鄧杰文 趙瑞峰 劉宏

摘 要：石芽地基是一種典型的裸露型巖溶地基，影響石芽穩(wěn)定性的因素眾多。本文通過(guò)建立計(jì)算模型，假定上部荷載N、巖層傾角α、錐頂角β，對(duì)不同高度的石芽進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，得出了各種工況下石芽穩(wěn)定的臨界直徑。結(jié)合穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果對(duì)石芽地基穩(wěn)定性進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：石芽地基;穩(wěn)定性計(jì)算;臨界直徑

1 前言

碳酸鹽巖地區(qū)地形地貌復(fù)雜，巖溶地基處理是影響工程投資的因素之一。石芽地基屬于裸露型巖溶地基，石芽地基是由大氣降水和地表水沿裸露的碳酸鹽巖節(jié)理、裂隙溶蝕逐漸發(fā)展而形成，是一種最為典型的裸露型巖溶。地表溶蝕溝槽間殘存的石芽高度大多數(shù)不超過(guò)3m，多以鷹嘴石等在地表出露。如石芽被表層黏土覆蓋，稱(chēng)為埋藏型石芽地基。石芽多數(shù)分布在碳酸鹽巖地區(qū)斜坡上，在河流溝谷兩側(cè)斜坡以及巖溶洼地周邊也有分布。芽面極陡，石芽錐體側(cè)面傾角一般為55°～80°，有的埋藏型芽間的溶溝、溶槽深度可達(dá)10多米，而且往往與下部溶洞和溶溝（槽）相連?；鶐r面起伏具有不確定性。因此，石芽地基處理不當(dāng)往往會(huì)造成地基滑動(dòng)破壞及基礎(chǔ)差異性沉降和施工上的困難。

2 石芽穩(wěn)定性分析

2.1 計(jì)算模型的建立

當(dāng)上部荷載較大時(shí)，石芽的穩(wěn)定性主要是石芽巖體在上部荷載作用下發(fā)生滑移、折斷等破壞。將石芽簡(jiǎn)化為錐體后，石芽巖體沿結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑移破壞模式如圖2.1，則其穩(wěn)定性計(jì)算公式如下。

式中：N為上部荷載（kN）; C為層間內(nèi)聚力（kPa）;α為巖層傾角（°）;β為石芽頂角（°）;H1和H2分別為石芽?jī)蓚?cè)高度（m）;φ為層間摩擦角（°）;Pa為主動(dòng)土壓力（kN/m）; Pp為被動(dòng)土壓力（kN/m）;Sa為主動(dòng)土壓力作用面積（m2）;SL為內(nèi)聚力作用面積（m2）;Sp為被動(dòng)土壓力作用面積（m2）; Ka為主動(dòng)土壓力系數(shù);Kp為被動(dòng)土壓力系數(shù); K為石芽穩(wěn)定性系數(shù)。

若不考慮內(nèi)聚力c和Pa和Pp主、被動(dòng)土壓力作用，則石芽穩(wěn)定性計(jì)算條件簡(jiǎn)化為：。

2.2 穩(wěn)定性計(jì)算

對(duì)含有夾層的石芽，按下述計(jì)算思路進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。（1）上部荷載N：取50000kN 、25000kN、10000kN、5000kN四種;（2）巖層傾角α取16°、12°兩種;（3）石芽錐頂角β：30°、40°兩種;⑷層間內(nèi)聚力c取20kPa，層間內(nèi)摩擦角φ取10°。由上述計(jì)算結(jié)果可得各種工況下石芽穩(wěn)定的臨界直徑如表2.1和典型計(jì)算曲線(xiàn)圖2.2～圖2.5，石芽穩(wěn)定的上部荷載N與臨界直徑D關(guān)系曲線(xiàn)圖2.6。

3 石芽地基處理方法探討

因巖溶地基有一定的隱伏性、復(fù)雜性，巖溶地基處理一直是廣大工程技術(shù)人員不斷探索的課題之一，隨著巖溶地基處理技術(shù)的不斷探索和發(fā)展，截止目前，對(duì)于淺部石芽地基的處理常用以下兩種：

3.1 挖填法：適用于淺表層石芽地基等，施工時(shí)挖除石芽間的黏土等充填物，然后以灰土、碎塊石或毛石素混凝土等進(jìn)行回填處理，以增強(qiáng)地基的整體強(qiáng)度和持力層的完整性，或者鑿巖機(jī)鑿去局部高度較高的石芽，然后鋪蓋褥墊層后進(jìn)行碾壓處理，以調(diào)整地基的變形量，減小差異性沉降，從而保證基礎(chǔ)的穩(wěn)定性;

3.2 梁板跨越法：適用于基礎(chǔ)下有豎向發(fā)育溶洞、溶蝕溝槽、漏斗、跨度較大石芽，小型溶洞。即施工時(shí)采用一定厚度的鋼筋混凝土梁、板進(jìn)行跨越處理，或用剛性較大的平板基礎(chǔ)覆蓋，減少基底集中應(yīng)力，而不對(duì)其下溶蝕地基進(jìn)行處理。

一般情況下石芽間的溶蝕溝槽常被黏土充填，因此強(qiáng)度較低，壓縮性較高，當(dāng)上部荷載較小時(shí)石芽處理，主要考慮溶槽與石芽間的充填黏土組合形成不均勻地基的差異沉降。但當(dāng)上部荷載較大時(shí)，無(wú)論是用挖填法還是梁板跨越法，均需對(duì)石芽地基滑移穩(wěn)定性問(wèn)題加以考慮。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本文對(duì)石芽進(jìn)行的穩(wěn)定性分析計(jì)算，取得以下兩點(diǎn)初步認(rèn)識(shí)：

4.1 當(dāng)上部工程荷載較大時(shí)易引起石芽發(fā)生折斷、滑移、傾倒等破壞。在設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中，必須查清基巖面的起伏，巖層傾角，石芽錐頂角及高度，巖石強(qiáng)度等影響因素，并加以重視，當(dāng)上部工程荷載較大時(shí)石芽地基處理應(yīng)重點(diǎn)考慮石芽巖體的滑移等穩(wěn)定性問(wèn)題。

4.2 通過(guò)計(jì)算得出，當(dāng)上部荷載較大，荷載N=50000kN時(shí)，巖層緩傾（12°～16°）時(shí)，石芽穩(wěn)定臨界的直徑D為5.5m，對(duì)應(yīng)的高度H為7.5m;當(dāng)上部荷載N較小時(shí)，石芽穩(wěn)定臨界的高度D為1.5m，對(duì)應(yīng)的石芽高度H為2m。即當(dāng)石芽高度H為3m時(shí)，在荷載很小的情況下，需要清除的石芽頂部高度應(yīng)大于1m，確保石芽有足夠大的直徑，從而確保石芽地基的穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉之葵， 梁金城， 朱壽增， 等. 巖溶區(qū)含溶洞巖石地基穩(wěn)定性分析[J]. 巖土工程學(xué)報(bào)， 2003， 25（5）.

[2] 劉宏， 趙躍平， 鄔相國(guó)， 等.強(qiáng)溶蝕帶巖溶地基穩(wěn)定性研究[J]. 礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)， 2011， 31（3）.

[3] 張倬元， 王士天， 王蘭生. 工程地質(zhì)分析原理[M]. 北京：地質(zhì)出版社， 1994.

[4] 袁道先. 中國(guó)巖溶動(dòng)力系統(tǒng)[M]. 北京：地質(zhì)出版社， 2002