地质资料，地基下为单层溶洞，同时溶洞的顶板又不能满足对上部荷载的承载要求时，必须对溶洞进行处理加固。（1） 、溶洞若在基底设计高程附近
22、或以上时，换填土层要符合下式要求。（31tanQHb4）式中：H换填层厚度(m)；Q换算荷载(kN/m)； 换填材料的压力分布角；溶洞充填物的基本承载力(kPa)；b换填材料顶面宽度(基础侧面加 0.3m)(m)。根据冲击力影响深度，换填土层要求大于或等于 2 m。若溶洞位于持力层范围内时，应清除覆土及原填充的土质、视溶洞宽窄分别打入小钢轨、用浆砌片石混凝土填塞，设置钢筋混凝土盖板或无筋基础内部加钢筋网。（2)、若溶洞位于基底以下一定距离，且符合完整顶板厚度与跨长之比小于 2.0，或溶洞跨长大于 8m，但厚跨比值大于 2.0，且岩层完整性较差者应按下列方法进行检算。完整的水平顶板可近似地作为四
23、周嵌固的矩形板检算其稳定性。（312arqlM5）中国地质大学（武汉）学士学位论文5（341arq6）（3bal7）式中：M ar长边支点中间的挠曲力矩；qar长边的均布荷载；qa长边每延长米均布荷载；q单位面积荷载； 系数；lb， la板的长边及短边的长度。一般认为基底以下存在 5m 厚完整岩层，地基不需加固。2、重叠溶洞的处理在复杂的岩溶地区工程基础建筑中，常会遇到重叠的溶洞，为了使工程满足经济、稳定、安全、可靠的要求，可以作如下处理：（1）平面布置的调整。由于重要建筑的荷载均较大，其支承点恰巧在重叠溶洞上，应与设计部门和城市规划部门研究，调整平面布置和调整柱间距离，使其避开重叠溶洞，达到
24、既经济、又安全可靠的目的，这是最经济的处理方法。（2）在结构上采用大梁跨越重叠溶洞，但需特别注意重叠溶洞两端支座岩石必须坚固完整，同时梁的设计和施工技术措施得当。（3）由于城市规划的要求及无法调整柱距的尺寸，迫使采用嵌岩灌注桩的方法穿过溶洞顶板，此法造价昂贵、施工技术复杂，但对工程安全可靠。当桩穿过溶洞，且洞内无充填物、洞深超过 8 m 时，此时若直接下钻杆进行洞底板钻进，由于洞深过大，很难保证钻孔的垂直度，并且很容易掉杆，可以用下列方法处理：垫堆法：用碎石、块石、砂等材料投入洞内，使之成为一个小堆后，再用注浆管泵送加有速凝剂的水泥浆，此时不需加压，几分钟后再投入碎石等材料，再注浆，如此反复地
25、进行直到形成一混凝土柱，再进行钻孔施工。下飞管：把钻杆直接掉下，注意此时千万不要旋转钻杆，当钻头到达洞底后，慢速旋转钻头，使之进入岩石 12 m 后，提升钻头、下套管，再进行钻进，套管不拔出直接灌混凝土。但此方法施工技术难度高且钢套管价格昂贵，不能回收，因此用得很少。但当洞内积水较多时能体现它的优越性。3、溶洞内有填充物的处理当溶洞内有松软土层、碎块石及石灰岩等碳酸钙沉积填充物时，因其松散、松软、下沉量大、强度低、稳定性差，所以必须采取一定处理措施，才能作建筑物的地基。（1）当岩面溶蚀高差大于 1m 或岩溶洞平面、剖面尺寸大于 1m 者，可溶性岩层埋深在 8m 以上，基底岩层部分缺角且无法嵌补，明挖或水下施工压浆有困难时等情况均可使用桩基。可根据建筑物需要做支承桩或摩擦桩。当遇有流塑状粘性土体与有可能发生
