摘要:工程建设实践表明，大连近海岩溶以沟槽洞隙为主，垂向层状发育明显，构造地质挤压破碎和泥灰岩岩性是岩溶发育的主要原因。桩基设计要保证桩端底部洞隙顶板厚度，根据洞隙大小制定合理的灌注桩成孔施工方案。重力式基础底部要保证合适的基床厚度，清除溶芽露头以防应力集中，加强基槽清淤和基床夯实。
关键词:近海;岩溶;基础工程;设计;施工
1引言
大连地区海滨岩溶地质发育较广，近几年海上围海造地、跨海大桥、码头等工程建设规模日益增大，多个场地勘察资料均揭露存在岩溶不良地质，通常勘察资料仅对岩溶发育与否简单描述，而对岩溶发育原因、特点、空间特征及基础工程设计注意问题分析很少。岩溶不良地质影响工程基础选型、桩长设计、重力式结构基槽开挖等，给工程设计、监理、施工和管理工作带来众多不利影响，设计图纸与现场施工不能良好对接，造成工程设计反复、工程费增加、工期延误等。出现此类问题的原因在于对岩溶地质的发育特点及其工程灾害掌握不清晰，工程建设各方对岩溶的理解存在偏差。大连近海地区以往的设计及施工资料中，关于海上岩溶问题的研究甚少，因此，本文在分析大连多个近海工程设计与施工资料的基础之上，对大连近海的岩溶发育特点、形成机理、工程灾害及基础工程设计等方面进行了深入分析和研究，以期对大连类似岩溶地质工程勘察、设计和施工提供参考。
2岩溶地质发育特点
大连地区近海工程建设中，有多处场地勘察揭露存在岩溶地质条件，如大连湾滚装泊位、大窑湾北岸汽车码头和集装箱码头、大连湾跨海大桥等。工程建设期间对岩溶地质开展了多次加密钻孔的岩土勘察、桩基超前钻孔、重力式沉箱基槽开挖检测等工作，通过勘察、设计、施工和监理多个环节的调查分析，大连地区的岩溶地质发育特点归纳总结如下：
2.1岩溶洞隙大小不一，呈“串珠状”垂向成层分布，洞隙顶板厚度差别较大
大连湾和尚岛和大窑湾北岸是岩溶不良地质发育较为严重的地区，用钻孔对沉箱基础下部的岩面标高进行了勘察，洞隙率为70%,洞隙充填物为红粘土或砾石。洞隙发育在垂向上差别较大，大部分洞隙高度多在0.5~1m左右，个别洞隙高度可达8m,少部分洞隙高度为1~3m.大约78%的洞隙位于基岩顶面以下10m之内，22%的洞隙位于岩面以下10m~20m.洞隙之间的岩层（洞隙顶板）厚度平均0.3~1m左右。大连湾[1]及大窑湾[2]岩溶洞隙发育特征统计数据见表1,代表性的溶洞洞隙地质剖面图见图1.
2.2岩溶“V”型溶沟溶槽特征，基岩面起伏较大
大连地区岩溶地质沟槽裂隙发育明显，石灰岩溶蚀坑较多，部分位置槽底与槽脊的高差可相差10m,典型岩溶的基岩面的三维示意图见图2.
2.3岩溶竖向裂隙发育为主，横向空间发育小
工程建设过程中，为了检验岩溶洞隙在空间上的 发育程度，选择代表性区段采用10×10m的加密钻孔对工程区开展了详细勘察，局部溶蚀严重区域采用2×2m的网格围绕中心钻孔进行了洞隙探测。探测结果表明，岩溶洞隙在横向和垂向上连通性差，基本不存在大型或中型洞室，岩溶以竖向裂隙为主，溶洞空间发育的规律性较差。
2.4不同地段岩溶不良地质发育程度存在差异
因地质构造的差异，大连地区石灰岩、泥灰岩以及后期侵入的辉绿岩发育程度不同，不同区域的岩溶不良地质发育程度存在差异。根据大连近海地区相关工程的岩土勘察数据，大连近海岩溶发育明显的区域主要分布在大连湾和尚岛、大窑湾和黑石礁等地区，岩溶洞隙普遍发育，而大连湾跨海大桥、金州湾和普兰店湾等地区岩溶发育程度较差，很少发现明显的岩溶洞隙。
3岩溶发育形成机理
岩溶发育受到地质构造、岩性、水力学条件等多方面的影响，根据大连地区的区域地质构造特征及岩性特点，大连岩溶地质发育的主要原因如下：
3.1区域地质构造
大连岩溶发育地段多处于金州大断裂构造线附近，板块挤压导致岩石较为破碎，岩溶沿破碎带裂隙发育，形成岩溶裂隙水与地下水和海水连通，有利于岩溶洞隙的形成。
3.2基岩岩性物质基础
大连岩溶地质的基岩岩性主要为泥灰岩[3],泥灰岩多含方解石条纹，方解石易于被侵蚀形成岩溶裂隙。泥灰岩含有较多的泥质成分，因此当岩溶发育时，泥质沉积会阻碍岩溶的进一步发育，泥灰岩本身的矿物性质决定了其发育规模较小，难以形成规模较大的溶洞，多以岩溶裂隙为主。
4岩溶不良地质灾害评价
在岩溶地质区采取桩基础，经常会出现同一承台桩长相差很大，长桩与短桩承载应力不协调问题。若岩溶洞隙顶板厚度较薄，当桩端荷载较大时，顶板可能发生冲切断裂破坏。此外，在桩基础施工中容易发生漏浆、塌孔、卡钻和埋钻问题。
当重力式基础地基受力范围内有溶洞时，在附加荷载作用下，洞隙顶板坍塌使地基突然下沉。岩溶地基岩面起伏较大，使地基发生不均匀沉降。岩溶溶芽露头会对沉箱底板产生集中应力，导致底板破坏。在岩溶洞隙潜水和海水渗流过程中，将洞隙沟槽内的红粘土冲蚀形成土洞，威胁地基的安全稳定。重力式码头基础的岩溶典型破坏方式示意图见图3和图4.
5岩溶地质基础工程设计与施工
根据大连地区跨海大桥和码头等近海工程设计和施工经验，以及岩溶地质发育特点，桩基础和重力式基础都可作为结构基础设计备选方案。基础设计和施工方法总结如下：
5.1桩基础方案
岩溶地质上的桩基础设计与施工重点要解决桩端持力层和成孔施工问题。因岩溶地质基岩顶面起伏较大，且易遇到岩溶洞隙，桩长不易控制，因此不宜采用预制桩，而优先采用灌注桩。
根据岩溶洞隙的发育特点，溶洞顶板有裂隙，可按照悬臂梁计算；顶板两端均有裂隙，可按照简支梁计算；顶板两端固定，顶板完整，则可按照两端固定的横梁计算。大连地区的岩溶洞隙多在3m~5m左右，若按照前述方法计算，则桩端之下需要2~3m的微风化岩石顶板。对于重要建筑物需采用超前钻和一桩一孔的勘察方法，以明确桩端持力层下部的洞隙顶板的厚度。桩基础施工中，因岩溶问题发生的塌孔、埋钻等事故处理费高，易造成工程质量隐患和工期延误。
根据岩溶洞隙的不同，灌注桩成孔方法各异。对于洞隙小于1 m的小溶洞，采用抛填粘土和片石造壁；对于洞隙高度1~3m的中型溶洞，采用抛填碎石、粗砂和混凝土的方法，回填后要冲砸成璧；对于大型溶洞，采用钢护筒的方法，对于多层洞隙采用多层护筒的方法施工成孔。混凝土浇筑过程中观察泥浆的体积和护筒内液面的变化，防止漏浆[4].大连湾轻轨、大连普湾大桥等岩溶发育地段，均采用了灌注桩基础方案，施工过程中制定了全面的钻孔成桩和检测方案，工程质量效果良好。
5.2重力式沉箱基础
在前期详细勘察和岩溶洞隙不良地质分析基础上，码头采用重力式沉箱方案，综合认为只要保证基槽清淤质量，保证基床有一定厚度，并辅以强夯或暴夯加强基床密实度，不必对沉箱底板进行特殊加强处理也是完全可行的。
工程勘察要通过加密钻孔，查明基岩面的纵横分布特征，控制性钻孔必须穿透中风化岩~微风化岩至少3m.根据岩溶裂隙、沟槽发育规律，基槽施工过程中采用抓斗、铲斗、吹淤和插探相结合的疏浚施工工艺，提高对较大沟槽裂隙之间的残积土清除率。为防止沉箱底部局部受力不均发生倾斜，必须保证抛石基床的厚度和宽度，以降低岩溶顶部的附加应力[5].清除局部的基岩露头，以防局部受力过于集中。
大连湾、大窑湾北岸码头结构均采用了重力式沉箱设计方案，相比沉箱扩大基础板[6]和基床灌浆方案更具有经济性和可行性，节省了工程费用，加快了施工进度。
6结语
通过多个工程的岩土勘察、设计和施工实践，进一步查明了大连近海工程岩溶不良地质问题的发育特点、形成机理，使“看不见的，说不清的，地底下的”岩溶沟槽洞隙不良地质问题得以明晰，研究结论在大连多个近海工程中应用，提高了岩溶地质区域基础设计和施工的针对性，有效加快了施工进度，降低了工程投资。
参 考 文 献
[1] 赵文杰，等。大连湾杂货及滚装泊位岩土勘察报告[R].辽宁有色地质勘察院，2005.
[2] 高仁宗，等。大窑湾北岸集装箱泊位岩土勘察报告[R].大连金地岩土勘察有限公司，2013.
[3] 郭长宝，郭书泰，彭涛，等。辽宁省大窑湾某建筑场地岩溶发育特征及工程地质条件评价[J].中国岩溶，2010（2）：176-182.
[4] 黄剑红。岩溶地区钻孔灌注桩成孔（溶洞）的设计处理[J].水运工程，2004（3）：121-123.
[5] 工程地质手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2007:525-535.
[6] 林庆霖。一座建在岩溶发育区的沉箱墩栈桥式码头[J].水运工程，1997（1）：14-17.
