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 1[B?nk
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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 DmD*,[rD
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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 \UN7lDH
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家金奖。 rGq~e|.O3
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关键词:岩溶勘察地基处理 jQ7RH/?_
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1引言 PW.W.<CL
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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 [g<6i.<I
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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 bh_i*DJ]
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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 |yQ3H)qB#
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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 ~W`upx)j
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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 rY($+O@a<
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,即厂区岩溶问题的研究与分析。 qFvtqv2
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2岩溶勘察研究的步骤及方法 [n66ZY#U]
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2·1 研究步骤 }vcC4 =t/
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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 v\f 41M7D
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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, H\)on"
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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。 YMJjO0
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2·2 研究方法 #msk'MVt
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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 kS+*@o
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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 yjN|PqtSV
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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 b/ur!2yr
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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( XlB`Z81j
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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。 [\.
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3岩溶初勘研究及其结论 aA0aW=R
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3·1 区域岩溶发育的地质背景 HiVF<tN
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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 +mV4Ty
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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 2<Ub[R
L42C<
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 *gZ4Ub|O
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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 *crpM3fO>
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岩溶。 8[}MXMRdb
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3·1·1新构造运动与岩溶发育史 1kTJMtZG~
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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 Yc\;`C
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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。 P1H`NOC
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3·1·2区域水文地质条件 8M:;9a8fh
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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 1
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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 "S)4Cjk
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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 ILTd*f
UZ&bT'>;9g
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 YceiP,!4?v
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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 a<c % Xy/
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的径流景观。 b^^Cj(
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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 D='/-3f!F]
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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 $5cLhi"`
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过遇到大雨后一天之内落水洞中水位从15米深度涌出地面的记录,但不会发生右江水沿地下通道倒灌厂区的现象。 9 `J `(
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岩溶初期查明,当地岩溶发育的基本特点是受岩性、构造、地下水、右江(区域岩溶水排泄基面)和新构造运动等因素 U*v//@WbH
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的综合控制,由于这些因素存在多种多样的组合形态,才导致了复杂多样的岩溶现象。 +<@7x16
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3·2厂区岩溶发育的特性和规律 -\AB!#fh
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3·2·1构造控制作用明显。受了强烈挤压构造作用的白云质灰岩构造裂隙极为发育,形成以溶蚀裂隙和溶槽为主的岩 PS(9?rX#+
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溶形态,落水洞和暗河通道也多呈不规则的裂隙状形态。岩溶的平面发育方向与构造线方向密切相关。 ]?mWnEi!z
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3·2·2总的发育深度较浅。由于溶原区的地下岩溶属右江岩滩期,而现代河床从右江岩滩期开始下切深度不大,因此 :]e:-JbT4z
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岩溶埋深仅在地面以下15~25米之间,其发育深度较浅。 QTK\"
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3·2·3发育有小型浅层的树枝状暗河网。它具有规模小而数量多,并且连接或交汇的特点。其延伸方向明显地受构造 OsvAm'B
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控制,由于主体构造大体平行右江,次要构造线方向大体垂直右江,因此暗河最终向右江排泄,但并非直线流向右江。 6$@Pk<w
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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 4$d|}ajH
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仅在高椅山4#暗河见到。 uZ%b6+(
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岩溶初勘认为,就总体而言厂区岩溶比较发育,形态复杂,又有小型暗河网分布等不利因素,但同时存在如下有利因素 <F>\Vl:
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3·2·3·1岩溶形态一般规模较小,且埋藏较浅。在地基处理时不存在特殊困难,不会因此而大量增加处理投资或拖延 +JBhw4et;.
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工期。 K'N\"Y?>
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3·2·3·2岩溶发育已处于相对稳定状态。在工程使用年限内的新发展可以忽略不计,即现有岩溶发育并不危及建筑物 \f0I:%-
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的稳定性。 LQNu]2
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3·2·3·3场地岩溶基本上属裸露型,不存在覆盖岩溶区的塌陷问题和土洞问题。 +z;xl-*[
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3·2·3·4岩溶发育的规律已经基本掌握。暗河水流问题及局部岩溶复杂区可以通过调整设计来避免,实在不能避免的 DQH _@-q
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亦有办法解决。 >Mrz$
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3·3岩溶初勘结论和建议 ANp4yy+
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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 {Am\%v\
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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。 %w6> 3#e
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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: fC]+C(*d
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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。 _N9yC\
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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。 t<}'/
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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。 vy@;zrs
RAXqRP,iw
4岩溶详勘研究与地基处理建议 7:{4'Wr@6|
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4·1厂区岩溶详勘研究及岩溶特性认识的深化 B;hc|v{(
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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 VlXIM,
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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)。 i
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电解车间钻孔揭露岩溶现象统计表表1 1\kOjF)l
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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 D\N-ye1LE
SECL(@0(^
见岩溶钻孔(个) 398 28 83 83 225 145 f![x7D$
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与钻孔进尺之比() 51.49 7.04 20.85 20.85 56.23 36.43 .Eh~$wm
?VS {,"X
这些岩溶现象,其分布与特征归纳起来有以下几点: .'5yFBS
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4·1·1地表溶沟、溶槽、石芽丛生,基岩面凹凸不平。 _6^ vxlF
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场地基岩裸露,象大片“石海”,期间发育着大小形态各异的裸露溶沟、溶槽和石芽,构成地表相对凹凸不平的杂乱景 ;QREwT~H
4UC/pGZY
观。在低凹处多填充有粘土或碎石,往往具有顺层面、沿裂隙延伸的特点。 yTkYPx
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4·1·2地下岩溶多被充填,空间形态较为复杂。 /$&~0pk
u)R>ozER
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 cJj0`@0f
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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 `H+ 7Hj
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701个钻孔所遇岩溶充填情况列入表2: g%1!YvS3v
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电解车间岩溶充填情况表2 i
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充填情况 全充填 半充填 未充填 u0w2v+
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岩溶现象数量(个) 507 48 25 Y@M=6G
i*W8_C:S
与总数量之比() 87.41 8.28 4.31 #}:VZ2Z
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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 =h5&\4r=
1K09iB
土携带到岩溶中而形成的。 %w/o#*j<;
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4·1·3岩溶的垂直形态 OtY.s\m y
>`'#4!}G5j
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 p^5B_r:
g^}X3NUn
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 X[h=UlF
q|=tt(}G
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 K]N^6ome
5(u7b
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、 yY[[)
Dn<2.!ZKQ
水平状、拱状的形态各异岩溶分布。 ^dYFFKQ
)&se/x+
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 UyD=x(li
P,CJy|[L
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): jWUN~#p!
`$G7Ia_ $]
电解车间岩溶发育情况表3 1g2%f9G
深度(m) 0.0~2.0 2.0~4.0 4.0~6.0 6.0~8.0 >8.0 <kPU*P,
j)'V_@
见岩溶次数 197 302 167 61 24 [WY
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PPPRO.y
与见岩溶总次数之比() 26.23 40.31 22.24 8.12 3.21 [~f%z(vI
ZKAIG=l&!
厂区内这些发育的岩溶虽然形态复杂,但从工程角度上说,这些岩溶较易治理。根据统计资料,这些岩溶现象中以溶蚀 q fadsVp
at6f(+
孤石、溶沟、溶槽和溶蚀裂隙形态为主,占70.92。从而使复杂的岩溶治理简化到集中浅部处理,为地基基础设计及处 i.0}qS?
i*9eU*i|H
理提供了可靠的依据和较为有利的条件。就岩石的地基而言,其力学性质指标及承载力是足够的,只是因为有了断层、 Ds&)0Iwf
HEht^/pJ
岩溶的存在才破坏了岩体的完整,影响建筑物的安全。这些浅表岩溶,大多可直接处理。因其可见度高,只需使岩溶化 .F'Fk=N
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岩体与完整基岩连成一个牢固的整体。所以从工程角度上讲,可以避免大规模处理的昂贵费用及难度,达到安全可靠的 sJt&`k Z
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目的。 N%_-5Q)so
H.O7Y
4·2厂区岩溶地基处理 /D 2v1
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根据岩溶详勘的深化认识,对设计的地基处理提出以下建议: X<,sc;"b`k
;=F^G?p^
4·2·1一般处理原则 %mtW-drv>
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4·2·1·1基础下有岩溶发育的地基,当设计要求进行处理后,可按“地基为岩层”看待,并充分利用基岩的承载力。 ]Ny. gu
)I.[@#-
4·2·1·2对岩溶的处理必须不影响场地地基的稳定,在场地范围及附近不得大量抽取地下水,以相对保持场地地下水 Zo-s_6uC
UZmzk
的平衡,以免造成地表沉陷。 wH{lp/
x8b w#
4·2·1·3厂区的地层出露有白云岩,而强风化白云岩遇水软化,极易风化,故要求在地基开挖后应尽快地及时处理,
c.KpXY
r\` R$
以免基岩裸露或浸水时间过长而降低地基承载力。 M2my>
_d %H;<_
4·2·2对有溶洞存在的不良地基的处理 l4L&hY^
l')?w]|
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 2+sNt6B2
#RlI([f|&
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 &"K74
3MNo&0M9
,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。 6yv*AmFh
,%v
4·2·3对溶沟、溶槽不良地基的处理 ?J%$;"q
%I&Hx<Hj
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 }yx'U 3
]{.rx),
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 `<b 3e(A
o-GlBXI;
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 N/qr}-
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|a3)U%rUEQ
很小,不会对基础产生影响。 vZhN%
DfY
y5BNHweaRb
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。 $-jj%x\}
% ]r@vjeyd
4·2·4对断层泥地基的处理 <,HdX,5
h&NcN-["
厂区的断层经鉴定认为是不活动的,厂房可建于断层破碎带上。但是,落在断层上的基础在开挖过程中,有时会遇到断 9_KUUA
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层泥,因断层泥类似碎裂岩石,所以对此类地基的处理可参照处理溶沟、溶槽的方法进行。 "Z& {
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5岩溶勘察研究几点认识 ZK{VQ~
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由于厂区岩溶地基的复杂性和隐蔽性,要对其进行清楚的认识和作出正确的评价,勘察研究工作是关键性环节。如何做 1EyM,$On
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好岩溶勘察,总结起来有下面几点认识: azS"*#r6}
)+u|qT3%
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 `5=0f}E
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溶发育的各种地质背景条件和发育历史。 K e~a
mxGa\{D#y
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 M_Z*F!al<
ZiSy&r:(
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 2|qE|3&{'
_udH(NC
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。 /V$[M
z,X
^;
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 5m=3{lBi
9fzbR~s
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 YB*ZYpRVl
s'tmak-}|
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 XB50>??NE
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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 P%ev8]2
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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 O-U_Zx0zd
T&tCXi
存在暗河通道的地段。 Pi40w+/
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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 : \:jIP
g(;t,Vy,I
,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 neoT\HV
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到了良好的效果。 ])7t!<
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5·5重视施工验槽以检验勘察成果的准确性。