¿Cuáles son los principales problemas geológicos de ingeniería de pilas y estribos?
Generalmente, las aguas subterráneas son la principal fuente, las superficiales la segunda y los procesos químicos (disolución y precipitación) son los principales. La destrucción y transformación de la roca soluble complementada con procesos mecánicos (erosión y deposición hídrica, colapso por gravedad y acumulación) se denomina karstificación. Las formas superficiales y subterráneas causadas por este efecto se denominan accidentes geográficos kársticos. El karst y sus fenómenos hidrológicos y geomorfológicos se denominan colectivamente karst.
El karst está ampliamente distribuido en China. Las áreas de distribución típicas son Guilin, Yangshuo y Liuzhou en Guangxi, el este de Yunnan y la mayor parte de Guizhou. El paisaje de Guilin en Guangxi y el Bosque de Piedras de Lunan en Yunnan son mundialmente famosos. Estos peculiares paisajes se desarrollan en zonas de rocas carbonatadas. Toda el área de piedra caliza del suroeste está conectada, cubriendo un área de * * * km2. El área de distribución de piedra caliza en mi país es de aproximadamente km2 y representa el 13,5% del área total del país.
En toda la zona kárstica, el desarrollo de las formas del relieve está estrechamente relacionado con el nivel del agua subterránea, que cambia con los cambios en los ríos locales o el nivel del mar. Por lo tanto, se puede considerar que el nivel base para el desarrollo geográfico de toda el área kárstica es el nivel del río o del mar, pero en cuanto al karst subterráneo en el área kárstica, su profundidad de desarrollo se basa en el suelo de roca soluble. Por lo tanto, el suelo de roca soluble es el nivel base para el desarrollo kárstico subterráneo. Supongamos que hay una vasta meseta ascendente. La corteza es estable durante mucho tiempo después del ascenso. Está compuesta de piedra caliza de origen suave, litología densa y capas gruesas. El desarrollo de las formas kársticas es aproximadamente el siguiente. p>Comienza a desarrollarse en yemas de piedra y barrancos, embudo, dolina. Parte del agua superficial ingresa al suelo y se disuelve a lo largo de las grietas. Las grietas no se han expandido mucho en este punto y todavía dominan los ríos superficiales. A medida que las fisuras continuaron expandiéndose, se formaron muchos sistemas de cuevas independientes en la masa rocosa. En los sistemas de cuevas grandes, el nivel del agua subterránea es más bajo; en los sistemas de cuevas pequeñas, el nivel del agua subterránea es más alto y generalmente no existe un nivel de agua subterránea unificado. Con el pleno desarrollo de las cuevas subterráneas, las cuevas independientes se fusionan gradualmente en un sistema completo, formando una superficie de agua subterránea unificada. Las cuevas sobre el nivel freático están secas y las cuevas cerca del nivel freático tienen ríos subterráneos. En este momento, la zonificación vertical del agua subterránea es muy obvia y la mayoría de los ríos de la superficie se han vuelto subterráneos, convirtiéndose en un suelo en forma de panal con muy poca agua. Más tarde, debido a la corrosión y erosión a largo plazo, el suelo se fue erosionando gradualmente y las cuevas poco profundas sobre el suelo quedaron expuestas debido al colapso del techo. Debido a la continua expansión del río subterráneo y al colapso del techo, algunas secciones del río subterráneo quedan expuestas a la superficie, apareciendo alternativamente corrientes abiertas y subterráneas.
Finalmente, el río subterráneo poco a poco se convirtió en un río superficial. En el proceso de transformación del río subterráneo en un río de superficie, cuanto más se derrumba el techo del río subterráneo, más fuerte es la destrucción y el transporte, y el suelo se rompe, formando una gran área de depresiones kársticas y bosques de picos. Debido al colapso masivo de ríos subterráneos y cuevas, se formaron sistemas de agua superficial y las cuencas kársticas se erosionaron y expandieron continuamente. Para entonces el terreno ya había sido rebajado y los residuos de piedra caliza (laterita) se habían acumulado en el suelo de la cuenca o llanura kárstica. En la llanura de disolución existen cerros residuales de piedra caliza y picos aislados. El relieve del terreno es muy reducido y cercano a la penillanura.
Debido al desarrollo del karst, las condiciones geológicas de ingeniería de los sitios de construcción y los cimientos se han deteriorado enormemente. Por lo tanto, al construir varios edificios de ingeniería en áreas kársticas, es necesario realizar investigaciones geológicas de ingeniería sobre el karst en orden. Predecir y resolver problemas causados por el karst. Diversos problemas geológicos de ingeniería. En resumen, los problemas geológicos de ingeniería en las zonas kársticas se dividen principalmente en las siguientes categorías.
Problemas de estabilidad y colapso de los cimientos
En las zonas kársticas, los cimientos de los edificios suelen ser desiguales porque hay cuevas debajo de la cubierta superficial y ríos subterráneos y cuevas dentro de la masa rocosa. Debido a la posible erosión del agua kárstica subyacente, el suelo subyacente a menudo colapsa, formando cuevas de tierra. Los colapsos de las cuevas del suelo a menudo ocurren repentinamente. Las áreas donde aparecen cuevas de suelo son a menudo áreas donde se desarrolla karst subterráneo.
El rango de presión de los edificios industriales y civiles se sitúa principalmente a unos 10 m bajo tierra. Por lo tanto, los cimientos de un edificio involucran tanto el suelo suprayacente como el lecho de roca subyacente. El espesor del suelo en las zonas kársticas varía mucho y la proporción de huecos es alta. Como resultado, los cimientos pueden caer fácilmente de manera desigual, provocando que el edificio se incline o incluso falle.
Según las características del desarrollo kárstico, las áreas kársticas pueden encontrar los siguientes tipos de cimientos:
(1) Cimentación por brotes de roca
Debido al karst superficial As Como resultado, se desarrollan zanjas kársticas en la superficie de piedra caliza. Entre los barrancos entrecruzados quedan muchos brotes de piedra cónicos o de bordes afilados, lo que hace que la superficie de la base de piedra caliza sea desigual y forma la base de los brotes de piedra. Los surcos entre los brotes de piedra están rellenos en su mayoría con tierra, que tiene baja resistencia y alta compresibilidad, lo que fácilmente puede causar un asentamiento desigual de los cimientos y afectar la estabilidad del edificio. Por lo tanto, cuando se construye sobre una base de yema de piedra, es necesario conocer la profundidad del enterramiento, la ondulación, la compresibilidad de la capa de suelo suprayacente y la resistencia de la yema de piedra.
(2) Cimientos de la cueva kárstica
La estabilidad de los cimientos de la cueva kárstica depende del tamaño, la profundidad del enterramiento y las condiciones de llenado de la cueva. Cuando la cueva es de gran escala y poca profundidad, y el techo de la cueva no puede soportar la carga del edificio, el techo de la cueva colapsará y los cimientos serán inestables. Cuando los cimientos del edificio se encuentran directamente con una cueva, se puede realizar el tratamiento adecuado según el tamaño y el material de relleno de la cueva.
De pequeña escala, se puede utilizar para limpiar o sellar, o para cubrir tramos de gran escala, no aptos como cimientos de un edificio. Para garantizar la estabilidad de los cimientos de la cueva, la profundidad segura de la cueva desde el suelo, es decir, el espesor seguro del techo de la cueva, debe determinarse basándose en la escala de la cueva y las propiedades de la roca en la superficie. techo de la cueva. Cuando la profundidad de entierro de la cueva es mayor que el espesor seguro, los cimientos son estables; de lo contrario, los cimientos son inestables y deben tratarse. En la práctica, los siguientes métodos se utilizan comúnmente para determinar el espesor seguro del techo de una cueva:
A. Para cuevas con techos completos, el espesor seguro del techo está determinado por el espesor-a-. método de relación de tramos. Se considera que cuando la relación h/l entre el espesor h del techo de la cueva y la longitud l del edificio que pasa por la cueva > 0,5, el techo de la cueva es seguro.
B. Para cuevas con techos incompletos y techos colapsados, se proporciona el método de cálculo para el colapso y el bloqueo del techo de la cueva con un espesor de techo seguro. La altura de colapso requerida (h) se calcula de la siguiente manera:
H=H0/(K-1)
¿En la fórmula? H0 - la altura máxima de la cueva (m);
K - el coeficiente de holgura (expansión) del macizo rocoso, piedra caliza K=1,2, arcilla K=1,05.
C. Si el techo de la cueva está incompleto y se desarrollan grietas y juntas, el momento flector se puede calcular en función de las características de distribución de las grietas y juntas, y el momento flector se puede calcular en base a el momento flector y las condiciones del macizo rocoso.
(3) Cimentación de cuevas de suelo
En las áreas kársticas suprayacentes, a menudo se desarrollan cavidades en la capa de roca soluble del suelo suprayacente, que generalmente se denominan cuevas de suelo. Cuando el techo de una cueva de tierra pierde su equilibrio bajo la carga del edificio y se hunde o colapsa, la seguridad del edificio se ve comprometida. Por lo tanto, donde hay capas de suelo cuaternario en áreas kársticas, debemos prestar atención a la posibilidad de que se desarrollen cuevas de suelo, averiguar las causas y condiciones de formación de las cuevas de suelo, la ubicación, la profundidad y el tamaño de las cuevas de suelo y el karst. cuevas relacionadas con el desarrollo de cuevas de suelo y la distribución de barrancos.
Dado que la formación de cuevas está estrechamente relacionada con las aguas superficiales y subterráneas, el primer paso para controlar las cuevas del suelo es controlar el agua. Luego, dependiendo de la situación específica, se pueden utilizar los siguientes métodos:
p>A. Cuándo Cuando la cueva de suelo está enterrada a poca profundidad, se puede utilizar la excavación y el cruce de viga-losa;
B. Para cuevas de suelo profundamente enterradas con diámetros más pequeños, debido a su buena estabilidad y riesgos bajos, no es necesario reparar el cuerpo de la cueva para el procesamiento, simplemente use vigas y placas para cruzar en la parte superior del hoyo.
C para hoyos enterrados profundamente con diámetros más grandes, taladre la parte superior. agujeros y rellene los huecos con arena (grava) o hormigón de grava.
Problemas de filtraciones e irrupciones de agua
Existen numerosas grietas, tuberías y cuevas en el macizo rocoso de la zona. Cuando los trabajadores de embalses, presas, túneles, fosos, etc. realizan actividades kársticas, si hay agua a presión y fisuras ricas en agua sirven como pasajes, pueden encontrar irrupciones de agua subterránea, provocando dificultades de drenaje en fosos, túneles y otros proyectos quedan sumergidos o el embalse no puede retener agua debido a filtraciones kársticas.
El área del embalse debe seleccionarse en una sección del río con terreno bajo, alto nivel de agua subterránea circundante, grandes manantiales expuestos aguas arriba, sin grandes manantiales expuestos aguas abajo y sin una diferencia obvia en el flujo entre aguas arriba. y aguas abajo. Deben evitarse valles profundos y ríos en zonas adyacentes. Si se encuentra una fuga en el fondo del depósito, sellar (bloquear el sumidero), pavimentar (cubrirlo con arcilla), cortar (construir un muro divisorio), encerrar (construir una cerca alrededor del sumidero), introducir (introducirlo en el depósito o plomo fuera del depósito) y otros métodos de tratamiento.
En principio, el tratamiento de las irrupciones de agua kárstica es principalmente el dragado. Para el agua kárstica en el túnel, se pueden introducir tuberías de agua en las zanjas laterales del túnel o en las zanjas de drenaje centrales para el drenaje. Cuando la cantidad de agua es demasiado grande, se pueden utilizar fosos guía paralelos para el drenaje.
Las principales formas de deformación y daño de los cimientos kársticos son la capacidad de carga insuficiente de los cimientos, el asentamiento desigual, el deslizamiento de los cimientos y el colapso de la superficie. Actualmente existen métodos cualitativos, semicuantitativos y cuantitativos para evaluar la estabilidad de las cuevas. Para rocas circundantes estables, la parte superior del cuerpo de la cueva se considera un sistema autoportante de la estructura, y para rocas circundantes inestables, generalmente se usa el método de análisis de la teoría de partículas. El método de tratamiento de la fundación kárstica adopta tres medidas: "sin tratamiento", "evitación" y "tratamiento" según la situación específica.
Una de las fundaciones kársticas no necesita tratamiento.
Bajo las siguientes circunstancias, la base kárstica no necesita ser tratada:
El karst no está dentro de la influencia de la base cuando la cueva está por debajo de la profundidad de la base; capa de compresión o la tensión adicional vertical y la tensión de peso propio de la capa superior de la cueva son Cuando la relación es ≤10%, el techo de la cueva no está roto y no hay agujeros en el suelo, embudos ni sumideros en el borde de la base tensionada. Los cimientos están ubicados en la superficie de roca dura ligeramente erosionada, el ancho de los cimientos es inferior a 1 m, los agujeros están densamente llenos y no hay área potencial para la erosión hídrica. La relación espesor-luz del túnel es mayor que 1, la integridad de la roca circundante es buena o el túnel es más pequeño que el fondo de los cimientos.
2 Ocasiones en las que se pueden tomar medidas evasivas.
Ante las siguientes situaciones se deben tomar medidas "evasivas":
Zonas kársticas. Se desarrollan fallas y poros, de gran anchura y densidad, y el fondo está conectado con cuevas y ríos subterráneos en la zona de desarrollo de cuevas kársticas y ríos subterráneos, las cuevas kársticas tienen grandes diámetros, techos delgados, fisuras desarrolladas, quebradas; lecho de roca, grandes flujos de ríos subterráneos y falta de relleno en las cuevas. Hay pocos materiales o rellenos; el agua kárstica aparece alternativamente en el flujo superficial y el flujo subterráneo, y el desarrollo kárstico es complejo y los túneles de colapso irregulares están densamente distribuidos, las fugas de agua son graves; , y los colapsos ocurren de vez en cuando; el lecho de roca es ondulado y el flujo de plástico o suelo blando plástico está ampliamente distribuido, áreas con grandes cambios de espesor y áreas de fuerte actividad de agua subterránea donde los costos de tratamiento de cimientos son demasiado altos.
Zona de cuevas.
La capa de suelo es delgada, se desarrollan grietas, las condiciones de infiltración de agua superficial son buenas y el lecho de roca subyacente tiene canales, ríos subterráneos o áreas con superficies de roca negativas en la unión de yemas de roca o masas de roca expuestas y el suelo suprayacente; el macizo rocoso y los canales se desarrollan en áreas donde el agua superficial penetra intensamente; la parte donde dos grupos de planos estructurales del macizo rocoso se cruzan o están ubicados en una amplia zona de fractura debajo del estrato, cuevas profundas ocultas, grietas, zanjas, sumideros, embudos, etc. . , hay una capa de suelo blando distribuida sobre la superficie del lecho rocoso; la precipitación artificial cae en el medio del embudo y en la parte inferior del suelo cerca del cuerpo de agua superficial.
Cuando la resistencia y estabilidad de los cimientos kársticos no pueden cumplir con los requisitos de ingeniería, a menudo se seleccionan métodos de tratamiento de cimientos apropiados en función de las condiciones kársticas específicas, los requisitos de ingeniería y las condiciones de construcción, y de acuerdo con los principios de seguridad. y economía.
3 Métodos comunes de tratamiento de cimientos
3.1 Método de relleno
Este método se puede dividir en método de relleno, método de reemplazo, método de excavación y relleno, método de colchón, etc. .
Este método de llenado es adecuado para cuevas de suelo kárstico expuestas con pequeñas cargas adicionales superiores. El fondo debe rellenarse con escombros y escamas, el medio con grava y la parte superior con tierra u hormigón para mantener la circulación original del agua subterránea y formar una capa filtrante natural.
Después de rellenar la cueva de suelo kárstico, si las propiedades físicas y mecánicas del material de relleno no son buenas, se puede utilizar el método de reemplazo. El relleno del hoyo debe retirarse y reemplazarse con piedras, escombros, arena, hormigón y otros materiales. Este método ha logrado buenos resultados en el tratamiento de los cimientos kársticos de la central eléctrica de Shiheng [1].
Se excavan o explotan cuevas de suelo kárstico poco profundas enterradas para exponer la parte superior. Si hay suelo blando colapsado en la cueva, se debe excavar, luego llenar con piedras, escombros y arena, y luego cubrir y compactar con suelo arcilloso. Este es el método llamado corte y relleno. Este método es adecuado para construcciones ligeras, donde se estima la probabilidad de que se vuelva a excavar la actividad del agua subterránea. Para mejorar la resistencia y la integridad del tapón, se inyecta lechada de cemento al rellenar rocas y rellenos de escamas para cuevas y cuevas de suelo debajo o cerca de los cimientos de proyectos importantes, después de limpiar el suelo blando en la cueva, se introducen barras de acero o chatarra de acero en la cueva Se vierte hormigón en las grietas y se inyecta lechada de cemento en las grietas de la roca circundante para unirlas en un todo y bloquear el agua subterránea.
Para protuberancias kársticas como cuevas, fisuras, trincheras, vaguadas y yemas de piedra. , lo que puede provocar un asentamiento desigual de la base. Una vez eliminadas las protuberancias, el tratamiento con cojín de arena de 30 a 50 cm se denomina método de cojín.
3.2 Métodos de refuerzo
Este método suele incluir lechada, hincado, compactación dinámica, compactación, lechada, etc.
Para cuevas de suelo kárstico con grandes profundidades de enterramiento, se debe utilizar una perforación intensiva y una inyección de lechada como refuerzo. Los materiales deben seleccionarse basándose en el contenido de agua de la cueva y el propósito del tratamiento. Se utiliza para rellenar arcilla, arena, hormigón, mortero de cemento, etc. Se puede usar como antifiltración, lechada de cemento y asfalto como cortina, y la secuencia de inyección puede ser desde la periferia hasta el centro y desde aguas arriba hasta aguas abajo del agua subterránea; Para relleno y refuerzo, los agujeros se deben rellenar primero con materiales de secado rápido o arena y grava, y la presión inicial no debe ser demasiado alta para evitar que una gran cantidad de lodo salga del área de refuerzo. Durante el proceso de tratamiento de cimientos kársticos para el proyecto de expansión de la terminal del aeropuerto Guangzhou Baiyun, Cheng Jianji utilizó el método de silicificación química de doble líquido para fortalecer con éxito las complejas cuevas acuíferas de múltiples capas.
Cuando el techo del túnel es delgado, tiene muchas grietas y la luz del túnel es grande, y la resistencia del techo no es lo suficientemente fuerte para soportar la carga superior, para mantener el agua subterránea sin obstrucciones, se deben colocar soportes adicionales. Se utiliza para reducir la luz del túnel si las condiciones lo permiten, llamado método del pilar. Generalmente, se utilizan bloques de mortero para rellenar y reforzar el techo de la cueva, y se construyen pilares como pilares adicionales. Una estructura ferroviaria en Guizhou pasaba a través de una gran cueva kárstica con un espesor de techo de 2 a 3,2 m en una forma medio excavada y medio rellena. En la cueva se construyeron cuatro pilares de piedra para sostener el techo de la cueva, lo que solucionó el problema. El problema de la estabilidad del tejado.
En zonas kársticas cubiertas, el método de compactación dinámica es un método eficaz que ahorra mano de obra y materiales, es rápido y económico y puede mejorar fundamentalmente la estabilidad de la base kárstica de todo el sitio. Generalmente, el número de apisonamientos es de 1 a 8 veces y el espacio entre los puntos de apisonamiento es de 3 m. Si no hay influencia del agua subterránea, el intervalo entre dos golpes de apisonamiento puede ser ilimitado. Durante el proceso de apisonamiento, si el apisonador se hunde repentinamente, significa que hay un agujero de tierra oculto en la parte inferior, que se puede tratar con el apisonador junto con tierra de relleno o tierra de grava.
Adecuado para la compactación de zonas profundas de suelos blandos en cuevas. Utilice columnas de arena, columnas de cal, pilotes de tierra suelta, pilotes de hormigón o tubos de acero para introducirlos en los orificios para formar una base compuesta para mejorar la estabilidad y resistencia de la base. Este método se ha aplicado al tratamiento de edificios residenciales individuales ordinarios en la ciudad de Liupanshui, provincia de Guizhou, y ha logrado buenos resultados.
3.3 Método de luz
Este método incluye el método de luz de placa, el método de luz de viga y el método de luz de arco.
Las cuevas con grandes profundidades y pequeñas aberturas son incómodas de construir, o las cavernas con grandes aberturas pero que contienen agua pueden taparse con losas de hormigón o losas de hormigón armado, llamadas losas, según la naturaleza del edificio y la Condiciones de tensión de la base. Ley cruzada. Se utiliza una losa de hormigón armado debajo de los cimientos de la columna de una fábrica en Guilin para pasar a través de cuevas subyacentes o cuevas de suelo, y se reservan orificios de lechada alrededor de la boca de cada copa para garantizar un asentamiento uniforme de cada columna. El estribo número 3 del puente Zhangfang en la ciudad de Yichun también utiliza losas de hormigón armado para cruzar el barranco y el efecto del tratamiento es bueno.
Para asentamientos de pequeña escala o agujeros de suelo enterrados profundamente pero aún ubicados dentro de la capa de soporte de los cimientos, se pueden usar vigas de cimentación elásticas o vigas de hormigón armado para pasar a través de los agujeros del suelo o cuerpos de asentamiento. La base kárstica de un teatro en Guizhou está sostenida por una base de muelle de cajón invertido, y luego se erige una viga de base elástica de 20,6 m sobre el cajón, la base del muelle y el lecho de roca para pasar a través de la cueva kárstica, lo cual es muy efectivo [8] .
El tramo de arco es adecuado para cavidades anchas, grandes profundidades, cavidades complejas o cimientos kársticos debajo de los cimientos de proyectos de construcción subterránea, como muros laterales, muros de contención de corte, muros de contención de pies de terraplén, pilares de puentes y estribos. . Los arcos se dividen en arcos de piedra tosca, arcos de hormigón y arcos de hormigón armado.
3.4 Método de cimentación por pilotes
La cimentación por pilotes se puede utilizar en cuevas, grandes embudos de colapso o cuevas multicapa. En lechos rocosos ondulados, cuando el suelo suprayacente es débil, grueso y difícil de eliminar, se deben utilizar pilotes moldeados en el lugar perforados o perforados, pilotes expandidos por explosión y pilotes de soporte o pilotes de fricción de acuerdo con las necesidades del proyecto. deben anclarse al lecho de roca; cuando se utilizan pilotes hincados, las puntas de los pilotes deben anclarse al lecho de roca; cuando se utilizan pilotes excavados manualmente, se deben instalar muros de contención en la mayoría de los casos; La sala de calderas de una fábrica en Hunan utilizó pilotes perforados para tratar eficazmente una cueva kárstica de 12,3 m de profundidad y 4,8 m de ancho. La compleja base kárstica de 24 pisos, de múltiples capas y portadora de agua de un edificio comercial de la plaza central en Guangxi requirió una combinación de lavado y excavación. Resuelve sus problemas de resistencia y estabilidad.