石灰岩地区的工程地质特点与岩土工程勘察

摘 要：在石灰岩地区，地形和地质特点都较为复杂。各种化学和物理风化现象，造成了石灰岩不同程度的裂隙和相应的风化程度。不同的分化速率导致石灰岩表层形成不一样的石芽和溶蚀性的溶洞以及土软弱层。不同地质特点的石灰岩地区应该因地制宜，采取不同的岩土工程勘查方法。本文将简要分析石灰岩地区的工程地质和探讨岩土工程勘察中出现的问题及解决方法，希望能够为相关研究者提供一定的理论支持与技术指导。

关键词：石灰岩；地质特点；工程勘察

1 前言

在石灰岩地区，岩溶是一种普遍存在影响却相当不好的地质作用。虽然在大的方向上有可探究性和其发展规律，但如果缩小到某一个小型地区或者分布地带它却有着不可预见性和随机性。这种不可预见性会加大勘察力度和难度。降低勘察的准确性。如果能够查明不同地质的特点和弄清研究方法，将会降低工程施工难度和提高准确率。

2 石灰岩化学成分及沉淀和风化原理

2.1 石灰岩化学物质组成成分

石灰岩的主要组成成分为碳酸盐岩，有一些虽为同品种但是成分又有差别。例如所含矿物质或者颜色会呈现差异。有的含有白云石、粘土和碎屑矿物等，颜色差异体现在灰色、灰黑、浅红色和褐红等。现代学说认为在温暖的环境之中，碳酸盐岩常常存在于藻类和珊瑚类的动物之中，这些生物体内的种类繁多，在含盐度比较高的温暖海岸环境下容易沉积成岩。石灰岩的化学组成成分主要是CaO、MgO和CO2，含量排第二的是SiO2、Al2O3、SO2等和有机物质。不同环境造成了石灰岩的化学组成成分的差异，因此形成了各种各样的石灰岩类和白云岩类岩石。灰岩具有生物和化学作用，常常含有丰富的有机物残骸。石灰岩里面通常会包含白云石和一些黏土矿物。不同含量的成分有不同的昵称。例如泥质岩的黏土矿物含量为25%-50%，白云质灰岩的白云石含量为25%-50%。石灰岩很多地方可见，岩性均匀单一，采矿者开采比较简单也易于加工，广泛用于建筑施工材料。

2.2 石灰岩沉积的机制原理

藻类具有吸收CO2释放O2的新陈代谢作用，它会大量地从海底吸收CO2，与CaO结合形成溶解度低的CaCo2达到饱和状态产生CaCo2沉淀，也称文石质灰泥。与此同时，海底的贝壳类等生物也会产生一系列反应例如生物和机械磨蚀，加上死去生物的尸体堆积。上述条件都为灰泥质的产生做出贡献。因为浅海的地理位置，靠近海岸，其受各种自然因素条件的控制例如潮汐水流动力、陆源物质来源的补给，本来已经形成的灰泥质会迁徙到別的地方形成另外的堆积，其他的物质按照不同比例和成分参与进来，因此形成不同结构和成分的碳酸盐岩石。

2.3 石灰岩风化形式

风化形式有很多种，在不同的地区不同气候环境之下有所不同。例如在热带或者亚热带比较温暖潮湿的环境下，化学成为比较活泼的碳酸盐岩石，它的风化形式主要是化学风化，在这种环境下，以热胀冷缩为主导的物理风化形式作用不明显。地下水中的岩石在地下水地不断作用之下，活泼的化学元素与之形成络合物或胶凝体，有些被带走有些不活泼的例如硅质、炭质等化合形成风化残积土。在比较寒冷的地方，例如我国的东北部和北方等严寒地区，由于四季温差大，到夏季由于热涨而产生形态上的变化，体积迅速膨胀。到了冬季，由于冷缩的物理原因，体积迅速收缩，这种热胀冷缩的变化会导致岩石表层发生变化，发生物理风化作用。

3 石灰岩地区岩土勘察应注意问题

3.1 勘察点位置应视情况而定

不同的勘测位置应该有不同的要求和标准，应该因地制宜，对号入座地选择合适的方案。对于管道路线工程而言，勘测点的间距应该根据当时的地质条件而定，简单或者复杂的地质条件应该200-1000m不等。还应该测量地质点的位置和记录原来测试点的位置即原位测试点。根据地形的复杂程度不等增减，通常勘测的孔的深度为1-3m。对于穿越工程的管道，勘测点的位置又不同于管道路线工程，通常位于在穿越管道的中线位置上，不能够偏离的太远，不超过偏离中线的3m为宜。此时勘测点与点之间的距离应该保持30-100不等，且勘测点不少于3个为宜。当采用沟埋敷设的方式穿越的时候，孔的深度应该尽量保持3-5m，不能太浅，以保证此深度能够钻到河床的最大冲刷深度以下。当采用顶管或者定向钻孔方式穿越的时候，孔的深度没有特别的要求，应该根据施工单位的具体实际需要而定。勘测点的位置应该按照建筑环境周边线和角点来布置，对于没有特殊要的建筑物可以按照建筑物或者建筑群的范围来布置。当建筑范围内的主要受力层面或者下卧层面起伏比较大的时候，应该加密勘测点以便查明变化。对于设备基础比较大的建筑，应该单独设置勘测点，例如比较重和大型的机器和高建筑结构物，勘测点的位置不能少于3个为宜。勘测的方法应该采用钻探与触探相结合的形式，对于地质条件复杂，土质为湿陷性的、膨胀的岩土或残积土的地区应该采用合适的探井方法。

3.2 采用桩基和天然浅基础

有些地质比较复杂，应该采用桩基和天然浅基础的方式。怎样根据不同地质条件，灵活运用天然浅基础和人工挖孔桩两种基础型式是关键所在。复杂地质条件下，地形起伏可能会比较大，土层的分布存在缺失的现象，因此在同一个建筑中，基底土层分布会有明显不同。天然浅基础适用于土质条件优和承受能力比较高的土地。对于承载能力低的土地可以采用两者并用的方式。当建筑物比较轻盈不至于笨重，在能够满足一切外在条件例如承载程度够、变形的要求也能够达到的前提下，应该首先考虑上覆层，将上覆层作为基础持力层。如果上覆层填料为红黏土，在能够满足基础的埋深不低于大气层影响深度的条件之下，应该浅埋基础，采用浅部的硬壳层，对下卧层承载力进行计算，当不能够满足相关承载力和变形条件情况下，再考虑地基处理或者桩基础。当我们采用桩基础是，有些注意事项不能够忽略和不重视。

3.3 控制化学风化因素

如果要控制石灰岩地区的化学风化因素，我们应该要先了解岩石的化学成分。岩石的化学组成成分的元素分布决定了岩石具有很强的火星，因此岩石的化学风化速度很快。总体性的差异又表现在个体上，因此形成喀斯特岩溶地貌。通常有四种基岩面风化的形态，分别是凹陷性、石芽型、超层型和溶洞型。因为岩石的化学组成成分具有不均匀的特点，追其内因，是因为岩石结构差异性。不同的岩石结构具有不同的风化速率。因此也为岩石的千变万化做出了贡献。要想控制风化速率，应该了解每个形态的特点，因地制宜，对号入座。在这里我们详细研究一种形态：凹陷性。凹陷与凸起不同，凹陷与凸起的基岩面呈现一种线状、带状交替出现的情形。凹陷性的岩面埋深高差一半少为几米，多达十余米。想要控制石灰岩地区岩石风化的速率，控制基岩面的形态是关键所在。表现方式也有差异，通常分为两种情况。一是不同岩性或者构造的灰岩组合，这种情况岩层倾角比较陡峭。第二种情况是破碎带，主要是因为不饱和的地下水造成的，在断裂带中产生比较快的风化速度。

4 结语

对不同地质基础的地形进行勘察和实测是不仅可以为地基基础设施和工程建设提供依据，也可以为更好的地质建设做出贡献，认清不同的风化形式以及找到对应的解决方案也是关键点。准确的勘察资料、正确的施工方法会大大降低施工成本。我们应该对不同的勘察对象采取不同的施工方法，因地制宜对号入座，这样能够达到效益和效率双丰收的美好境地。

参考文献：

[1] 工程地质手册编写委员会.工程地质手册（第三版）[M].北京：中国建筑工业出版社，1992.

[2] JGJ79-2012.建筑地基处理技术规范[S].

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