摘要:工程建設(shè)實(shí)踐表明，大連近海巖溶以溝槽洞隙為主，垂向?qū)訝畎l(fā)育明顯，構(gòu)造地質(zhì)擠壓破碎和泥灰?guī)r巖性是巖溶發(fā)育的主要原因。樁基設(shè)計(jì)要保證樁端底部洞隙頂板厚度，根據(jù)洞隙大小制定合理的灌注樁成孔施工方案。重力式基礎(chǔ)底部要保證合適的基床厚度，清除溶芽露頭以防應(yīng)力集中，加強(qiáng)基槽清淤和基床夯實(shí)。
關(guān)鍵詞:近海;巖溶;基礎(chǔ)工程;設(shè)計(jì);施工
1引言
大連地區(qū)海濱巖溶地質(zhì)發(fā)育較廣，近幾年海上圍海造地、跨海大橋、碼頭等工程建設(shè)規(guī)模日益增大，多個(gè)場(chǎng)地勘察資料均揭露存在巖溶不良地質(zhì)，通�？辈熨Y料僅對(duì)巖溶發(fā)育與否簡(jiǎn)單描述，而對(duì)巖溶發(fā)育原因、特點(diǎn)、空間特征及基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)注意問題分析很少。巖溶不良地質(zhì)影響工程基礎(chǔ)選型、樁長(zhǎng)設(shè)計(jì)、重力式結(jié)構(gòu)基槽開挖等，給工程設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工和管理工作帶來眾多不利影響，設(shè)計(jì)圖紙與現(xiàn)場(chǎng)施工不能良好對(duì)接，造成工程設(shè)計(jì)反復(fù)、工程費(fèi)增加、工期延誤等。出現(xiàn)此類問題的原因在于對(duì)巖溶地質(zhì)的發(fā)育特點(diǎn)及其工程災(zāi)害掌握不清晰，工程建設(shè)各方對(duì)巖溶的理解存在偏差。大連近海地區(qū)以往的設(shè)計(jì)及施工資料中，關(guān)于海上巖溶問題的研究甚少，因此，本文在分析大連多個(gè)近海工程設(shè)計(jì)與施工資料的基礎(chǔ)之上，對(duì)大連近海的巖溶發(fā)育特點(diǎn)、形成機(jī)理、工程災(zāi)害及基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了深入分析和研究，以期對(duì)大連類似巖溶地質(zhì)工程勘察、設(shè)計(jì)和施工提供參考。
2巖溶地質(zhì)發(fā)育特點(diǎn)
大連地區(qū)近海工程建設(shè)中，有多處場(chǎng)地勘察揭露存在巖溶地質(zhì)條件，如大連灣滾裝泊位、大窯灣北岸汽車碼頭和集裝箱碼頭、大連灣跨海大橋等。工程建設(shè)期間對(duì)巖溶地質(zhì)開展了多次加密鉆孔的巖土勘察、樁基超前鉆孔、重力式沉箱基槽開挖檢測(cè)等工作，通過勘察、設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理多個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)查分析，大連地區(qū)的巖溶地質(zhì)發(fā)育特點(diǎn)歸納總結(jié)如下：
2.1巖溶洞隙大小不一，呈“串珠狀”垂向成層分布，洞隙頂板厚度差別較大
大連灣和尚島和大窯灣北岸是巖溶不良地質(zhì)發(fā)育較為嚴(yán)重的地區(qū)，用鉆孔對(duì)沉箱基礎(chǔ)下部的巖面標(biāo)高進(jìn)行了勘察，洞隙率為70%,洞隙充填物為紅粘土或礫石。洞隙發(fā)育在垂向上差別較大，大部分洞隙高度多在0.5~1m左右，個(gè)別洞隙高度可達(dá)8m,少部分洞隙高度為1~3m.大約78%的洞隙位于基巖頂面以下10m之內(nèi)，22%的洞隙位于巖面以下10m~20m.洞隙之間的巖層（洞隙頂板）厚度平均0.3~1m左右。大連灣[1]及大窯灣[2]巖溶洞隙發(fā)育特征統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1,代表性的溶洞洞隙地質(zhì)剖面圖見圖1.
2.2巖溶“V”型溶溝溶槽特征，基巖面起伏較大
大連地區(qū)巖溶地質(zhì)溝槽裂隙發(fā)育明顯，石灰?guī)r溶蝕坑較多，部分位置槽底與槽脊的高差可相差10m,典型巖溶的基巖面的三維示意圖見圖2.
2.3巖溶豎向裂隙發(fā)育為主，橫向空間發(fā)育小
工程建設(shè)過程中，為了檢驗(yàn)巖溶洞隙在空間上的 發(fā)育程度，選擇代表性區(qū)段采用10×10m的加密鉆孔對(duì)工程區(qū)開展了詳細(xì)勘察，局部溶蝕嚴(yán)重區(qū)域采用2×2m的網(wǎng)格圍繞中心鉆孔進(jìn)行了洞隙探測(cè)。探測(cè)結(jié)果表明，巖溶洞隙在橫向和垂向上連通性差，基本不存在大型或中型洞室，巖溶以豎向裂隙為主，溶洞空間發(fā)育的規(guī)律性較差。
2.4不同地段巖溶不良地質(zhì)發(fā)育程度存在差異
因地質(zhì)構(gòu)造的差異，大連地區(qū)石灰?guī)r、泥灰?guī)r以及后期侵入的輝綠巖發(fā)育程度不同，不同區(qū)域的巖溶不良地質(zhì)發(fā)育程度存在差異。根據(jù)大連近海地區(qū)相關(guān)工程的巖土勘察數(shù)據(jù)，大連近海巖溶發(fā)育明顯的區(qū)域主要分布在大連灣和尚島、大窯灣和黑石礁等地區(qū)，巖溶洞隙普遍發(fā)育，而大連灣跨海大橋、金州灣和普蘭店灣等地區(qū)巖溶發(fā)育程度較差，很少發(fā)現(xiàn)明顯的巖溶洞隙。
3巖溶發(fā)育形成機(jī)理
巖溶發(fā)育受到地質(zhì)構(gòu)造、巖性、水力學(xué)條件等多方面的影響，根據(jù)大連地區(qū)的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征及巖性特點(diǎn)，大連巖溶地質(zhì)發(fā)育的主要原因如下：
3.1區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造
大連巖溶發(fā)育地段多處于金州大斷裂構(gòu)造線附近，板塊擠壓導(dǎo)致巖石較為破碎，巖溶沿破碎帶裂隙發(fā)育，形成巖溶裂隙水與地下水和海水連通，有利于巖溶洞隙的形成。
3.2基巖巖性物質(zhì)基礎(chǔ)
大連巖溶地質(zhì)的基巖巖性主要為泥灰?guī)r[3],泥灰?guī)r多含方解石條紋，方解石易于被侵蝕形成巖溶裂隙。泥灰?guī)r含有較多的泥質(zhì)成分，因此當(dāng)巖溶發(fā)育時(shí)，泥質(zhì)沉積會(huì)阻礙巖溶的進(jìn)一步發(fā)育，泥灰?guī)r本身的礦物性質(zhì)決定了其發(fā)育規(guī)模較小，難以形成規(guī)模較大的溶洞，多以巖溶裂隙為主。
4巖溶不良地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)
在巖溶地質(zhì)區(qū)采取樁基礎(chǔ)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)同一承臺(tái)樁長(zhǎng)相差很大，長(zhǎng)樁與短樁承載應(yīng)力不協(xié)調(diào)問題。若巖溶洞隙頂板厚度較薄，當(dāng)樁端荷載較大時(shí)，頂板可能發(fā)生沖切斷裂破壞。此外，在樁基礎(chǔ)施工中容易發(fā)生漏漿、塌孔、卡鉆和埋鉆問題。
當(dāng)重力式基礎(chǔ)地基受力范圍內(nèi)有溶洞時(shí)，在附加荷載作用下，洞隙頂板坍塌使地基突然下沉。巖溶地基巖面起伏較大，使地基發(fā)生不均勻沉降。巖溶溶芽露頭會(huì)對(duì)沉箱底板產(chǎn)生集中應(yīng)力，導(dǎo)致底板破壞。在巖溶洞隙潛水和海水滲流過程中，將洞隙溝槽內(nèi)的紅粘土沖蝕形成土洞，威脅地基的安全穩(wěn)定。重力式碼頭基礎(chǔ)的巖溶典型破壞方式示意圖見圖3和圖4.
5巖溶地質(zhì)基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)與施工
根據(jù)大連地區(qū)跨海大橋和碼頭等近海工程設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn)，以及巖溶地質(zhì)發(fā)育特點(diǎn)，樁基礎(chǔ)和重力式基礎(chǔ)都可作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)備選方案�；A(chǔ)設(shè)計(jì)和施工方法總結(jié)如下：
5.1樁基礎(chǔ)方案
巖溶地質(zhì)上的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工重點(diǎn)要解決樁端持力層和成孔施工問題。因巖溶地質(zhì)基巖頂面起伏較大，且易遇到巖溶洞隙，樁長(zhǎng)不易控制，因此不宜采用預(yù)制樁，而優(yōu)先采用灌注樁。
根據(jù)巖溶洞隙的發(fā)育特點(diǎn)，溶洞頂板有裂隙，可按照懸臂梁計(jì)算；頂板兩端均有裂隙，可按照簡(jiǎn)支梁計(jì)算；頂板兩端固定，頂板完整，則可按照兩端固定的橫梁計(jì)算。大連地區(qū)的巖溶洞隙多在3m~5m左右，若按照前述方法計(jì)算，則樁端之下需要2~3m的微風(fēng)化巖石頂板。對(duì)于重要建筑物需采用超前鉆和一樁一孔的勘察方法，以明確樁端持力層下部的洞隙頂板的厚度。樁基礎(chǔ)施工中，因巖溶問題發(fā)生的塌孔、埋鉆等事故處理費(fèi)高，易造成工程質(zhì)量隱患和工期延誤。
根據(jù)巖溶洞隙的不同，灌注樁成孔方法各異。對(duì)于洞隙小于1 m的小溶洞，采用拋填粘土和片石造壁；對(duì)于洞隙高度1~3m的中型溶洞，采用拋填碎石、粗砂和混凝土的方法，回填后要沖砸成璧；對(duì)于大型溶洞，采用鋼護(hù)筒的方法，對(duì)于多層洞隙采用多層護(hù)筒的方法施工成孔�；炷翝仓^程中觀察泥漿的體積和護(hù)筒內(nèi)液面的變化，防止漏漿[4].大連灣輕軌、大連普灣大橋等巖溶發(fā)育地段，均采用了灌注樁基礎(chǔ)方案，施工過程中制定了全面的鉆孔成樁和檢測(cè)方案，工程質(zhì)量效果良好。
5.2重力式沉箱基礎(chǔ)
在前期詳細(xì)勘察和巖溶洞隙不良地質(zhì)分析基礎(chǔ)上，碼頭采用重力式沉箱方案，綜合認(rèn)為只要保證基槽清淤質(zhì)量，保證基床有一定厚度，并輔以強(qiáng)夯或暴夯加強(qiáng)基床密實(shí)度，不必對(duì)沉箱底板進(jìn)行特殊加強(qiáng)處理也是完全可行的。
工程勘察要通過加密鉆孔，查明基巖面的縱橫分布特征，控制性鉆孔必須穿透中風(fēng)化巖~微風(fēng)化巖至少3m.根據(jù)巖溶裂隙、溝槽發(fā)育規(guī)律，基槽施工過程中采用抓斗、鏟斗、吹淤和插探相結(jié)合的疏浚施工工藝，提高對(duì)較大溝槽裂隙之間的殘積土清除率。為防止沉箱底部局部受力不均發(fā)生傾斜，必須保證拋石基床的厚度和寬度，以降低巖溶頂部的附加應(yīng)力[5].清除局部的基巖露頭，以防局部受力過于集中。
大連灣、大窯灣北岸碼頭結(jié)構(gòu)均采用了重力式沉箱設(shè)計(jì)方案，相比沉箱擴(kuò)大基礎(chǔ)板[6]和基床灌漿方案更具有經(jīng)濟(jì)性和可行性，節(jié)省了工程費(fèi)用，加快了施工進(jìn)度。
6結(jié)語
通過多個(gè)工程的巖土勘察、設(shè)計(jì)和施工實(shí)踐，進(jìn)一步查明了大連近海工程巖溶不良地質(zhì)問題的發(fā)育特點(diǎn)、形成機(jī)理，使“看不見的，說不清的，地底下的”巖溶溝槽洞隙不良地質(zhì)問題得以明晰，研究結(jié)論在大連多個(gè)近海工程中應(yīng)用，提高了巖溶地質(zhì)區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工的針對(duì)性，有效加快了施工進(jìn)度，降低了工程投資。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 趙文杰，等。大連灣雜貨及滾裝泊位巖土勘察報(bào)告[R].遼寧有色地質(zhì)勘察院，2005.
[2] 高仁宗，等。大窯灣北岸集裝箱泊位巖土勘察報(bào)告[R].大連金地巖土勘察有限公司，2013.
[3] 郭長(zhǎng)寶，郭書泰，彭濤，等。遼寧省大窯灣某建筑場(chǎng)地巖溶發(fā)育特征及工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)[J].中國(guó)巖溶，2010（2）：176-182.
[4] 黃劍紅。巖溶地區(qū)鉆孔灌注樁成孔（溶洞）的設(shè)計(jì)處理[J].水運(yùn)工程，2004（3）：121-123.
[5] 工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007:525-535.
[6] 林慶霖。一座建在巖溶發(fā)育區(qū)的沉箱墩棧橋式碼頭[J].水運(yùn)工程，1997（1）：14-17.
