浅析岩土工程中白垩系钙质砂砾、砾岩溶蚀问题

摘 要：实证举例钙质砂砾、砾岩中的溶蚀问题，叙述其造成的工程延误情况和处理方式，分析论证该地层溶蚀产生的机理与条件，并最后归纳了常用的处理方法，为以后钙质砂砾、砾岩地层的溶蚀问题提供了一定的指导处理意见。

关键词：钙质砂砾；空洞；溶蚀

随着我国20多年来基础建设的蓬勃发展，各种工程问题越来越多，尤其是某些地质类问题实例越来越多，所造成的经济影响越来越大。在高速发展的今天，我们工程建设对于工期、经济、质量等方面的要求越来越高，工期要求短、经济要求实惠、质量要求高标准等，而对于下伏地质条件因素引发的工期延误、造价提升、质量检测、纪检等问题容纳度越来越低，要求也越发严苛。本文仅对工程问题中白垩系钙质砂砾、砾岩的溶蚀问题进行浅析，试举工作过程中的实例进行初步的归纳与分析。

1 钙质砂砾、砾岩溶蚀现象对工程建设的影响

1.1 钙质砂砾、砾岩的溶蚀现象（如图1所示）

红层（泛指中生代以来即三叠系、侏罗系、白垩系和新生代古近系）主要岩性为泥岩、粉砂岩、砂岩（未细化泥质粉砂岩、砂砾岩、砂岩等岩性命名），工程建设过程中，往往忽视了红层中白垩系钙质砂砾岩、砾岩的溶蚀问题，在红色砂砾岩层中有不少石灰岩砾石和碳酸钙胶结物，碳酸钙被水溶解后常形成一些溶沟、石芽和溶洞，或者形成薄层的钙化沉积，甚至发育石钟乳，沿节理交汇处还发育漏斗。

1.2 空洞、溶蚀裂隙引发的工程问题（如图2所示）

空洞或溶蚀裂隙随着地质运动的抬升与下降，给工程过程造成多种建设施工问题。尤其是桩基础施工过程中，钙质砂砾、砾岩中存在溶蚀裂隙、空洞等因溶蚀现象形成的不利埋藏物，从而造成桩基施工过程中的垮孔、桩基的掉落、地面形成塌陷等工程事故，进而造成工程停滞、专家论证、设计变更、工期延误、造价提高等一系列工程问题，大大延缓了工程的进度与质量。

2 实例1（某四星级酒店工程）

2.1 地质构造

2013年某市某县某四星级酒店进行岩土工程勘察，场地本场地在区域构造上位于萍（乡）～乐（平）凹陷带西端，袁水向斜西部北翼。

2.2 水文地质条件

拟建场地系赣江水系袁水河西侧，距袁水约2km，位于江西省芦溪县坪里村境内。境内有一水渠从场地东面自北向南流过，水位远低于场地。拟建场地范围内地下水主要为孔隙潜水及裂隙水。

2.3 地质分层

根据勘察钻孔揭露地层岩性分布特征、成因类型、组合特征、物理、力学性质，场地可划分5个岩土工程分层：杂填土（Qml）、第四系冲洪积层砾砂（Qal）、第四系残积层粉质黏土（Qel）、强风化泥质粉砂岩（K2n）、中风化泥质粉砂岩夹砂砾岩（K2n）。

2.4 剪切波速测试

进行了剪切波测试工作，采用单孔测试法进行地震波速度测试，在3个勘探孔进行了测试。

测试结果：本建筑场地为Ⅱ类场地。下伏基岩为泥质粉砂岩夹砂砾岩，中风化泥质粉砂岩夹砂砾岩的剪切波速在610～860m/s之间，速度变化较大，风化程度不均匀，局部含泥质成分较重。

2.5 场地地质情况

场地水文地质条件简单，萍乡地区地震烈度小于6度。场地稳定性为较差、适宜性为较差。地下水对建设工程建筑材料呈微腐蚀性。抗震设防标准为标准设防。

报告中指出：场地内下伏白垩系上统南雄组泥质粉砂岩夹砂砾岩，属弱可溶性岩类，泥质粉砂岩与砂砾岩互层，场地南西角存在空洞，洞高5.4～6.2m，走向近东西，存在地面塌陷的可能性。

2.6 基础方案

根据勘察资料，结合建筑物所处场地具体位置、结构特点、设计标高，考虑到建设工程的安全、经济、实效等要求：地下室基坑开挖深度4.00m，开挖后拟建场地大部出露砾砂层。拟建建筑物宜采用冲击成孔灌注桩，以中风化泥质粉砂夹砂砾岩岩层做基础持力层；也可采用筏板基础，以砾砂、粉质黏土作为基础持力层。

2.7 工况描述（如图3所示）

勘察钻孔间距以22.6～24m间距布置，仅1个钻孔揭露空洞，提出进行施工勘察补勘，进一步查明空洞范围，被甲方以工期紧任务重，予以否决。

设计依据勘察数据进行设计，但对于场地内空洞未给予高度重视，仅按照以往经验进行指导设计；施工方对南西角的空洞预计不足。施工过程中，空洞区域进行机械旋挖桩施工，施工钻探至11.5m时掉钻至15.54m，周边地面开始下沉，10分钟内下沉明显，2小时候后地面围绕桩基钻孔，形成了半径约15m的塌陷区域，最大下沉量约1.5m。

2.8 解决方案

情况发生后工程停待，甲方邀请五方责任主体进入现场进行分析与论证会议，现场会议决定：因场地地质条件复杂，需另行召开专家专项论证会议，因此上报上级主管部门约请专家进行现场专家论证，于事件发生22天后召开了专家论证会，会后对现场地质条件的复杂性给予肯定；并提出进行施工勘察，进一步查明空洞范围；空洞的桩基施工参照灰岩岩溶地區施工工艺进行施工，对超量的砼方量进行现场三方签证并保留影响资料。

3 实例举证2（某党风廉政教育基地食堂）

3.1 地质构造

2015年某市某区党风廉政教育基地食堂进行岩土工程勘察，本场地在区域构造上位于萍（乡）～乐（平）凹陷带西端，第四系以下隐伏基岩为白垩系上统南雄组（K2n）岩层。

3.2 水文地质条件

拟建场地系赣江水系萍水河支流白源河北西侧，距白源河约1km，位于萍乡市安源区流万村境内。场地原为低丘岗埠，地势较高，地下水位远低于场地。故拟建区遭受洪涝灾害的可能性小。场地范围内地下水主要为孔隙潜水及裂隙水，与上部孔隙水产生水力联系，场地地下水位埋深较深，大部钻孔未揭露到地下水。

3.3 地质分层

根据勘察钻孔揭露地层岩性分布特征、成因类型、组合特征、物理、力学性质，场地可划分6个岩土工程分層：杂填土（Qml）、第四系冲洪积层砾砂（Qal）、第四系残积层粉质黏土（Qel）、第四系残积层角砾（Qel）、强风化泥质粉砂岩（K2n）、中风化泥质粉砂岩夹砂砾岩（K2n）。

3.4 场地地质条件及周边情况

场地内地层种类较多，分布不均匀，且软硬不均，厚度变化较大，但区域地质条件较好；工程重要性为三级、场地等级二级、地基等级二级；场地水文地质条件简单，萍乡地区地震烈度小于6度。场地稳定性为较差、适宜性为较适宜。勘察期间未发现埋藏的河道、沟溪、墓穴、空洞、孤石等对工程不利的埋藏物。场地内土、地下水对建设工程建筑材料呈微腐蚀性。抗震设防标准为标准设防。

拟建场地北侧紧邻建设东路，西侧紧邻市政规划路（建设中），南侧约20m处为沪昆铁路联络甲线，其余周边为林地、荒地。

3.5 基础类型

根据勘察资料，食堂采用机械旋挖桩基础，以角砾、强风化、中风化泥质粉砂岩夹砂砾岩岩层做基础持力层。建议基础设置在同一个地层，若采用不同的地层，则需注意不同地层的沉降均匀性。

3.6 工况描述

食堂勘察钻孔的布置间距为12.6～24m间距，勘察报告中未发现存在溶蚀裂隙与空洞，场地采用机械旋挖桩进行作业，2016年3月25日进行到桩号27号桩时，桩成孔正常，无垮孔现象，钢筋笼正常下放后浇筑混凝土，此时施工及监理人员发现该桩孔混凝土在逐渐流失。发现该情况后，现场施工人员、监理、甲方发表、设计人员商议后，继续浇筑混凝土，直至浇筑混凝土超200立方米仍未浇满后停止，场地内桩基施工队伍停滞，等待进一步指示。

3.7 解决方案

4月2日召开工地会议，五方责任主体到场，会议初步认定为溶蚀裂隙或者下埋管道，须待施工勘察和管线收集后进一步确认。

4月3日—11日紧急进行施工勘察，施工勘察过程中27号桩南东侧3个钻孔揭露0.8～1.3m左右混凝土块，证实场地泥质粉砂岩夹砂砾岩存在溶蚀裂隙。调查了周边情况并进行了管线收集，排除了地下存在管线的可能性。

设计依据施工勘察资料，在场地内存在溶蚀裂隙或空洞的地质情况下，调整了施工工艺，调配了钢护筒，在可能出现漏浆的桩孔配置钢护筒，以保证桩基施工的可行性。后期仅少量桩使用了钢护筒，确保了桩基施工的质量与进度。

4 溶蚀机理分析

据以上实例分析，空洞发育地层均为钙质砂砾、砾岩中，不排除其他岩层也存在溶蚀的可能性。

4.1 含钙质地层

溶蚀现象发生在含钙质地层中，包括钙质胶结或者砂砾原岩成分为灰岩的区域。只有存在碳酸钙的地层区域才具备溶蚀的可能。

4.2 水力侵蚀

溶蚀现象发生地层为正处于地下水流动或曾经处于流动水体侵蚀中，与水体曾产生过密切的水力联系。场地区域均距离现有地表河流不远，且均存在过冲洪积地层，说明该区域曾经受过流水冲刷。因此，水力侵蚀是形成空洞必不可少的因素之一。

4.3 地壳运动

发现的砂砾、砾岩的溶蚀现象有很多种。其中地表侵蚀可见于丹霞地貌内，有流水侵蚀、风侵蚀等多种形成机理，地下侵蚀常因地下水侵蚀基准面的变化形成溶蚀裂隙和空洞。不论以上那种方式形成，实例内揭露的空洞和裂隙一定经过了地壳的下降（该空洞位于地下水位以下）。

5 方法与措施

5.1 常用方法

（1）采用冲击成孔灌注桩，冲击成孔到至溶洞区域，回填片石和黏土，并使用冲锤反复冲击，使片石和黏土充填整个溶洞，从而挤密整个溶洞，形成完整的成桩地层条件。缺点是时间长、溶洞上部地层易垮塌、溶洞若存在联通通道不易挤密等。

（2）采用钢护筒护壁，对大型不易垮塌的空洞。

（3）灌注水泥浆或者其他填充物的方法处理溶蚀裂隙或者小型的空洞。

5.2 规范论述方法

对较小的溶洞裂隙，可采用镶补、嵌塞与跨越等方式处理；对较大的岩溶洞隙，可采用梁、板和拱等结构跨越，也可采用浆砌块石等堵塞措施以及洞底支撑或调整柱距等方法处理。跨越结构应设置可靠的支撑面。

结语

工程过程中遇到的地质问题，常常是不可预估的，也常常是超出预算的复杂问题。对曾发生过的地质问题进行归纳总结，建立应急预案和应对预防措施，是今后每一个单位部门做大做强的基石。若以上两个实例中，建设主体中有砂砾、砾岩溶蚀裂隙和空洞的处理经验，必将减少因此种地质问题引发的工期停滞、讨论研究等时间成本，同时也可减少因此产生的施工成本和处理成本。

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［10］工程地质手册（第五版）［S］.

作者简介：肖億（1984— ），男，汉族，江西萍乡人，硕士，岩土高级工程师，研究方向：环境岩土工程。