第一部分：岩溶的形成及特征

岩溶又名喀斯特（Karst），是水对可溶性岩石（石灰岩、白云岩、碳酸盐岩、石膏等）进行以化学溶蚀作用为主，流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用，以及由这些作用所产生沟槽、裂隙、洞穴、地表陷穴等现象的总称。

1.1 岩溶的形成

岩溶形成与发育的条件有：可溶性岩层的存在、地下水活动、潮湿气候、地质构造与地形等，其中可溶性岩层的存在和地下水活动是岩溶形成的最主要条件。

（1）可溶性岩层的存在

可溶性岩层是岩溶形成的物质基础，而且本身要能透水（如存在裂隙），当受到地下水（岩溶水）的溶蚀时，形成岩溶现象。

（2）地下水活动

岩溶发育必须要具有侵蚀性的、处于不断流动状态的地下水活动，这样水增大溶解碳酸钙的能力，使岩溶发育较快。当富含CO2的大气降水和地表水渗入地下后，不断替换原有水质，保持地下水侵蚀力，加速岩溶的发展。

（3）潮湿气候

大气降水丰富，气候潮湿的地区，地下水经常得到地表水的补给，加速了岩溶的发育。

（4）地质构造

具有裂隙的背斜顶部和向斜轴部、断层破碎带、岩层接触面以及构造裂隙分布等地带，由于地下水沿裂隙流动，使这些地带利于岩溶发生和发育。

（5）地形

地形的起伏影响着地下水的补给量与流速，陡峻的坡地，地下水的补给量少，地表径流大，岩溶的地表形态较发育；平缓地带，地下水补给量多，流速稍缓，但侵蚀作用强烈，有利于岩溶的发育。

1.2 岩溶的特征

（1）地表形态

①溶沟、溶槽和石芽、石林

地表水沿可溶性岩层表面的裂隙流动，进行溶蚀、冲蚀、使岩层表面形成一些大小不同的沟槽，分别称为溶沟和溶槽；溶沟、溶槽进一步发展后，沟槽间的石脊遭受切割破坏，残留着顶尖下粗的锥状柱体，称为石芽；石芽林立则称石林。

②漏斗、落水洞、竖井

由于水侵蚀作用，岩层塌陷成碗碟状或倒锥状的地貌形态，称为漏斗；而在溶蚀作用和机械侵蚀作用下，形成地表水能流向地下暗河或溶洞的通道，称为落水洞；不起地表水流入地下的通道作用者称为竖井。

③溶蚀洼地、坡立谷

由于溶蚀作用而形成的面积为数平立公里或数十平方公里的盆状洼地，

称为溶蚀洼地；面积较大（数十或百余平方公里）四周边缘陡峭而谷底平坦的封闭洼地称为坡立谷。

（2）地下形态

①溶蚀裂隙 水在岩层裂隙中运动被溶蚀作用所扩大的裂隙。

②溶洞、暗河、石钟乳、石笋

地下水在流动过程中，对岩石以溶蚀作用为主，间有冲蚀、潜蚀和塌陷作用而造成的地下洞穴，称为溶洞。含有CaCO3的水从洞顶滴下来时水分蒸发、二氧化碳逸出，使被溶解的钙质又变成固体，久而久之，在洞顶自上而下形成的长条形悬挂物，称为钟乳石；由于含碳酸的水不断滴到一处，碳酸钙发生沉淀，洞底自下而上形成的竹笋状突起，称为石笋；由于上下进一步沉淀的结果，石钟乳和石笋连接起来成为“顶天立地”的柱体，称为石柱。在溶洞中经常有流量较大的水流形成地下河，称为暗河。

1.3 岩溶的发育分布规律

岩溶的发育及分布规律主要影响因素包括岩石类型、水流活动、节理裂隙及断裂带情况、地壳活动等。

（1）岩石类型

可溶性岩层由于成分、形成条件和组织结构等不同，岩溶的发育分布也不一致。一般情况下，质纯层厚的石灰岩中，岩溶发育形态齐全，规模较大；含泥质或其他杂质（镁、硅、铝等）及薄层的岩层，岩溶发育较弱。在岩盐、石膏中岩溶发育较快；石灰岩、白云岩、大理岩、泥灰岩中依次发育较慢。

（2）水流活动

在岩石裸露的分水岭和地形陡峻斜坡地带，地表径流大，水以表面侵蚀为主，溶沟、溶槽、石芽等发育。在地形平缓地带，地表水易下渗，地表、地下岩溶形态一般均较发育，多漏斗、竖井、落水洞、溶洞以及溶蚀洼地；当岩层层面平行于水流流向时，岩溶易发育；垂直于水流流向，不易发育。

（3）节理裂隙、断裂带

在节理裂隙的交叉处或密集带，以及沿断裂带岩溶显著发育。沿断裂带常分布的漏斗、竖井、落水洞以及溶洞、暗河等。一般情况下，正断层处岩溶发育，逆断层处较弱；褶皱轴部一般岩溶较发育。单斜地层，岩溶一般顺层面发育。在不对称褶曲中，陡的一翼较发育；产状陡倾的岩层，一般岩溶发育较强烈；缓倾的岩层，当上覆或下伏有非可溶性岩层时，岩溶发育较弱；岩层的接触面或不整合面岩溶发育。

（4）地壳活动

地壳强烈上升地区，侵蚀基准面相对下降，下切作用强烈，岩溶以垂直方向发育为主；处于下降地区，原来垂直发育的岩溶可能增加了水平发育，使岩溶更加复杂；处于相对稳定的地区，岩溶以水平发育为主。

第二部分：岩溶地基的稳定性评价

岩溶地基的稳定性评价，分建设场地的稳定性评价和建筑地基的稳定性评价两部分。

2.1 建设场地的稳定性评价

这是指可行性研究和初勘阶段的地区性评价。着重研究建设场地形成岩溶的岩性和水的运动规律，并结合地区的地貌、地质构造、岩溶发育过程以及岩溶形态的分布等进行综合分析，在较大的拟建范围内，按岩溶发育程度在平面上划出对建设物稳定性不同影响的地段，用来作为选择建设场地、总图布置的依据。下列地段属于建设不利的地段：

（1） 有浅层、处于极限平衡状态的洞体或溶洞群，洞径大、顶板破碎且可见变形迹象，洞底有新近塌落物等。

（2） 地表水沿土中裂隙下渗或地下水自然升降变化使上覆土层被冲蚀，形成成片或成带土洞塌陷。

（3） 有规模较大的浅层隐伏岩溶如漏斗、洼地、槽谷中充填软弱土体或地面出现明显变形现象。

（4） 有覆盖土地段内，降水工程的降落漏斗中最低动水位高于基岩面的范围。

（5） 岩溶通道排水不畅或上涌导致暂时淹没。

2.2 建设地基的稳定性评价

这是在地基基础设计的详勘阶段，针对具体建设物下及其附近对稳定性有影响的个体岩溶形态进行评价。天然溶洞稳定性分级表（表2-1）可供评价洞体稳定性时参考。

第三部分：岩溶地区桥梁桩基础

岩溶地区桥梁钻（冲）孔灌注桩

3.1.1 适用条件

目前钻（冲）孔灌注桩在岩溶地区应用最为广泛，尽管其有费用高、对场地环境影响大等不足，但因其容许承载能力可达数千至数万kN以上，并能满足水平荷载要求等优点，在满足相对经济性、可靠性前提下大部分岩溶地区的桥梁均建议采用钻（冲）孔灌注桩，针对不同岩溶规模、地质情况等实际条件钻（冲）孔灌注桩可灵活选取相应的施工方法，溶洞高度在0~3m可以选用，溶洞高度大于10m时也可以选用。在岩溶发育、有多层溶洞且每层溶洞顶板厚度不均匀的地基，主要采用钻孔桩基础，使钻孔桩穿过多层溶洞，桩底置于基岩或有足够厚度的溶洞顶板上。

3.1.2 施工工艺

1）逐桩核对设计地质资料

由于岩溶地区地质情况的不确定性，在收到施工图后，对每根桩的设计地质柱状图进行分析核对，确定溶洞、溶穴的发育规模和走势；对缺少地质资料或地质资料有疑问的桩位及时进行补充钻探，根据钻探芯样分析绘制地质柱状图后，报请现场地质监理工程师签认并上报设计单位；设计单位根据补充钻探结果对原设计桩长进行验证或修改。根据桩位处地质资料逐桩细化钻孔方案和工艺，准备必要的机具和材料，确保能够顺利穿越溶洞、溶穴。

2）护筒埋设（图3-1）

护筒垂直度以及中心位置严格按照规范和验收评定标准进行控制。

3）冲击钻孔（图3-2）

钻进过程中，一方面及时捞取渣样并做好分析与记录，与设计提供的地质资料或地质钻探资料进行对比，如果发现有较大差异，及时报请设计单位到场进行会商论证；另一方面经常对孔位、孔径以及垂直度和孔底高程进行检查，保证钻孔质量。当冲击钻进至溶洞溶穴处时，按以下工艺进行钻进。

（1）在钻进至距溶洞、溶穴0.8 m处时，根据溶洞、溶穴的发育情况，对施工方案进行调整，对准备的材料或机具进行检查。当施工方案和准备的机具与材料能够满足溶洞、溶穴处理时，以0.8~ 1.2 m冲程冲击开溶洞、溶穴顶盖。

（2）对充填物为黏土的溶洞、溶穴，将块径为30 cm左右的坚硬片石投入钻孔中，每次投入量以超过顶盖0.6 m为宜，然后利用小冲程反复冲砸；对充填物为碎石的溶洞、溶穴，投入黏土块或水泥，每次投入量以超过顶盖0.4 m为宜，以小冲程反复冲砸，必要时可重复回填2~3次，确保回填物挤入孔壁。

（3）对无充填物且规模小于0.8 m的溶洞、溶穴，投入片石和袋装水泥，并掺加速凝剂，片石块径不大于30 cm，速凝剂掺量为水泥投入量的6%，水泥与片石投入量比例为1：0.4（体积比）；每次投入量以超过溶洞、溶穴顶盖1.0 m为宜，以小冲程反复冲砸，保证溶洞、溶穴处孔壁坚固圆顺。

（4）对无充填物且发育规模超过0.8 m的溶洞，将提前准备好的钢护筒沉入钻孔，护筒钢板厚度8 mm，护筒直径比设计桩径大4 cm，护筒的中心及垂直度应满足施工规范和验收标准的规定，护筒应穿过溶洞并嵌入其下部完整基岩面。冲击钻进通过溶洞、溶穴后，进行正常钻进，掏渣筒清渣，直至钻进至设计高程。

4）钻孔检验（图3-3）

钻进时除按常规对桩孔进行检验外，在钻孔达到设计高程后，应根据现场捞取的渣样与钻孔记录，绘制钻孔桩地质柱状图，报请设计单位和监理单位地质工程师，现场核对确认与设计相符后方可进行下道工序。

5）混凝土浇筑与分析（图3-4）

及时做好混凝土浇筑记录，特别是在浇筑至溶洞、溶穴部位时，要及时对混凝土用量进行分析，以确定溶洞、溶穴的处理情况，并为桩基检测分析提供必要的依据。混凝土浇筑完成后，在混凝土终凝前，应拔除内护筒。

6）桩基检测（图3-5）

桩基检测采用低应变法，对波形有疑问桩身部位的钻孔记录与混凝土浇筑记录进行分析，以便更好地分析扩径或缩径等现象，准确评价桩身质量。

综上所述，岩溶地区钻孔灌注桩施工工艺流程如图3-6所示。

3.1.3 存在的问题

钻（冲）孔灌注桩存在的问题是孔底清渣困难，发育的溶洞给钻（冲）孔灌注桩施工带来困难，施工不当还容易诱发地面塌陷，施工时也会造成漏浆、塌孔、埋钻（锤）、偏孔、斜孔、卡钻（锤）、掉钻（锤）、沉渣超标、灌注混凝土超方等事故，造成施工成本高、质量差、效率低、工期长。

（1）漏浆、塌孔（图3-7）

岩溶冲孔桩施工时，经常出现孔内泥浆迅速流失孔内水头迅速下降（几分钟之内水头下降可能超过10m）的现象，即为漏浆，原因一是当岩层中存在贯通裂隙、小型溶槽等，裂隙可能与溶洞或地下水连通；二是遇到溶洞、溶穴、土洞等，护壁泥浆会沿这些通道流失从而形成漏浆。

（2）埋钻

当岩溶地区覆盖层较厚时，成孔过程中，因基岩附近覆盖土体多为疏松多孔，岩溶地下水沿裂隙涌入桩孔形成孔壁坍塌，或者当桩基施工至贯通的裂隙或溶洞时，洞穴顶板被意外揭穿或揭穿裂隙通道后，孔内会突然失水造成泥浆水头急剧下降，如补浆不及时，覆盖层形成负压，地下水从孔壁渗出，破坏了护壁泥皮，上部覆盖层由于护壁失稳而造成孔壁坍塌，严重者造成大规模孔口地面塌陷，造成埋钻。

（3）偏孔

偏孔指在施工钻孔过程中，孔位中心偏距超出“标准”允许范围。当桩侧或桩底发育有孤石、鹰嘴岩、半边岩、岩溶裂隙、起伏不平的岩溶面、倾斜岩层面、石笋等岩溶形态时，由于桩基横截面的不均匀性，钻头极易滑向较软的一边，从而造成偏孔。

（4）斜孔、弯孔

通过溶洞时未及时抛填黏土片石，洞位测量不准确，以至钻头沿着软弱部位往下滑，造成斜孔；隔层相向的探头石，在钻进时相互扩孔，使钻成的孔竖向成“S”型。

（5）卡钻、掉钻

当桩身存在溶沟、溶槽、溶洞或有半边溶洞侧壁侵入桩身，钻孔桩穿过这些岩溶形态时，钻锤极易被卡住，特别是在钻穿溶洞顶板后，形成探头石或台阶，或溶洞内的孤石、落石，会卡住钻头。掉钻一般多与卡钻时强行提拉导致钢丝绳超负荷断裂造成，当溶洞较大时，如突然钻穿，因重力和惯性力作用拉断钢绳也会产生掉钻的情况，有时钻头会顺溶洞滑走，无法找到。

（6）沉渣超标

岩溶地区桩基冲孔施工时，为了泥浆护壁的稳定性，往往加大泥浆的浓度，而在清孔时也不能轻易降低浓度，从而造成清孔困难，沉渣超标现象。当采用冲击钻机冲击成孔工艺，特别是桩径2.5m以上大桩基成孔后，怎样清孔达到沉渣厚度及泥浆性能指标要求是非常关键的环节。有时，换浆达到规范要求时，由于泥浆比重降低、粘度下降，又重新发生渗漏、塌孔的事故，这在以往桥梁桩基施工中发生较多。

（7）灌注混凝土泄漏、超方

对于洞高较大且填充物为流塑状的溶洞，由于洞高较高，在泥浆护壁作用下形成的临界平衡状态稳定性较差，灌注混凝土时，孔内侧压力增大可能导致护壁破坏而产生混凝土泄漏，或混凝土涌入溶洞，尤其是互相贯通的溶洞，混凝土严重流失必然造成灌注混凝土大量超方。

3.1.4 处理方法

（1）漏浆、塌孔的处理方法

当穿越多层溶洞时，钻（冲）孔灌注桩施工过程中漏浆、塌孔现象极易发生，针对这种情况可以采用全护筒跟进及内护筒处理的方法，在护筒开口与江水、水池等通连，采用清水钻进，可避免漏浆、塌孔事故。当不能采用全护筒时，泥浆池尽可能做大，保证有50m3以上贮浆量，同时准备足够的黄泥、粘土、块石等填充物，补水管网接至孔口。一旦发生漏浆，迅速补给泥浆、清水，同时大量填充。

对于特别难于处理的孔位，可采取埋置深护筒（约7～8m到粘土层）的措施，防止上部反复塌孔。因裂隙或泥浆置换后而少量漏浆的，采用抛填袋装水泥，用冲锤小冲程反复冲捣的办法，处理效果较明显。

（2）埋钻的处理方法

当埋钻上覆土体较少时，可用钻机硬拉，