摘要:通过对厂区构造稳定性和岩溶初勘研究,查明了岩溶发育地质背景条件及其发育分布特性和规律,得出了场地构 {0&'XA=j
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造是稳定的和岩溶是可以治理的结论,回答了建厂的可行性和适宜性两大难题。通过岩溶详勘研究,对该厂区岩溶特性 J%Cn
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有了进一步的认识,对岩溶地基给予了评价,提出了处理建议,取得了明显的社会效益和经济效益,并获二○○○年国 7a,/DI2o
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家金奖。 6X2~30pdE
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关键词:岩溶勘察地基处理 ^}F @*A;o
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1引言 ^Yz.}a##w2
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广西平果铝厂一期工程是国家“八五”重点工程,已经建成投产,厂区面积达4km2。该一期工程厂区处在活动性断裂带 "_g3{[es!
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形成的构造复杂、岩溶发育的右江南岸岩溶准平原上,因而在建厂的可行性和适宜性上都存在过疑问。因此一期工程一 {JJq/[j
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开始就面临两大岩土勘察技术难题:一是场地构造稳定性问题;二是场地岩溶地基能否处理。鉴于这两大问题在性质上 +d$l1j
n1"QHA
各有不同,因而采取了分二个阶段进行勘察研究。前一阶段勘察结果表明:场地内的断层自晚更新世以来没有活动,且 yY3Mv/R
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破碎带胶结情况较好(地震基本烈度为7度)。这个结论明确回答了建厂的可行性问题,于是将工作重点转入第二阶段 xu]>TC1
Po~u-5
,即厂区岩溶问题的研究与分析。 (_9cL,v
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2岩溶勘察研究的步骤及方法 2tEA8F~k
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2·1 研究步骤 -C>q,mDJZ
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广西平果铝厂一期工程厂区岩溶勘察研究工作主要分为初期、详勘二大步。首先是在选址勘察和稳定性初勘的已有资料 n#NE.ap$&,
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基础上,进行“岩溶初勘”,着重查明岩溶发育的地质背景条件及其发育分布的特性和规律,确定原则性的工程对策, #S*@RKSE|7
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解决建厂适宜性评价和治理战略问题。第二步进行岩溶详勘,具体解决各建设项目地基岩溶的评价和治理方法问题。 TB8a#bK4
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2·2 研究方法 |x
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在各阶段的岩溶勘察工作中,依据有关规范和国内已有资料及经验的基础上,结合工程具体情况,实行了一套多种勘探 2E*k@
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测试技术相结合,宏观研究与微观研究相结合、生产与科研相结合,以及边实践边总结边充实边改进等求实的勘察工作 ITq$8
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方法,收到了良好效果。以岩溶初勘为例,进行了大、中、小比例尺配套的综合工程地质测绘(1:2.5万,1:5千,1 `X =2Ff
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:2千);多种物探;多种勘探(钻探为主,辅以井槽探,钻探中还进行了孔内地下水位连续观测);多种室内试验( " %,KZI
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如c14法测定溶洞充填物绝对年龄)等工作,从而对岩溶发育的特性和规律取得了较完整的认识。 Xyf7sHQ
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3岩溶初勘研究及其结论 nJ ZQRRa:C
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3·1 区域岩溶发育的地质背景 Yw\7`
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平果铝厂位于广西山字型构造前弧西冀外的北西向右江构造带(右江系)中,发育有那豆复背斜、果化复向斜和大隆复 2".^Ma^D!
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背斜,两个复背斜主要是由三迭系、二迭系、石炭系和泥盆系的碳酸盐构成,形成低山~峰丛地貌。一期工程厂区所在 }+" N
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的果化复向斜为三迭系下统的白云质灰岩、白云岩,又存在高椅山倾伏向斜和局祥倾伏背斜两个次一级构造单元。右江 1l~(J:DT
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大断裂在果化复向斜中通过,形成长条形断陷槽地~岩溶准平原地貌(简称溶原),按岩溶的埋藏条件分类,属裸露型 ,J(+%#$UT
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岩溶。 ZRjqjx
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3·1·1新构造运动与岩溶发育史 hlgBx~S[
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该区域从晚第三纪新构造运动以来,地壳一直处于间歇性的上升运动中,因此当地岩溶发育史又可分为高峰期、低峰期 ,IODV`L
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、准平原期、右江岩滩期和右江河床期等五个岩溶期。其中以右江岩滩期岩溶与一期工程建设关系密切。 #]BpTpRAe<
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3·1·2区域水文地质条件 f\Fk+)e@
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该区域地处湿热气候区,年平均降水量1374.2mm,年蒸发量1572.6mm,平均气温21.08c°,极适合于岩溶发育。其地下 :N3'$M"
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水由大气降水补给。低山~峰丛区是补给区,溶原区是径流——排泄区,右江是泄水道。在枯水季节,地下水通过岩滩 -quWnn/
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期地下水通道穿越溶原区直接泄入右江。但在雨季,峰丛区的岩溶水可以大量地在边缘部沿着准平原期岩溶通道以暗河 T.=du$
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出口或上升泉形式涌出地面,再沿溶原中的“干沟”流动一段或长或短距离后又与溶原区本身接受的降水—道沿落水洞 S b9In_*
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或溶蚀裂隙下渗,再次转化为地下径流,再沿岩滩期暗河通道泄入右江,形成地面——地下——地面——地下多次转化 jv"^_1
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的径流景观。 q$;'Fy%oy
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溶原中的地下水主要是以管道流形式沿岩滩的岩溶通道存在和运动。地面以下至右江岩滩期岩溶顶面为垂直岩溶带,右 4/Vy@h"A3
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江岩滩期岩溶以下为水平循环带。长期观测获得的水位年变化幅度达10米左右,丰水期高水位可接近地表。初勘期间有 m-~eCFc
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过遇到大雨后一天之内落水洞中水位从15米深度涌出地面的记录,但不会发生右江水沿地下通道倒灌厂区的现象。 BBub'
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岩溶初期查明,当地岩溶发育的基本特点是受岩性、构造、地下水、右江(区域岩溶水排泄基面)和新构造运动等因素 A5lP%&tu(
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的综合控制,由于这些因素存在多种多样的组合形态,才导致了复杂多样的岩溶现象。 QSn%~o05
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3·2厂区岩溶发育的特性和规律 .CrrjS w
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3·2·1构造控制作用明显。受了强烈挤压构造作用的白云质灰岩构造裂隙极为发育,形成以溶蚀裂隙和溶槽为主的岩 UL/|!(s
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溶形态,落水洞和暗河通道也多呈不规则的裂隙状形态。岩溶的平面发育方向与构造线方向密切相关。 $Qm-p?f
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3·2·2总的发育深度较浅。由于溶原区的地下岩溶属右江岩滩期,而现代河床从右江岩滩期开始下切深度不大,因此 :Rs% (Z
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岩溶埋深仅在地面以下15~25米之间,其发育深度较浅。 6zQ {Y"0
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3·2·3发育有小型浅层的树枝状暗河网。它具有规模小而数量多,并且连接或交汇的特点。其延伸方向明显地受构造 qM`XF32A$
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控制,由于主体构造大体平行右江,次要构造线方向大体垂直右江,因此暗河最终向右江排泄,但并非直线流向右江。 x 5u.D^
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作为暗河通道的洞体形态复杂多变,很不规则,多呈窄沟形,形态完整的水平溶洞不多,空间很大的“地下厅”或洞穴 a0"gt"qA
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仅在高椅山4#暗河见到。 q\q V~G`
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岩溶初勘认为,就总体而言厂区岩溶比较发育,形态复杂,又有小型暗河网分布等不利因素,但同时存在如下有利因素 5XNIX)H
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3·2·3·1岩溶形态一般规模较小,且埋藏较浅。在地基处理时不存在特殊困难,不会因此而大量增加处理投资或拖延 +uF!.!}
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工期。 S7Xr~5>X
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3·2·3·2岩溶发育已处于相对稳定状态。在工程使用年限内的新发展可以忽略不计,即现有岩溶发育并不危及建筑物 <v?9:}
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的稳定性。 p{j
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3·2·3·3场地岩溶基本上属裸露型,不存在覆盖岩溶区的塌陷问题和土洞问题。 ;Ef:mr"Nu
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3·2·3·4岩溶发育的规律已经基本掌握。暗河水流问题及局部岩溶复杂区可以通过调整设计来避免,实在不能避免的 9.|+KIRb
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亦有办法解决。 K!?T7/@
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3·3岩溶初勘结论和建议 -OpI,qyS
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岩溶初勘的基本结论是:厂区岩溶虽然发育,但都是可以处理的。就是说,对这种岩溶的处理不会带来难以解决的技术 d:0RDK-}s
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难题,也不会因此而导致大量增加工程造价或延长工期等问题。 {&G7 Xa
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根据岩溶初期结论,对设计的总图布置提出了以下建议: \4wM8j
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3·3·1总图平面布置上,应绕避将深基坑的建(构)筑物分布在主要暗河通道上,以免堵塞暗河通道。 uROt h_/
b
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3·3·2总图竖向设计应尽量避免深挖方,以避免揭露暗河。 >Dpz0v
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3·3·3在可能条件下,主要建筑物宜避免布在强溶区中,以减少地基处理量。 /%Bc*k=ox
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4岩溶详勘研究与地基处理建议 4NL TtK
4KE"r F
4·1厂区岩溶详勘研究及岩溶特性认识的深化 p_Fc:%j>
DO(-)izC
通过系统的详勘,进一步查明厂区岩溶发育形态,主要有溶沟,溶槽、石芽、溶蚀孤石、溶蚀裂隙及溶洞。以电解车间 .-+_>br~
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为例,对773个钻孔资料统计可以看到这些岩溶现象较普遍存在(见表1)。 ^_JD
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电解车间钻孔揭露岩溶现象统计表表1 WO$PW`k
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岩溶现象 综合岩溶 溶蚀孤石 石芽 溶沟 溶蚀裂隙 溶洞 l?~SH[V
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见岩溶钻孔(个) 398 28 83 83 225 145 goi.'8M|/b
-UkP{x)S
与钻孔进尺之比() 51.49 7.04 20.85 20.85 56.23 36.43 ^jb55X}
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这些岩溶现象,其分布与特征归纳起来有以下几点: y]9
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4·1·1地表溶沟、溶槽、石芽丛生,基岩面凹凸不平。 ^8aj\xe(
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场地基岩裸露,象大片“石海”,期间发育着大小形态各异的裸露溶沟、溶槽和石芽,构成地表相对凹凸不平的杂乱景 >/1N#S#9
9 )u*IGj
观。在低凹处多填充有粘土或碎石,往往具有顺层面、沿裂隙延伸的特点。 T F&xiL^
st(l85
4·1·2地下岩溶多被充填,空间形态较为复杂。 DDn@M|*$
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大量钻探资料反映,在钻孔内遇到的各类岩溶现象大部分被粘性土充填,且充填物单一,局部夹极小量碎块石。同时经 {gluK#Qm
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探井开挖基坑验证,充填粘性土的岩溶主要以溶蚀裂隙和张裂隙为主,也有不少溶蚀弧石被粘性土包裹着。以电解车间 "JAYTatO7H
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701个钻孔所遇岩溶充填情况列入表2: #_y#sDfzh
[wP;g'F
电解车间岩溶充填情况表2 ji<b#YO4
充填情况 全充填 半充填 未充填 QIF|pZ+^
I\PhgFt@O
岩溶现象数量(个) 507 48 25 V0z.w:-
vb)Z&V6(
与总数量之比() 87.41 8.28 4.31 E~ _2Jf\U
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从统计数值可分析,这些被充填的岩溶与地表有较好的联通,是由于地表水流和大气降水垂直下渗将基岩表面覆盖粘性 \-N
4G1
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土携带到岩溶中而形成的。 qI\qpWS\
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4·1·3岩溶的垂直形态 ibex:W^
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岩溶在垂直方向上的表现,其发育程度与岩性、构造有关,形态以溶沟、溶槽、溶蚀裂隙为主,吻合于区域岩溶发育规 .2/(G{}U
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律:即在可溶岩中发育强,沿断层发育,顺岩层层面发育。在可溶岩中发育强烈表现为在白云质灰岩、灰岩中的岩溶数 T[B@7$Dp*
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量比在构造岩中多;沿断层发育表现出多在构造岩(主要为角砾岩)及受断层影响形成的碎裂岩与围岩的接触处,往往 7(^<Z5@
T{d7,.:
形成了溶蚀带;顺岩层层面发育则表现在岩溶沿不同岩性的交接带,沿层面走向延伸呈夹层状展布,还有形成条带状、 S9}P5;u
L.>tJ.ID
水平状、拱状的形态各异岩溶分布。 gBUtv|(@>[
#ebT$hf30
综上所述,厂区范围内地下岩溶总的特点是以浅部发育为主,以垂直形态多见。大量勘察数据表明,地面以下0~6m深 2<)63[YO
&\4AvaeA8y
度内岩溶发育,向下岩溶发育程度明显减弱。如电解车间资料统计(见表3): dQ@e+u5
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电解车间岩溶发育情况表3 x0@J~
_0
深度(m) 0.0~2.0 2.0~4.0 4.0~6.0 6.0~8.0 >8.0 +Tc<|-qQn
7lY&/-V
见岩溶次数 197 302 167 61 24 K2>(C$Z
&^FCp'J-
与见岩溶总次数之比() 26.23 40.31 22.24 8.12 3.21 ~{iBm"4
(h7 rW3
厂区内这些发育的岩溶虽然形态复杂,但从工程角度上说,这些岩溶较易治理。根据统计资料,这些岩溶现象中以溶蚀 Y>geP+ -
Q\&FuU
孤石、溶沟、溶槽和溶蚀裂隙形态为主,占70.92。从而使复杂的岩溶治理简化到集中浅部处理,为地基基础设计及处 `DIIJ<;g
&F9BaJ
理提供了可靠的依据和较为有利的条件。就岩石的地基而言,其力学性质指标及承载力是足够的,只是因为有了断层、 5 :6^533]
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岩溶的存在才破坏了岩体的完整,影响建筑物的安全。这些浅表岩溶,大多可直接处理。因其可见度高,只需使岩溶化 1VL!0H
)+RTA
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岩体与完整基岩连成一个牢固的整体。所以从工程角度上讲,可以避免大规模处理的昂贵费用及难度,达到安全可靠的 ?Q[uIQ?dV
>'wl)j$
目的。 &Z/aM?
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4·2厂区岩溶地基处理 F2]v]]F!
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根据岩溶详勘的深化认识,对设计的地基处理提出以下建议: P66{l^
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4·2·1一般处理原则 5:/
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4·2·1·1基础下有岩溶发育的地基,当设计要求进行处理后,可按“地基为岩层”看待,并充分利用基岩的承载力。 >J^bs &j
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4·2·1·2对岩溶的处理必须不影响场地地基的稳定,在场地范围及附近不得大量抽取地下水,以相对保持场地地下水 ]c]rIOTN
f9u ^/QVS&
的平衡,以免造成地表沉陷。 oGx OJyD
$'*@g1vY
4·2·1·3厂区的地层出露有白云岩,而强风化白云岩遇水软化,极易风化,故要求在地基开挖后应尽快地及时处理, 0ohpJh61Q
Kj,C9
以免基岩裸露或浸水时间过长而降低地基承载力。 !c[(#g
{j@
S<PD
4·2·2对有溶洞存在的不良地基的处理 |E-/b6G
9YRoWb{y
厂区溶洞处理方法是:当基底下溶顶板厚度1m以内者,原则上挖开处理,即剔除溶洞、溶槽裂隙中的充填土,用100#毛 =)vmX0vL
jm0J)Z_"nr
石混凝土灌满填实,作为基础的垫层;当基底下溶洞顶板厚度大于3m,可不予处理;当基底下溶洞顶板在1~3m之间者 n#t{3qzpD
Q1 ?O~ao
,经确认顶板厚度大于洞径的,可以不处理,小于洞径的,则处理。 {.pR$]6B"+
lb ol+O65
4·2·3对溶沟、溶槽不良地基的处理 l?v`kAMR
9~98v;Z1
勘察结果表明厂区岩溶为浅部发育,发育形态以溶沟、溶槽为主。因此,对溶沟、溶槽不良地基的处理工作量较大,基 aKXaor@0f.
x=Z\c,@O
本处理方法是:在基坑中存在溶沟时,当沟宽<300mm者不必处理,沟宽300~600mm者可挖去沟宽深度的土,表面用木夯 /1
lIV_Z
*t J+!1
夯实,填100#砼即可,因为小于600mm宽溶沟内留下的充填土,在荷载作用下沟侧及底部岩石对土的限制,其压缩变形 4of3#M
[` ~YPUR*
很小,不会对基础产生影响。 /Y@^B,6\
RFd.L@-]
沟宽>600mm者,或者沟宽虽<600mm,但基坑底面积虽小而需要处理的面积>20,应采用钢筋网跨越的方法处理。 rU<NHFGj4
ga&l.:lo
4·2·4对断层泥地基的处理 .r[b!o^VR
ON#\W>MK?
厂区的断层经鉴定认为是不活动的,厂房可建于断层破碎带上。但是,落在断层上的基础在开挖过程中,有时会遇到断 Ry>c]\a]
B5h-JON]-
层泥,因断层泥类似碎裂岩石,所以对此类地基的处理可参照处理溶沟、溶槽的方法进行。 Kk+IUs
HPl!r0 h
5岩溶勘察研究几点认识 hO^8CA,5
@Aa$k:_
由于厂区岩溶地基的复杂性和隐蔽性,要对其进行清楚的认识和作出正确的评价,勘察研究工作是关键性环节。如何做 H|_^T.n?E
cnr&%-
好岩溶勘察,总结起来有下面几点认识: Qb}7lm{r
hFl$u8KV
5·1应高度重视从宏观上进行岩溶发育规律和特性的研究,因此就需认真做好基础地质工作,在一个较大范围内查明岩 \hN\px
s\QhCS
溶发育的各种地质背景条件和发育历史。 _"n1"%Ns
^ZnlWZ@r
5·2合理运用多种勘察方法和探测技术进行综合勘察研究。在地质测绘、物探、钻探“三结合”的综合勘察方法中,地 ]jiM
92_F8y*D
质是基础,据此指导物探,物探又可以指导钻探。在钻探布置时,勘探线垂直构造线(即岩溶发育带)布置,并沿地质 dA>=#/"
p48M7OV
测绘和物探所示异常分布带进行布孔。该疏则疏,该密则密,不作均布。 xc dy/J&
y~'F9E!i
5·3勘察工程既要满足设计要求,又要符合有关规程规范,但不能生搬硬套,而是根据实际情况,合理掌握。如钻孔布 h-
.V[]<
,9<}V;(
置与基础的重要性或荷载大小有关,一般重要的设备基础按设计要求需一孔或多孔,对荷重大于200吨或有特殊要求的 N%N%
K=Z~$)Og)
柱基要求每柱一孔。对一般柱基或条形基础可按有关规范定:20~25m间距沿柱列线或条形基础中心线布孔。对无钻孔 `<&RZB2
tiG=KHK%o
的部位,可采用探井或小钻控制土层厚度。孔深应按“以浅为主,深浅结合”的原则确定,一般孔在基础底面标高以下 gQaBQq9
-=BQVJ_dK{
进入基岩3~5m或溶洞底板以下完整岩石3m,同时安排20的孔深为15m左右的控制孔,重点布置在强岩溶带中和深部可能 )W9W8>Cc5_
gTWl];xja
存在暗河通道的地段。 *0zdI<Oe
0<*R 0
5·4“过程工作法”是岩溶勘察的良好工作方法。在厂区岩溶评价、初期和详勘过程中都及时整理资料,及时反馈信息 vQB;a?)o
K6<@DP+/
,边实践,边研究,边总结,及时修正并指导下一步工作,做到了实践——认识—再实践—再认识的反复循环,因此收 (sLFJ
a6e
x95[*[
到了良好的效果。 O8:$sei$
MmH[ 7R
5·5重视施工验槽以检验勘察成果的准确性。