广东省地球物理探矿大队510800
摘要：岩溶，是一种不良地质现象，在广州市太和镇分布广泛。很多岩溶地区的基岩主要是灰岩或者白云岩等碳酸盐岩，是作为建筑桩基的最佳持力层。但由于岩溶地区地质条件复杂，给建筑基础施工增加了不小的难度。因此，做好岩溶地区场地岩土工程勘察和分析，能为建筑施工提供详实的数据资料，以确保工程能保质保量顺利推进。
关键词：岩溶地区；岩土工程勘察
1工程概况
新建铁路广佛环线广州南站至白云机场段太和站工程位于广州市白云区太和镇沙亭岗村，为地下车站。车站中心里程DK42+710，车站里程范围DK42+575.00～DK42+852.00。车站到发线有效长277m，站台宽5.0m，站台有效长210m，车站长度277米。车站用地以耕地为主，无建筑物拆迁。太和站采用明挖法施工，车站线位基坑长277m，宽14.1m，挖方深度约16～20.0m，平均18.0m，基坑底埋深约18米，基坑底标高约为5.40m，车站附属共设4个出入口，车站主体及附属围护结构拟采用地下连续墙+内支撑的支护形式。地貌单元为珠三角冲积平原，地面标高约23.2～24.9m，高差约为2m，地面平坦、开阔，地处岩溶地区。
2勘察任务及方法
勘察对象为新建铁路广佛环线广州南站至白云机场段太和站详细勘察阶段岩土工程，根据《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）、《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2007/J124-2007）和《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）并同时参照执行有关规范、专业手册等相关规定，及设计单位提出的勘察要求，须查明场地各岩土层的分布特征、埋藏条件、工程特性、物理力学性质等工程地质特征，评价地基的稳定性，推荐各岩土的力学参数建议值；查明勘察范围内及其附近不良地质作用的类型、规模、分布情况，并提出防治措施建议；查明场地地下水的类型、埋藏情况、渗透性、补给来源、变化幅度，及其对工程和环境的影响，提供水文地质参数，并预测基坑涌水量，查明地下水及地表水对混凝土和金属材料的腐蚀性；查明基础的施工条件及其对周围环境的影响，并提出预防措施和监测方案；最后，为基坑开挖与支护提供所需的岩土参数，为拟建建筑物地基基础类型及持力层选择提出建议，提出基础处理措施。本次勘察采用钻探取芯、薄壁或厚壁取土器取样、标准贯入试验、波速测试、电阻率测试、地温测试、抽水试验、地下水位测量、钻孔坐标及高程施放、室内岩土试验等综合勘察方法。其中，本次勘察共布置勘探孔30个，其中控制性钻孔16个、鉴别孔14个；钻孔深度，岩溶区钻探需钻入结构底板或桩端平面以下不应小于10m连续完整基岩，如揭露溶洞时应根据工程需要适当加深。
3场地的区域地质特征
太和站所在区域在大地构造上属于华南地槽褶皱系的一部分，位于花县凹褶断束内。区域内各时代地层发育较齐全，沉积建造类型复杂，并经历了多个构造阶段发展演化历史，形成了较复杂的地质构造格局。自震旦纪以来，本区经历了多次构造运动，包括加里东、华力西、印支、燕山和喜山运动，其中以燕山运动规模最为宏伟，活动性最强烈。此次运动主要特点是：北东向的断裂规模宏大，动热力变质和区域变质作用强烈，大面积的中、酸性岩浆侵入和喷溢交替出现。燕山期运动形成的大断裂，奠定了东南沿海地区的构造格局。新生代的喜山运动是燕山运动的继续，以断裂的继承性活动和断块的差异运动为基本特征，沿断裂带形成新生代的继承性或新生性断陷盆地，如珠江三角洲盆地等。与此同时，在南海海域发生海底扩张，导致在南海北部浅海地带出现一系列平行海岸线延伸的北东东向断裂和受其控制的珠江口外拗陷。随之而来的太平洋板块和菲律宾板块前缘的推挤作用，使北东、北西和东西向断裂进一步复活，形成陆缘构造活动带。本区经历多次大地构造发展阶段，出露了从震旦纪至第四纪各个时代的地层，发生强烈的酸性到基性的各类岩浆侵入和喷发活动，以及广泛的区域变质和动热变质作用，铸就了众多的深、大断裂带，形成了东西向、北东向、北西向断裂相互交汇和断陷盆地、断隆山地相间排列的地质构造背景。场地位于华南褶皱系（一级构造单元）湘桂粤褶皱带（二级构造单元）粤中拗陷（三级构造单元）增城-台山隆断束（四级构造单元）的东莞盆地（五级构造单元）西端。构造格架由近东西向的由白垩系红层组成的珠江向斜褶皱南翼及上元古界震旦系变质岩东西向片麻岩理褶皱（流褶曲）组成，并被北西向北亭断裂，化龙断裂所切割，断裂构造控制着地层展布与珠江水道的形成与河网空间分布。根据本次勘察和既有勘察资料分析，上述断裂不直接与本车站相交，本次勘察亦未有揭露。场地上覆第四系人工堆积层和冲洪积土层，下伏石炭系下统灰岩，基岩呈近北东向断续展布。
4场地岩土工程地质条件
4.1地层岩性
场地各岩土层地层岩性由上及下、由新到老叙述为：第四系人工堆积层（耕植土、素填土、杂填土）；第四系冲洪积层（粉质黏土、粉砂、中砂、粗砂、砾砂、圆砾土）；石炭系下统灰岩（强风化灰岩、中风化灰岩）。
4.2水文地质特征
场地地表水较发育，主要为小溪、水塘及水沟水，其受大气降水影响显著，地下水类型主要为孔隙水、岩溶裂隙水。
孔隙水主要赋存于第四系冲洪积层中的粉砂、粗砂、圆砾土层，透水性及富水性好，水量丰富，迳流条件好，为场地主要含水层。地下水主要为降雨入渗，水位较稳定，埋深较浅，孔隙水具弱承压性，勘察期间测得地下稳定水位埋深1.00～2.50m（标高21.40～23.60m），根据广州市气象资料，勘察区水位年变化幅度为1～2m。由于本次勘察野外作业工期较短，不能测出最高水位和最低水位，实测的地下水稳定水位与设计和施工期间的地下水位会存在一定的差别，设计、施工时应予注意；岩溶裂隙水存贮于灰岩发育的溶隙、溶洞中，水量受岩溶的发育程度及其连通性影响而变化较大，岩溶裂隙水具承压性。该灰岩岩溶中等发育，溶洞普遍充填有砂土及黏性土，但钻进过程中普遍有漏水现象，由此说明岩溶溶洞充填不紧密，有地下水连同活动，地下水富水性总体丰富。场地第四系孔隙水的主要补给为大气降水及含水砂层的侧向补给，流向原则上受地形控制，天然水力坡度不大。岩溶裂隙水以垂直循环为主。本次勘察有3个钻孔进行抽水试验，1个钻孔进行注水试验，根据抽、注水试验成果及有关规范计算，场地内砂土层渗透系数为1.47~18.39m/d，结合地区经验，建议砂土层的渗透系数取值10.0m/d，灰岩渗透系数取值2.1m/d，车站基坑砂土层涌水量采用大井法完整井潜水计算公式进行估算，车站线位基坑砂土层涌水量估算为3687.5m3/d，车站建筑物结构基坑砂土层涌水量估算为5831.1m3/d，右线YDK42+650～DK42+700段基坑下部坑壁及基坑底板为灰岩，采用条形基坑承压水计算公式，该段基坑灰岩层涌水量估算为374.8m3/d。
根据Jz-Ⅲ16-太和站5等11个孔所取的地表水及地下水的水质分析报告，依据《铁路混凝土结构耐久性设计规范》（TB10005-2010）判定，车站区地下水及地表水具酸性侵蚀，侵蚀等级为H1。桥址区碳化环境作用等级为T2。按国家标准《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）（2009年版）（按强透水A类考虑）判定，地下水、地下水对混凝土结构有弱腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋有微腐蚀。
5不良地质作用与地质灾害评价
5.1砂土地震液化
根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015），车站范围属Ⅱ类场地基本地震动峰值加速度0.05g，Ⅱ类场地基本地震动反应谱特征周期值为0.35s。车站所在地区为抗震设防烈度6度区，地下车站主体结构属重点设防类，按0.10g进行砂土液化判别处理。本次进行钻探有16个钻孔揭露到砂层，主要是粉细砂及中粗砂，按国家标准《城市轨道交通结构抗震设计规范》（GB50909-2014）的有关条件判别，采用标准贯入试验方法对冲积砂层进行液化判别。根据液化判别计算，本次勘察所揭露的冲洪积粗砂
（4）5-1层存在地震液化问题，液化指数0.73～5.05，液化等级为轻微～中等，综合判断液化等级为中等。
5.2岩溶
岩溶包括土洞、溶洞及其它岩溶形态。在已施工的22个钻孔中，有5个钻孔揭露有溶洞，钻孔见洞率为22.7%，线溶洞率平均值2.80%，溶洞层数1～2层，洞高0.70～4.50m，岩溶中等发育，根据钻探揭示场区主要属浅覆盖型岩溶区，局部地段属深覆盖型岩溶区，除溶洞发育外，分布大量的冲洪积物，上覆地层多为黏土、粉质黏土、粗砾砂、圆砾土等，在与基岩面接触多为软塑状黏土或粉质黏土，由于地下水位较高，第四系地层多受地下水影响，强度较低，在施工过程中极易引起地面塌陷。岩溶分布具无规律性和不确定，岩溶、溶洞对基桩施工存在较为不利影响，若桩端置于溶洞内或溶洞顶板岩层厚度薄的位置时，极易使基桩直接失稳或下陷，对桩基础隐藏着较大的稳定性和安全性隐患。车站大里程侧河流、水塘发育，基坑开挖后极易导致地表水通过岩溶通道排泄至基坑。
5.3地质灾害评价
勘察过程中通过踏勘未发现车站范围内有滑坡、崩塌、泥石流等灾害地质发生的迹象，但预测基坑开挖、车站施工可能引发或加剧次生地质灾害，主要为地面沉降、地面塌陷两种。
6结论及建议
综合场地各种地质因素，判定本车站场地处于基本稳定区，在采用有效防治措施及合适地基基础形式的前提下，本场地适宜轨道交通地下车站建设。
（1）关于地基基础持力层及桩基类型，基坑底板在DK42+633.00～DK42+695.00m段坐落在中等风化灰岩上，基底地质条件较好，能满足承载力的要求，可采用天然基础；DK42+575.00～DK42+663.00、DK42+695.00～DK42+852.00m段坐落在粉质粘土、砂层上。工程地质条件较差，承载力低，建议采用桩基础，以连续完整中等风化岩层作为基础持力层。
（2）关于基坑支护，拟建太和站主体为地下明挖车站，车站主体基坑宽度约为14m，全长约277m，主体基坑拟开挖深度约为18m，车站主体及附属围护结构可采用地下连续墙+内支撑的支护形式，也可采用密排钻孔灌注桩加内支撑作为支护形式；风亭、出入口基坑的围护结构则可采用钻孔灌注桩加内支撑的支护形式；止水措施，可采用高压旋喷桩在钻孔灌注桩间或地下连续墙槽间进行止水；抗浮措施，本车站为地下站，场地内地下水埋藏较浅，地下水位较高，且车站基坑开挖深度大，建议对车站地下结构进行抗浮处理，抗浮设计水位标高22.0m，可采用抗拔桩或锚杆进行抗浮。
（3）关于基坑开挖与排水，土方开挖过程中，应在基坑内分级设置排水沟，利用集水井将地下水及时排出坑外，对于车站的永久性排水应与市政要求相匹配统一进行设计；开挖施工时应预留一定厚度的保护层，开挖到基础高程后立即封底，如果扰动土层，应及时进行加固处理，以便达到设计要求；基坑土方开挖应严格按设计要求进行，不得超挖，基坑（槽）开挖后，应进行基槽检验；基坑周边严禁超堆荷载。
（4）由于岩溶在空间发育的复杂及不确定性，建议施工阶段进行岩溶专项勘察，采用综合物探结合钻探技术，予以查明溶洞的分布及发育程度，并进行注浆加固处理，确保车站运行安全。
（5）建议在施工阶段分段进行地表水、地下水侵蚀性复查工作。