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湘大函授论文:岩溶区勘察方法和整治原则及地

时间:2014-04-13 15:26:00来源:湘大 作者:起航学习网 已有: 名学员访问该课程

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新一年的入学季也意味着我们将要有新一批学员离开学校,走进社会。那么这些学子在毕业前一年否是真的没有什么事情可做,没有什么课程可学了吗?不然,无论成考还是全日制高校,我们需要在毕业前半年准备毕业论文,那么湘大毕业论文如何做呢,如何了解论文的写作方式呢,今天我校给大家分享“岩溶区勘察方法和整治原则及地基处理技术”这个论文,希望考生可以从中得到帮助。

湘大毕业论文(设计)任务书

论文(设计)题目:岩溶区勘察方法和整治原则及地基处理技术

一、主要内容及基本要求

岩溶在我国是一种相当普遍的不良地质现象。岩溶地区的构造十分复杂,工程建设的难道也很大。由于岩溶塌陷日益频繁,岩溶成了主要的地质灾害。

社会发展迅速,大量的建筑物要建在岩溶地区,通过了解岩溶如今的状况、岩溶发育的影响因素和一些发育的规律及产生的不良地质现象,进行地基稳定的评价,研究、分析岩体加以在后续的处理来降低一些地质灾害的发生。

在岩溶地段拟建建筑物,可通过地质勘察的手段和方法在该场地进行地质勘察,查明场地的岩土层的类型、分布和变化规律,分析和评价地基的稳定性、均匀性和承载力。查明不良地质作用的空间特征及分布范围、充填情况和发展趋势,查明稳定持力层的埋藏深度、承载能力及其对基础的危害程度,以便正确判断施工中可能遇到的各种情况,制定并防止地质灾害的施工工艺和处理地质灾害发生后的应急措施。

二、重要研究的问题

1、对岩溶的概念的阐述及岩溶的发育情况和影响

2、岩溶的地质勘察

3、岩溶地基的评价及处理方法

三、进度安排

序号

各阶段完成的内容

完成时间

1

选题

2012.12.29

2

开题

2013.01.15

3

初稿

2013.02.05

4

修改

2013.02.30

5

定稿

2013.03.17

6

 

 

7

 

 

8

 

 

 

四、参考文献

[1]袁道先等1994.中国岩溶学[M],北京:地质出版社

[2]母进伟,雷明堂,梁军林等。岩溶病害和现状.中国岩溶,2005,24(2):89~95

[3]中科院地质所岩溶组.中国岩溶研究.北京:科学出版社,1978年

[4]韩宝平.微观喀斯特作用机理研究.北京:地质出版社,1998年

[5]盛玉环,2004.岩溶塌陷的勘察与防治[J]地质灾害,7(4):72~74

[6]雷明堂,蒋小珍.岩溶塌陷研究现状、发展趋势及其支撑技术方法.中国地质灾害与防治学报,1998,9(3)1~6

[7]光耀华.工程地质趋势面及其应用》勘察科学技术,1993(2):21~26

[8]姜明和.桩基施工中岩溶地质危害的治理.地质与勘察,200(2):19~21

[9] 高大钊,赵春风,徐斌.桩基础的设计与施工技术.北京:机械工业出版社,1999

[10]朱之基.建筑质量检测方法,长沙:湖南大学土木系,1986

[11]徐枚在.桩基检测手册,北京:中国水利水电出版社,1999

[12]源首培.混凝土桩的设计及检测.北京:地震出版社,1990

[13]肖明贵.岩溶地区大直径人工挖孔桩桩端持力层检测.桂林工学院学报,1997,17(1)70~73

[14]《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)(2009年版)

[15]《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)

[16]《地基基础勘察设计规范》(SJG01-2010)

[17]《建筑地基基础设计规范》(DBJ15-31-2003)

 

对岩溶区勘察方法和整治原则及地基处理技术的文献综述

 

一、研究的目的及现实意义

资料表明,全球岩溶地区的面积约占陆地面积的12%,大部分分布在资源丰富、人口稠密的地区。在中国,若按碳酸盐的分布面积可达到3.463x10km;而按碳酸盐出露面积计,有9.07x10km,其中,中国南部云、贵、桂为主,包括川、鄂、湘部分地区的岩溶高原占5.0x10km,北方山西高原及附近省区4.07x10km(袁道先等,1994)。

随着人类社会不断向前发展,城市化的进程逐渐加快,人口向城市高度集中,房屋的居住问题就表现得尤为突出。大量的建筑物要建在岩溶地区。岩溶问题就已成为南方岩溶地区城市建设过程中面临的主要问题。因此,在城市工民建、道路等建设中迫切需要研究一套在岩溶地区行之有效的高精度、高准确度的岩溶勘察方法技术,其探测结果可指导并提出有效的地基处理措施。

本文是对深圳远洋新干线项目工程岩溶的研究,此岩溶研究成果,除对深圳远洋新干线项目工程有直接指导意义和是用价值外,还在许多方面具有普遍意义和推广价值,故具有一定的理论意义和实用价值。

 

二、研究的主要观点和研究方法

“岩溶”或称“喀斯特”,主要指水水对可溶性岩石—碳酸盐类(石灰岩、白云岩等)、碳酸岩(石膏等)和卤化物(岩盐等)的溶蚀作用,并伴有水流浸蚀、冲蚀和重力崩塌等次生作用,形成多种地表、地下奇异的景观与现象组合。因此,“岩溶“可概括为以岩石化学溶解作用为主的地质作用及其结果现象的总体。“喀斯特“一次起源于前南斯拉夫的伊斯特里亚石灰岩高原的地理专名,至今“喀斯特”一词已成为世界通用的专门术语。1966年5月在中国第二次全国岩溶学术会议上将“喀斯特”已“岩溶”作为中国的通用术语。而在中国民间,明代《徐霞客记》中,就把湘、桂、滇、黔地区的地形和自然环境分为“石山”和土山“两大类,”石山“主要是指中国西南部裸露地面的可溶岩(主要是碳酸盐岩)所分布的地区,可理解为各类岩溶地貌分布区,至今各地还习惯沿用。

“岩溶”是地学中的一个分支,其本质是“富钙岩石圈”通过碳、水、钙的物质能量交换而形成“地表和地下多重复合结构”,以及“成土条件极差”两大特点,从而引发一系列特殊的岩溶环境地质问题,如水源漏失、地面塌陷、岩溶渗漏、山体崩塌、滑坡、矿坑突水、地裂等,构成类似于沙漠边缘一样的脆弱生态环境带(区)。因此,世界各国地质与环境科学家已把“岩溶”作为世界性难题给予极大的关注。

本文试图在已有的理论基础上,依托具体的工程项目,对岩溶去勘察,桩基施工、桩基检测做一些探讨。具体来说,本文研究工作将对主要包括如下方面:

(1)本文研究岩溶的勘察方法,结合具体的工程实例,研究岩溶勘察方法及勘察注意事项。

(2)结合有关科研课题和工程项目深入探讨岩溶地区桩基施工方法及各种常遇问题的处理,提出解决具体工程问题的方法。

本文也在充分分析了国内外已有的岩溶勘察技术成功经验、施工处理新技术、桩基施工技术的基础上,采取现场调查、典型实例解剖、现场试验与理论分析相结合的技术路线进行研究。以深圳远洋新干线项目工程岩溶处理问题为依托,根据发生和可能发生的岩溶问题,针对具体情况和调查研究成果,提出适宜的勘察方法和施工处治方法进行实施。

 

三、参考文献

[1]袁道先等1994.中国岩溶学[M],北京:地质出版社

[2]母进伟,雷明堂,梁军林等。岩溶病害和现状.中国岩溶,2005,24(2):89~95

[3]中科院地质所岩溶组.中国岩溶研究.北京:科学出版社,1978年

[4]韩宝平.微观喀斯特作用机理研究.北京:地质出版社,1998年

[5]盛玉环,2004.岩溶塌陷的勘察与防治[J]地质灾害,7(4):72~74

[6]雷明堂,蒋小珍.岩溶塌陷研究现状、发展趋势及其支撑技术方法.中国地质灾害与防治学报,1998,9(3)1~6

[7]光耀华.工程地质趋势面及其应用》勘察科学技术,1993(2):21~26

[8]姜明和.桩基施工中岩溶地质危害的治理.地质与勘察,200(2):19~21

[9] 高大钊,赵春风,徐斌.桩基础的设计与施工技术.北京:机械工业出版社,1999

[10]朱之基.建筑质量检测方法,长沙:湖南大学土木系,1986

[11]徐枚在.桩基检测手册,北京:中国水利水电出版社,1999

[12]源首培.混凝土桩的设计及检测.北京:地震出版社,1990

[13]肖明贵.岩溶地区大直径人工挖孔桩桩端持力层检测.桂林工学院学报,1997,17(1)70~73

[14]《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)(2009年版)

[15]《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)

[16]《地基基础勘察设计规范》(SJG01-2010)

[17]《建筑地基基础设计规范》(DBJ15-31-2003)

 

目录

 

摘要

ABSTRACT

一绪论  1

1.1前言 1

1.2岩溶状况 1

1.2.1岩溶及岩溶发育的影响因素   2

1.2.2岩溶及岩溶发育的基本规律   3

1.2.3岩溶的不良影响 5

二岩溶的勘察及方法  7

2.1概述 7

2.1.1工程地质勘察的目的 7

2.1.2工程地质勘察工作的内容和任务   7

2.2.岩溶勘察    8

2.2.1岩溶勘察方法   8

2.2.2常用的岩溶勘察方法 8

2.2.3岩溶勘察注意问题   10

2.2.4岩溶勘察的要求 10

三岩溶地基的评价及处理方法  14

3.1岩溶地基的评价   14

3.2.岩溶地基处理原则    14

3.3岩溶地基处理方法 15

3.4岩溶区的勘察要点 16

3.5岩溶形态的影响   16

3.6岩溶的整治原则   19

四工程实例  20

4.1勘察基本情况 20

4.1.1工程概括   20

4.1.2勘察技术要求   21

4.1.3勘察等级   22

4.2勘察方法与工作量布置 22

4.2.1勘察方法   22

4.2.2勘察工作布置   22

4.2.3工程地质条件   23

4.3场地的稳定性评价 27

4.4场地水文地质条件 27

4.4.1地下水概况 27

4.4.2孔隙水 28

4.4.3基岩裂隙水 28

4.4.4岩溶水 28

4.5地基基础方案 28

4.5.1浅基础主要力学参数 28

4.5.2桩基参数   29

4.6基础的选型   30

4.6.1浅基础 30

4.6.2桩基础 30

4.7基坑支护 31

4.8结论 31

4.9工程实施效果 32

五总结及展望    33

六、参考文献    34

岩溶区勘察方法和整治原则及地基处理技术

摘要:我国是个岩溶比较发育的地区,随着经济建设的发展,岩溶区的工程建设项目愈来愈多。因此引发的岩溶工程地质问题诸如岩溶地基的稳定性、岩溶渗透、岩溶塌陷等越来越受到人们的关注。因此,全面准确的勘察岩溶区的工程地质条件,应用正确的岩溶处理方法就显得非常重要。目前,虽然国内外有关专家学者在岩溶的发育条件、成因、机制、类型、影响因素、岩溶地形地貌、岩溶塌陷等方面进行了许多研究,且取得了许多成就和成果,但对工程岩溶研究而言则尚较薄弱。随着桩基施工技术研究的不断深入,岩溶区桩基的施工技术及处治方法的研究也日益重要。本文在野外地质勘察的基础上,运用最新的岩溶地质基础理论及岩溶地区勘察方法,进行了对岩溶地区的勘察及提出有效的地基处理措施。

论文在野外现场地质调查和详细分析的基础上,利用机动钻探和各种一系列的工程物探方法,查明了深圳远洋新干线项目工程下伏溶岩洞的空间位置、规模。

最后本文还对岩溶区的桩基进行了检测的探讨,提出对该情况岩溶区的具体要求及基础方案。

 

关键词:岩溶;勘察;桩基检测

 

MethodandregulationprincipleandtechnologyofgroundtreatmentinKarstArea

ABSTRACT:Chinaisarelativelydevelopedkarstareas.Withtheeconomicdevelopment,therearemoreandmoreprojectsofengineeringconstructioninthekarstarea.Thiswouldtriggerthekarstgeologiealissuessuchasthestabilityofkarstfoundation,karstleakage,karsteave,whichisattractingmoreconcernfrompeople.Therefore,acomprehensiveandaccuratesurveyofthekarstareaoftheengineeringgeologicalconditions,theapplicationofthecorrectapproachonthegrounditisveryimportant.Atpresent,althoughtheexpertsandscholarsathomeandabrosdhavemadethemanystudiesandhasachievedmanyaccomplishmentsandachievementsinkarstdevelopmentalconditions,causes,mechanisms,types,impactfactors,karstttopography,karstcavein,butstudyingengineeringkarstisstillrelativelyweak.Withthedevelopmentofconstructiontechniquede,itisalsoimportanttoputmoreenphasisonstudyofconstructiontechniqueds..Inthispaper,onthebasisoffieldgeologicalinvestigation,usingthelatestkarstgeologicaltheoryandexplorationmethodinkarstregion,hascarriedontheinvestigationofkarstregionandeffectivefoundationtreatmentmeasuresareputforward.

Papersinthefield,onthebasisoffieldgeologicalinvestigationanddetailedanalysis,usingthemobiledrillingandvariousseriesofengineeringgeophysicalprospectingmethod,findouttheunderlyingshenzhenoceanShinkansenengineeringlavacavespacepositionandsize.

Finallythisarticlealsodiscusseddetectionofpilefoundationinkarstarea,putforwardtheconcreterequirementsinkarstareaandfoundation

 

KEYWORDS:karst;geological;survey;pile;testing

 

岩溶区勘察方法和整治原则及地基处理技术

一绪论

1.1前言

岩溶(又称喀斯特)是指水对可溶岩石(碳酸盐岩、硫酸盐岩、卤化物盐岩等)进行以化学溶蚀作用为主要特征的综合地质作用,以及由此产生各种现象的总称。

岩溶在我国是一种相当普遍的不良地质现象,长期以来,在岩溶地区的各项工程建设中,场地内的各种岩溶形态,岩溶地下水及其他不良地质作用等都是影响着地基的稳定、工程质量及安全使用的主要因素,也是使用过程中的主要隐患。通常,岩溶地区地质构造十分复杂,各种时代、各种成因的岩溶十分发育,工程建设的难度很大。在经济迅速发展的今天,世界各国对岩溶区资源开发日益加强,由此诱发的岩溶塌陷也日益频繁,成为岩溶区主要环境地质灾害。岩溶塌陷地质灾害的广泛性和危害性,已引发国际社会的普通关注。。

随着经济社会的迅速发展,大量的建筑物要建在岩溶地区。如深圳南联项目地块的岩溶问题:建筑物建在岩溶上的基础问题。

1.2岩溶状况

我国地域辽阔,碳酸盐岩分布十分广泛,从黑龙江到海南岛,从青海台盐湖到东海之滨,已见于23个省区,大部分分布于桂粤、黔、湘、赣、川、滇、鄂等省区。总分不面积达34万平方千米,其中以广西,云南和湖南省为多,约占总面积的33%、26%和27%。其次是华北地台碳酸盐分布区,西部青藏高原岩溶发育微弱。

湖南省属中南地区,正处于亚热带湿气候区,可熔岩主要是上古生界和三叠系的碳酸盐岩,沉积厚度大,且多成连续状,以纯灰岩为主,多形成紧褶皱,地貌形态组合类型较复杂,客观上可分为高原、山地与丘陵平原,可溶盐分布较广,近代岩溶作用较强烈,地表岩溶形态较发育,地下岩溶以岩洞为主,且有管道发育。

1.2.1岩溶及岩溶发育的影响因素

(1)气候因素

气候对喀斯特发育的影响,主要表现在降水量和气温的变化及气候对植被生长的影响上。卡斯特作用主要是通过水对可溶岩石的溶蚀作用实现的,而温度的提高可以加速化学反应效率(温度每增加10℃,化学反应速率约增加1倍)。在温湿气候区,植被生长茂盛,植物根系的活动和微生物对有机物质的分解,可以释放出大量的CO2和生成大量的有机酸,增强了水的溶蚀能力。因此,在位于亚热带南部的广西,由于高温多雨,植被生长繁茂,喀斯特作用强烈,普遍发育成大型的溶蚀洼地、坡立谷、孤峰、峰林和洞穴系统为特征的科斯特地貌;而在中高纬度的干旱和半干旱地区,喀斯特地貌发育较弱。

(2)构造的影响

大地构造和地质构造因素控制岩层的分布,决定地下水的循环和运动特征,影响喀斯特发育。在地台区,岩性稳定,岩相厚度变化不大,碳酸盐类岩层常大片出现,有利于喀斯特均匀发育,常形成大面积的喀斯特地貌。而在地槽区,由于褶皱构造发育,岩性的均一性收到影响,不利喀斯特广泛发育。我国喀斯特主要分布在华南及华北地台区。

在断裂构造发育地区,断层往往形成地下水的良好渠道,所以沿断裂带的喀斯特特别发育,常是控制喀斯特形成和格局的主要因素。一般来说,区域性的大断裂带,宽度和深度都大,延伸很远,特别有利于科斯特的发育。在中小型的断层构造中,正断层属于张性断层,岩体较破碎,断层裂隙较宽大,破碎带内多断层角砾岩,透水性强,有利于喀斯特发育。逆断层属压性断层,在强烈的挤压过程中,破碎带内生成的碎裂岩胶结好,孔隙率低,常呈致密状态,较不利于喀斯特发育。

在褶皱的背斜轴部,张裂隙特别发育,有利于地下水向下渗透,喀斯特发育程度常较其他部位更高,形成一系列沿轴向分布的喀斯特地貌形态。在轴部喀斯特作用较弱,喀斯特地貌以峰林和溶蚀洼地等地表喀斯特形态为主。而在两侧岩层急剧转折的地段,喀斯特作用强烈,常形成狭长的坡立谷和开阔的溶蚀洼地和溶洞。在向斜构造区,地下水富集轴部,沿轴向排水,可形成暗河,因而喀斯特租用强烈。如果向斜轴部有非溶性盖层,则地下水具承压性质,向地表河流的谷底汇聚,缺少垂直循环带及相应的各种垂直喀斯特地貌,往往以岩体孔穴化为其特征。

(3)地层的组合、厚度及产状的影响

地层的不同组合特征构成不同的水文地质断面,同时也控制了喀斯特的空间分布布局。根据地层组合特征,碳酸盐岩地层可粗略地分为,由比较单一的各类碳酸盐岩层所组成的均匀状地层,由碳酸盐岩层与非碳酸盐岩层相见组成的互层状地层,以非碳酸盐类为主,间夹有碳酸盐类岩层的间层状地层。在均匀状地层分布区,喀斯特成片分布,且发育良好;在互层状地层分布区,喀斯特成带状分布;而间层状地层区,喀斯特只零星分布。

在巨厚层及厚层碳酸盐类岩层中,结晶颗粒较大,不溶性粘土等杂质含量少,因此溶解度较大。同时张开的节理裂隙发育,喀斯特化程度较剧烈、而薄层碳酸盐类地层则相反。

岩层产状主要是通过控制地下水的流态,对喀斯特的发育程度及方向构成影响。如水平岩层中喀斯特多水平发展,喀斯特均匀发育,形成单一的喀斯特地貌景观;而直立地层区喀斯特可发育很深;而在倾斜地层中,由于水的运动扩展面大,最有利于喀斯特发育。

1.2.2岩溶及岩溶发育的基本规律

岩溶地质是一种在我国分布广泛,并且危害较大的工程地质情况,在工程建设中经常遇见。岩溶塌陷是指岩溶化岩石上面的盖层向隐伏在其下的早期岩溶洞隙塌陷,并在地表形成塌陷的一种动力地质作用和现象。岩溶塌陷是在洞隙可溶岩、盖层及其中包含的水、气综合体,受各种作用使其平衡遭到破坏时产生的。导致平衡破坏的各种作用可以是自然的、人为活动诱发的,也可以是自然和人为作用的叠加。

岩溶发育具有以下基本规律

(1)在不同成分岩性、组织结构与层厚的岩体中,岩溶发育具有明显的分选性。厚层、质纯、粗粒的石灰岩中,发育强烈,洞体规模大;随组分中杂质(硅铝等)含量增加、层理变薄,结构致密而发育程度较弱,规模渐小。当不同岩性倾斜成层时,岩溶在平面上呈带状分布,与非(弱)可溶岩接触处,岩溶较为发育。

(2)岩体中各类结构面是岩溶发育的温床,各种成因的宽大裂隙是岩溶水流动的集中通道,是岩溶发育的有利场所。地质构造线往往决定了岩溶谁的流动趋向,也控制了岩溶发育的延伸方向,在二组或二组以上裂隙交接处岩溶尤为发育,且个体规模较大。

(3)河流水系是内陆岩溶区灰岩溶水的排泄基准面和归宿。岩溶形态在垂直河谷方向上具有分带性,在很剖面方向上,有河谷向分水岭过渡,岩溶形成具有如下分布规律:在深切河谷,落水洞数量向分水岭方向渐少,深度也较浅;洼地平缓河床则增加;在切割不深的河流近旁,向河排泄的暗流发育规模大且水流集中,向外侧则渐小且分散。

(4)水平状洞穴系统在竖向分布上具成层性。基本一高程水平的洞穴与既定的排水基准面相适应,两者高程相当,水平洞穴是这一基准面岩溶水长期作用的结果。地壳和基准面升降,也可以出现数级水平洞穴,其发育程度与规模、地壳、基准面相对稳定时间有关。两层水平洞系之间一般均有垂直通道相连。

(5)岩溶发育程度与规模总的规律有向深处减弱、渐小的趋势。

(6)岩溶水运动,有集中的管状流和分散的网状等形式,其动态具明显的季节变化,雨季时,在山麓地段或正常通道受阻处,可产生较大的动水压力。土洞和溶洞是岩溶作用的两个方面,因此它的分布同样受到决定岩溶发育的岩性、岩溶水、地质构造等因素的控制。土洞发育区必然是岩溶发育区,例如粤北某矿地表塌陷发布与岩溶发育区极为吻合,见表1-1

 

表1-1岩溶发育与塌陷分布关系

岩溶分布线岩溶率K(%)地表塌陷数%

极强烈岩溶区>1571

强烈岩溶区10~1514.5

中等岩溶区5~1014.5

弱岩溶区<50

土洞或塌陷下的基岩中必有岩溶水通道,但这一通道不一定是巨大的裂隙或岩溶空间,尤其是地表水形成的土洞更是如此,据云南个旧地区对塌陷开挖揭露,连接洞底的往往是一些上大下小的裂隙;桂林地区某工程由地下水形成的土洞多分布于溶沟的两侧、落水洞、石芽壁的上口等部位。

岩溶塌陷是广东、广西、江西、湖南、辽宁等五省区的主要塌陷类型,造成塌陷的主要原因是人为因素。在调查的632处岩溶塌陷中,自然塌陷192处,占总数的30.4%,成因不明的8处,占1.2%,人为因素诱发的432处,占68.4%,其中因矿坑排水诱发的157处,占24.8%,生活用抽水诱发的187处,占29.6%。湖南省统计资料显示,人为因素诱发的岩溶塌陷占86.6%,塌坑占总数的99.8%。广西人为诱发岩溶塌陷也占总数的77.24%。总而言之,凡是矿区大强度排水或过量抽汲岩溶地下水的地区,都是岩溶地面塌陷发育强烈及损失惨重的地区,其特点是诱发岩溶塌陷的突发性、广布性,塌坑大小形状不一,小者不足1㎡,大者达数百㎡,且发育具有持续性和重复性,发育时间和分布范围也较集中。因此造成的危害也大。

1.2.3岩溶的不良影响

在岩溶发育地区最常见的地质灾害便是岩溶塌陷。其表现形式主要表现在毁坏城镇设施,导致道路和建筑物破坏、通讯中断、农田毁坏、水库渗透、大量水溃入矿坑或隧道,以及使一些供水水源受到不同程度的污染,严重时造成人员伤死。据不完全统计,每年因岩溶塌陷造成的直接经济损失在1.2亿元以上。

岩溶对工程的影响有以下几个方面

(1)岩溶岩面起伏,导致其上覆土质地基压缩形态不均。在水平方向上相距很近(如1-2m)的二点上,土层厚度相差可达4-6m,,以至十余米。在土层较厚的溶槽(沟)底部,往往又有较弱土存在,更加剧了地基的不均性。

(2)岩溶洞穴顶板变形造成地基失稳,尤其是一些浅埋、扁平状、跨度大的胴体,其顶板岩体受数组结构面切割,在自然或人为作用下,有可能坍塌陷落造成地基的局部破坏。

(3)岩溶水的动态变化给施工和建筑物是用造成不良影响。雨季深部岩溶水通道连接地表的垂向通道(漏斗落水洞等)向地面通泄;由于各种原因,使岩溶垂直通道堵塞而丧失消泄地面水流的功能,都可造成场地暂时性淹没。以分布不均为特征的岩溶水依存于裂隙洞穴体系而存在,常无统一水面,旱季时,在某一深度的岩体可能呈干燥状态,雨季可突发涌水,水位和水量骤变,如补给源位置较高,管状裂隙水流在巨大的动水压力下可冲毁建筑物地坪及地下室底板。

在岩溶发育地区建设重要的工程,由于对上部建筑物(构筑物)或桥梁的承载力要求较高,采用一般的填堵或强夯等简单的方法往往只能消除浅部的土洞,对承载力的提高幅度不大。因此需寻求有效的基础施工方法(包括嵌岩桩),以满足建筑设施对承载力的要求。

二岩溶的勘察及方法

2.1概述

截至目前,人类社会的一切建筑工程活动都是在地壳上一定的地质环境中进行的,因此,各类建筑工程都离不开岩土,它们或以岩土为基本的工程材料,或与岩土介质接触并相互作用。充分认识和了解与工程相关的岩土体、研究和掌握改部分岩土体的工程属性,是安全合理地进行工程设计和施工的重要前提。

2.1.1工程地质勘察的目的

工程地质勘察的目的是通过调查、测绘,并借助各种勘察手段和方法,查明场地的地形地貌情况、地质构造情况、岩土体的空间分布状态及不良地质现象;研究、分析岩土体的强度、变形特性;查明、研究并分析场地及与场地安全性相关的邻近区域的水文地质条件;评价建筑工程场地的适宜性和稳定性,提供建筑工程设计与施工所需的一切工程地质资料。

2.1.2工程地质勘察工作的内容和任务

工程地质勘察工作的主要内容和工作任务可具体归结如下:

(1)调查和测绘建筑场地的地形地貌,查明场地的地形地貌特征、地貌成因类型,确定并划分场地地貌单元。

(2)查明建筑场地中岩土体的空间分布状况,鉴别岩石跟土层的类别,确定其成因类型。对岩层尚应查明其风化程度和地层接触关系。

(3)调查和确定场地的地质构造情况(包括:岩层产状,褶曲类型;裂隙的性质、产状、数量及填充胶结情况;断层的位置、类型、产状、要素,破碎带宽度及填充情况);调查分析新构造运动活动情况及其拟建工程项目的影响。

(4)进行现场及室内的岩石及土的工程特征试验,测定岩石和土的物理和力学性质指标。对于膨胀土、湿陷性黄土、红粘土、软土、盐渍土、多年冻土等特殊性土,还需进行与之相关的某些现场或室内的特殊性工程特征试验,以确定其特殊性指标。

(5)在地质条件较复杂的地区,必须查明场地范围内及附近影响区域内的不良地质现象(滑坡、崩塌、泥石流、岩溶土洞、采空区、地震灾害、洪水灾害及风灾等),判断其对场地和拟建工程的影响和危害程度。

(6)查明场地的地下水类型、埋置深度、动态,如有必要时还需测定地下水的流向、流量及其补给情况,采集水样进行化学成分分析,以判断其腐蚀性。

(7)对于有地震设防的区域,还应进行地震危险性分析或地震小区划工作。对可能发生震动液化的场地和地基,应判别和确定液化等级、液化深度,并提出相应的处理措施;对可能发生震陷的场地和地基,应判断震陷情况并提出相应的处理措施;对缺乏历史资料或建筑经验的地区以及单个高层或高耸建筑物,必要时应确定地面峰值加速度、场地卓越周期等参数;对需要采用时程分析法进行补充计算的建筑,尚应根据设计要求提供土的动力参数和场地覆盖层厚度。

2.2.岩溶勘察

2.2.1岩溶勘察方法

不同地质时代的可溶性岩层,在漫长的地质作用下形成的岩溶状态千差万别,错综复杂,如岩洞、洞沟、洞槽、地下暗河等。由于岩溶在空间上发育的不均一性,造成岩溶地区的地质情况非常复杂,因此在进行岩溶勘察时,仅靠传统的地质方法(如槽探、坑探)难以得到满意结果。因为对岩溶认识不足,勘察方法不对路,工程处理不当,在一些城市(如济南、广州、南海等)发生了工程失误想想,造成了极大的损失,因此了解岩溶地区的地质状况,查清地下岩溶的分布情况,为工程提供可靠的地质资料至关重要。由此可见,岩溶地区工程地质勘察有着十分重要的作用,而合理的勘察方法也就成为人们所关注的问题。

2.2.2常用的岩溶勘察方法

本文通过广泛收集工程资料和前人的研究资料,对此进行了整理和分析,总结出适用于岩溶地区工程地质勘察的方法。

(1)工程钻探

工程钻探一直是地质调查中最常用的方法,但所花费的时间较多。该种方法不仅可以明确所钻钻孔的位置及附近的地层情况(岩土性质\厚度、地下水位等),还可以进行钻孔的原位测试和利用钻取的岩芯做室内测试,以便获得更多、更准确的地质信息。钻探工作的目的是要了解一定深度范围内的岩溶发育情况,尤其当地表无岩溶现场或有覆盖层时,要在地质调查和物探成果的基础上,结合《岩土工程勘察规范》及工程要求去指导钻孔布置。

(2)静力触探

静力触探手段在工程地质勘查中主要用来确定软土、粘性土和砂类土的承载力。在覆盖型岩溶工程地质勘察中,静力触探手段主要是查明第四系覆盖层中有无隐蔽土洞存在,土洞的规模及埋藏位置,输送裂隙带的分布及其范围等,其方法:在依据钻探物探资料进行初步稳定性分区的基础上,有针对性地布置静力触探孔,结合具体情况,解释静力触探PS~h(PS贯入阻力,h探测深度),以是否出现异常值来推测有无土洞或裂隙带。

覆盖型岩溶工程地质勘察,在钻探、物探手段受到技术、经济以及场地的限制,无法满足要求时,为了探明覆盖层中潜蚀作用的分布范围和强度,可以采用精力触探方法。根据不同勘察设计阶段、不同工程性质及地层条件,在综合勘探中合理使用静力触探手段可以提高勘测质量、缩短勘测周期。通过静力触探与地址雷达相结合的方法来探明土层总隐伏土洞与扰动土层的效果显著。

(3)地质测绘

地质测绘包括地表测绘及洞穴调查

地表测绘的基本要求是在搞清各种有关地质要素的基础上,查明场区岩溶现象分布与地下水的分布及运动情况。还要结合地质构造、地貌条件初步查明岩溶地下水系的位置及补给排泄情况。

洞穴调查的任务主要包括以下两个方面:一是查明洞穴的形态特征及其地质构造的关系,特别是顶板高度及结构面产状的测量;二是弄清地下水系的来龙去脉。

(4)地球物理勘探

地球物理勘探是利用物体的不同物理特性来分别物体的,根据不同的物体特性有不同的物探方法。对于岩溶病害探测常常采用:高密度电阻率法、自然电位法、视电阻率、探地雷达。

(5)遥感技术的应用

遥感技术是根据电磁辐射的理论,应用现代技术中的各种探测器,对远距离目标辐射来的电磁波信息进行接收,传送到地面接收站加工处理成遥感资料来探测识别目标物的整个过程。

2.2.3岩溶勘察注意问题

(1)在开工前编写好勘察纲要,勘察纲要内容要完整,对勘察目的和要求要具体,设计要详细,施工方案要合理。勘察工期安排要合理,不能太仓促,不能由于业主不太清楚勘察是由众多工序组成就一味迁就。勘察纲要要经过审核审定后才能施工,在施工中要严格按照勘察纲要的指导施工,不能开工后就将勘察纲要置之不理。

(2)在野外施工中,严格把好质量关。为了保证野外第一手资料的准确性,我们在施工前,专门对各施工机长进行岗前质量、技能及安全培训。在开工前,检查每台钻机的材料是否齐全,不齐全的决不允许开工。对样品要及时钻取,不能事后补样,严格按照要求封样,并及时送到实验室,以保证土、岩的各项物理力学指标的准确性。每个钻孔都需要量岩面和终孔深度,并做好记录。

(3)准确揭露岩溶形态的分布、形态和规模。由于场地溶洞发育,且局部岩面起伏较大,为了准确掌握第一手资料,我们现场安排了工程师,项目负责人有针对性地参与了一台钻机的工作。严格按有关规定知道钻机施工,对取样编录、原位测试过程严格要求,现场技术人员手要勤,眼要快,对地层变化观察要仔细,尤其是有软土和溶洞的情况的钻孔。

(4)严格控制室内资料的整理,勘察报告除了要符合国家规定的深度要求外,还要严格惯惯切执行国家强制性条文的规定。有的放矢地提出恰当的见解,而不是泛泛而谈,所提参数要准确,不能以保守值为好,保证工程勘察的质量,正确反映工程地质条件,并由院总工审核勘察成果。

2.2.4岩溶勘察的要求

拟建工程场地或其附近存在对工程安全有影响的岩溶时,应进行岩溶勘察。岩溶勘察宜采用工程地质测绘和调查、物探、钻探等多种手段结合的方法进行,并应符合下列要求:

(1)可行性是勘察查明岩溶、洞隙的发育条件,并对其危害性程度和发展趋势作出判断,对场地的稳定性和工程建设的适宜性作出初步的评价;

(2)初步勘察应查明岩溶洞隙及其伴生土洞、塌陷分布、发育程度和发育规律,并按场地的稳定性和适宜性进行区分;

(3)详细勘察应查明场地拟建工程范围及影响地段的各种岩溶洞隙和土洞的位置、规模、埋深,岩溶堆填物性状和地下水特征,对地基基础的设计和岩溶的治理提出建议;

(4)施工勘察应针对某一地段或尚待查明的专门问题进行补充勘察。当采用大直径嵌岩桩时,尚应进行专门的桩基勘察。

在土洞、塌陷地段,可在已开挖的基槽内布置触探或钎探。对重要或载荷较大的工程,可在槽底采用小口径钻探,进行检测。对大直径嵌岩桩,勘探点应逐桩布置,勘察深度应不小于底面以下桩径的3倍并不小于5m,当相邻桩底的基岩面起伏较大时应适当加深。

岩溶场地的工程地质测绘和调查,除应遵守工程地质勘察的规范外,尚应调查下列内容;

(1)岩溶洞隙的分布、形态和发育规模;

(2)岩面起伏、形状和覆盖层厚度;

(3)地下水赋存条件、水位变化和运动规律;

(4)岩溶发育与地貌、构造、岩性、地下水的关系;

(5)土洞和塌陷的分布、形态和发育规律;

(6)土洞和塌陷的成因及发展趋势;

(7)当地治理岩溶、土洞和塌陷的经验。

可行性探讨和初步勘察宜采用工程地质测绘和综合物探为主,勘探点的间距不应大于规范规定,岩溶发育地段应予加密。测绘和勘探发现异常地段,应选择有代表性的部位布置验证性钻孔。控制性勘探孔的深度应穿过表层岩溶发育带。

详细勘察的勘察工作应符合下列规定;

(1)勘探线应沿建筑物轴线布置,勘探点间距不应大于规范规定,条件复杂时每个独立基础应布置勘探点;

(2)勘探孔深度除满足规范规定外,当基础底面下的土层厚度不符合规范规定时,应有部分或全部勘探孔钻入基岩;

(3)当预定深度内有洞体存在,且可能影响地基稳定时,应钻入洞底基岩面下不少于2m,必要时应圈定洞体范围;

(4)对一柱一桩的基础,宜逐桩布置勘探孔;

(5)在土洞和塌陷发育地段,可采用精力触探、轻型动力触探、小口径钻探等手段,详细查明分布;

(6)当需要查明断层、岩组分界、洞隙和土洞形态、塌陷等情况时,应布置适当的探槽或探井;

(7)物探应根据物性条件采用有效方法,对异常点应采用钻探验证,当发现或可能存在危害工程的胴体时,应加密勘探点;

(8)凡人员可以进入的洞体,均应入洞勘察,人员不能进入的洞体,宜采用井下电视等手段探测。

施工勘察工作量应根据岩溶地基设计和施工要求布置。在土洞、塌陷地段,可在已开挖的基槽内布置触探或钎探,进行检测。对大直径嵌岩桩,勘探点应逐桩布置,勘探深度应不小于底面以下桩径的3倍并不小于5m,,当相邻桩底的基岩面起伏较大时应适当加深。

岩溶发育地区的下列部位宜查明土洞和土洞群的位置;

(1)土层较薄、土中裂隙及其下岩体洞隙发育部位;

(2)岩面张开裂隙发育,石芽或外漏的岩体与土体交接部位;

(3)两组构造裂隙交汇处和宽大裂隙带;

(4)隐伏溶沟、溶槽、漏斗等,其上有软弱土分布的负岩面地段;

(5)地下水强烈活动于岩土交界面的地段和大幅度人工降水地段;

(6)低洼地段和地表水体近旁。

岩溶勘察的测试和观测宜符合下列要求:

(1)当追查隐伏洞隙时,可进行连通试验;

(2)评价洞隙稳定时,可采取洞体顶板岩样和充填物土样作物理力学性质试验,必要时可进行现场底板岩体的载荷试验;

(3)当需要查明土的性状和土洞形成的关系时,可进行湿化、胀缩、可溶性和剪切试验;

(4)当需查明地下水动力条件、潜蚀作用时,地表水与地下水联系,预测土洞和绕线的发生、发展时,可进行流速、流向测定和水位、水质的长期观测。

当场地存在下列情况之一时,可判定为未经处理不宜作为地基的不离地段:

(1)浅层洞体或溶洞群,洞径大,且不稳定地段;

(2)埋藏的漏斗、槽谷等,并覆盖有软弱土体的地段;

(3)土洞或塌陷成群发育地段;

(4)岩溶水排泄不畅,可能暂时淹没的地段。

当地基属于下列条件之一时,对二级和三级工程可不考虑岩溶稳定性的不利影响;

(1)基础底面以下图层厚度大于独立基础宽度的3倍或条形基础宽度的6倍,且不具备形成土洞或其他地面变形的条件;

(2)基础底面与洞体顶板间岩土厚度虽小于规定,但符合下列条件之一时

1)洞隙或岩溶漏斗被密实的沉积物填满且无被水冲蚀的可能;

2)洞体为基本质量等级Ⅰ级或Ⅱ级岩体,顶板岩石厚度大于或等于洞跨;

3)洞体较小,基础底面大于洞的平面尺寸,并由足够的支撑长度;

4)宽度或直径小于1.0m的竖向洞隙、落水洞近旁地段。

不符合规定条件时,应进行洞体地基稳定性分析,并符合下列规定:

(1)顶板不稳定,但洞内为密实堆积物充填且无流水活动时,可认为堆填物受力,按不均匀地基进行评价;

(2)当能取得计算参数时,可将洞体顶板视为结构自承重体系进行力学分析;

(3)有经验的地区,可按类比法进行稳定性评价;

(4)在基础旁有洞隙和临空面时,应验算向临空面倾覆或沿裂隙面滑移的可能;

(5)当地基为石膏、岩盐等易溶盐时,应考虑溶蚀继续作用的不利影响;

(6)对不稳定的岩溶洞隙可建议采用地基处理或桩基础。

岩溶勘察报告除符合一般工程勘察报告的规定外,尚应包括下列内容:

(1)岩溶发育的地质背景和形成条件;

(2)洞隙、土洞、塌陷的形态、平面位置和顶板标高;

(3)岩溶稳定性分析;

(4)岩溶治理和检测的建议。

三岩溶地基的评价及处理方法

3.1岩溶地基的评价

岩溶不良地质构成的岩溶地基常常引起地基承载力不足、不均匀沉降、地基滑动和塌陷等地基变形破坏。随着越来越多的工程兴建在岩溶地区,岩溶地基问题就成为工程建设中的突出问题,加强岩溶地基稳定性分析和评价,采用合理、经济的地基处理措施,有着重大的技术价值和经济意义。

岩溶地基分析评价过程的一般步骤为:实际洞体---几何模型---力学模型---数学模型---计算方法---结论。其核心内容是力学模型、数学模型机计算方法的探讨。近年来在改领域内取得了较大的进展,对岩溶空洞地基稳定性的分析评价经历了从定性---半定量---定量的过程。

定性评价法适用于初勘阶段选择场地及一般工程地基稳定性分析很评价中,对比表中所列影响洞体的诸多因素进行综合分析并作出评价。

 

洞隙稳定性定性评价

影响因素

对稳定有利

对稳定性不利

岩性及层厚

厚层块状、强度高的岩石

泥质岩、白云质灰岩,薄层状有互层且岩性软化

裂隙状况

无断裂,类似不发育或胶结好

有断层通过,裂隙发育,岩体被两组以上裂隙切割,

裂隙张开,岩体呈干砌状

岩体产状

走向与洞轴正交或斜交,倾角平缓

走向与洞轴平行,陡倾角

洞穴形态与埋藏条件

洞体小(与基础尺寸想比),呈竖立延伸井状,单体分布,埋藏深,覆土厚

洞泾大,扁平状,复体相连,埋藏浅,在基底附近

顶板情况

底板岩层厚度与洞泾值大,顶板成板状或拱状,可见钙质沉积

顶板岩层厚度与洞泾比值小,有悬挂岩体,被裂隙切割且未胶结

充填情况

为密实沉积物填满且无水冲蚀的可能

未充填或办充填,水流冲蚀填物,洞中见有近期塌落物

地下水

有水流或间歇性水流,流速大

 

3.2.岩溶地基处理原则

地基评价不能满足稳定性要求时,需要对地基进行适当的处理。一般对地基稳定有影响的岩溶洞隙,应根据其位置、大小、埋深、围岩稳定性和水文地质条件综合分析、因地制宜地采用下列处理措施:

(1)对洞口较小的洞隙,宜采用镶补、嵌塞与跨盖等方法处理;

(2)对洞口较大的洞隙,宜采用梁、板与拱等结构跨越。跨越结构应有可靠的支承面。梁式结构在岩石上支承长度应大于梁高1.5倍,也可采用浆砌块石等堵塞措施;

(3)对于围岩不稳定、风化裂隙破碎的岩体,可采用灌浆加固和清爆填塞等措施;

(4)对规模较大的间隙,可采用洞底支撑或调整柱距等方法处理。

一般对地基稳定有影响的土洞,杜绝地表水渗入土层,使土洞停止发育和发展,当地质条件许可时,尽量对地下水采取截流、改道等,以防止土洞继续发展。当土洞埋深较浅时,采用挖填和梁板跨越;对直径较小的深埋土洞,可不处理,仅在洞顶上部采用梁板跨越即可;对直径较大的深埋土洞,可采用顶部钻孔灌砂货灌碎石混凝土,以充填空间。当对地下水不能采取截流、改道等方式以阻止土洞发育时,一般可采用桩基等措施。

3.3岩溶地基处理方法

(1)不处理

属于下列情况的,岩溶地基可不加处理:①岩溶在基础影响范围以外;②岩溶处于地基压缩层深度以下或垂直附加应力与洞顶地层自重应力之比小于或等于10%,洞顶板无破碎现象,受力地基边缘无土洞、漏斗、落水洞地段;③基础位于微风化硬质岩表面且宽度小于1m的竖向洞隙旁,洞隙被填充密实且无被水冲蚀可能的地段;④洞体后跨比大于1,围岩完整性好或洞体深于基础底面的情况。

(2)绕避

当遇到以下情况时,宜采用“绕避”措施。

1)岩溶区:①断裂、孔隙发育,宽度和密度较大,其底与溶洞、暗河想通的地段;②溶洞、暗河发育地区,溶洞的洞泾大、顶板薄、裂隙发育、基岩破碎,暗河水流较大且洞内无或少填充物的地段;③岩溶水以表流和暗流交替出现,岩溶发育复杂无规律;④落水洞分布较密且漏水严重,塌陷时常发生的地段;⑤基岩起伏、流塑或可塑软土分布广且厚度变化大、地下水活动强烈地段;⑥地基处理费用太高的地段。

2)土洞区:①土层薄,裂隙发育且地表水入渗条件好,其下伏基岩有通道、暗河或呈负岩面的地段;②石芽或出露岩体与上覆土体交接处,岩体裂隙、通道发育为地表水集中入渗的地段;③地层下岩体两组结构面交汇或处于宽大裂隙带上的地段;④隐伏深大岩洞、隙、沟、槽、漏斗等,其临近基岩面以上有软弱土层分布地段;⑤人工降水降落漏斗的中心地段及地面低洼、地面水体近旁的地段。

当岩溶地基的强度和稳定性不满足工程要求,根据岩溶具体情况、工程要求、施工条件,按照安全性与经济性原则选择适当的地基处理方法。

3.4岩溶区的勘察要点

为减少和防治桩基础施工过程中诱发岩溶地质灾害,必须在桩基设计和施工前制定周密的勘察方案,提供详尽的勘察结果,重点查明场地的地层结构及分布特征,岩土的物理力学性质和水理性质,含水层的含水、富水特征,含各水层的地下水类型及流向、各含水层的水力联系规律,含水层的渗透性、隔水层的隔水特征等水文地质条件。查明土洞、溶洞空间特征及分布规律、连通程度、充填情况;土洞、溶洞的埋藏条件,基岩裂隙、溶蚀缝隙发育程度及岩溶发育程度与发育规律,查明稳定持力层的埋藏深度、承载能力,以便正确判断施工中可能遇到的各种情况,制定防止地质灾害的施工工艺和处理地质灾害发生后的应急措施。

3.5岩溶形态的影响

溶洞的几何尺寸是决定溶洞顶板稳定性的内在因素,它是岩体的固体特征。并且溶洞形态的确定要靠勘察和推断,具有很大的不可预见性。对于建筑基础和载荷这些外在因素来说,是很容易被人所认识,并应用,因具有很重要的工程意义。

桩基对溶洞顶板稳定性的影响主要是桩基的尺寸,即桩径的大小。下面通过分析通过抗冲切验算、抗剪验算很抗弯验算来研究桩径变化对岩溶形态的影响。在这里认为所有的参与计算的桩都在承载力范围内。

 

图3-1~图3-3分别是按抗冲切、抗剪和抗弯验算所得的不同桩径下溶洞顶板最小安全厚度。通过图我们可以看出均匀不规则曲线,即溶洞顶板安全厚度随桩径增加而减小。综合来说,上部桩基的桩径越大,溶洞所需的顶板厚度越小,但是减幅很小。由此可见,桩径对溶洞顶板稳定性来说并不是非常敏感,它的影响不是很大。

载荷的作用对溶洞的影响是很大的

 

载荷对溶洞稳定性影响可以从两个方面来说,一方面是载荷的大小,另一方面是载荷的作用形式,即静态加载或动态加载。

载荷对溶洞的影响是显而易见的,无论是那种验算,随着载荷的增大,溶洞顶板的安全厚度都是增大的。而且是呈线性关系。

3.6岩溶的整治原则

根据岩溶失稳的主要机理,确定了岩溶整治原则如下:

(1)岩溶地段的工程,必须做好排水,对既有排水设施进行完善补强,防止集中径流渗透引起坍陷。

(2)对范围较大,发育较浅的少数无填充的溶洞,采取揭盖回填碎石,用150号砼表面封闭的的措施进行。

(3)岩溶形态密集地段,由于存在较多的松散填充物,部分溶洞甚至为空洞或半填充状态,为封闭表水的渗透通道,改变水的渗透条件,同时为加固松散填充物和溶洞破碎带,采用注浆整治。

 

四工程实例

4.1勘察基本情况

4.1.1工程概括

深圳远洋新干线项目工程位于原南联学校旧址,地铁3号线龙城广场站至南联站区间南侧,东临植物园路,西临向银路,南临鹏达路,北临深惠路,占地面积约为7650m2。本期为一期的详勘项目,高层住宅楼3栋,建筑层高32F,建筑高度约100m,设1层地下室。其余幼儿园、商业及裙楼若干,层高约3F。住宅为部分框支-剪力墙结构,其余为框架结构。

 

图4-1深圳远洋新干线工程地质平面图

本次勘察钻孔定位,采用深圳市直角坐标系及搜集拟建建筑物场地的地形平面图,根据《岩土工程勘察规范》要求在采用全站仪测量定位,其高程为黄海高程。

外业工作于2011年12月31日开始,采用6台XY-1型工程钻机

进场施工。由于地质条件复杂,岩溶发育,于2012年1月22日完成外业工作,内业工作于2012年02月13日完成。

4.1.2勘察技术要求

本次勘察的技术要求按《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001(2009版))进行,主要内容如下:

1.查明建筑范围内岩土层的类型、深度、分布、工程特性和变化规律,分析和评价地基的稳定性、均匀性和承载力。

3.查明不良地质作用的类型、成因、分布范围、发展趋势,特殊性岩土的分布及其对基础的危害程度,并提出防治措施的建议。。

5.查明地下水埋藏条件,提供地下水水位及其变化幅度。

6.查明水文地质条件,评价地下水对桩基设计和施工的影响,判定水和土对建筑材料的腐蚀性。

7.根据建筑物和场地地质情况,对可供采用的地基基础设计方案进行论证分析。如遇岩溶,应充分考虑岩溶裂隙、溶蚀、溶洞、土洞等发育条件、发育程度,对基础选型进行论证。

8.当采用基岩作为桩的持力层时,应查明基岩的岩性、构造、岩面变化、风化程度,确定其坚硬程度、完整程度和基本质量等级,判定有无洞穴、临空面、破碎岩体或软弱岩层。

9.持力层为倾斜地层,基岩面凹凸不平或岩土中有洞穴时,应评价桩的稳定性并提出处理措施的建议。

10.提供桩基设计所需的岩土技术参数,并分别给出预制桩、沉管灌注桩及钻(冲)孔桩的桩侧阻力及桩端端阻力承载力特征值,入岩桩的桩端岩石天然湿度单轴抗压强度标准值,并提出桩型、桩长、桩径方案的建议,单桩承载力的计算及沉桩可能性分析和建议。

11.对深基坑开挖(有地下室部分)应提供稳定计算和支护设计所需的岩土技术参数(包括回填土的C,φ值),并论证和评价基坑开挖、降水对建筑物本身及邻近建筑物的影响。

12.岩溶发育场地应辅以各种有效的地球物理勘探手段,以查明拟建场地范围的各种岩溶洞隙和土洞的位置,规模,埋深,岩溶堆填物性状和地下水特征。

13.如基岩埋置很深且有溶洞发育,本工程有可能采用复合基础,勘察报告中需对该基础方案作出论证和分析,在勘探深度范围内的每一土层,均应取样测试并进行标准贯入试验,提供设计所需参数及持力层的地基承载力特征值,进行承载力、沉降的分析和验算。

4.1.3勘察等级

按《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)(2009年版)划分标准,本场地工程重要性等级为一级工程,场地的复杂程度为一级场地(复杂场地),地基的复杂程度为一级地基(复杂地基)。

综上所述,该工程的岩土工程勘察等级为甲级。

4.2勘察方法与工作量布置

4.2.1勘察方法

采用地质调查、钻探、原位测试、室内试验分析等综合勘探方法。本次勘察原位测试方法主要采用标准贯入试验;粘性土采用厚壁取土器取样;砂类土取扰动样;岩样采集利用钻探岩芯样。

4.2.2勘察工作布置

本次详细勘察项目共布置钻孔58个,编号XK1~XK58.

钻孔深度要求:钻孔深度不得小于15m;

高层住宅范围内可岩溶地段勘探孔应入桩尖以下完成基岩5~10m,一般可以按进入基岩8~10m考虑(即考虑基岩嵌岩2~3m),同时满足到达预计桩尖以下3~5d,但最大孔深一般不超过50m,如遇串珠状溶洞,应揭穿溶洞底板:对可能有多种桩长方案时,应按最长桩方案考虑。勘探孔布置根据设计要求、地质条件的复杂程度及勘察规范要求来确定,并根据现场的实际情况合理布置。一般采用两次勘察的原则,岩溶发育时增加钻孔。

4.2.3工程地质条件

一、地形地貌

深圳远洋新干线项目位于原南联学校旧址,地铁3号线龙城广场站至南联站区间南侧,东临植物园路,西临向银路,南临鹏达路,北临深惠路,拟建场地区属原始地貌为龙岗河河流阶地,局部为剥蚀残丘地貌,场地整体上地势较平坦。

二、地层岩性

根据地表调查及钻探揭露,将该场地地层由上至下分述如下:

(1)第四系全新统(Q4ml)

①-1人工填土层(Q4ml)(①为地层编号,下同):杂色。松散~稍密状态,稍湿,主要为旧房拆除而成的砼块、砖块等建筑垃圾,含量约50~90%不等,质地混杂,由砂土、粘性土充填,局部有块径超过1m的混凝土基础,均匀性极差.基坑开挖后该层主要分布在拟建幼儿园区域,所含碎块石对采用复合地基或地基处理不利。

①-2素填土:灰褐、褐色,稍湿,松散状态,主要以粘土、粉质粘土为主,多为基坑坑底土层受扰动形成。成份较单一,松散状态,主要以粉质粘土为主,主要由坑底土层开挖受扰动形成,工程性质较差

(2)第四系冲洪积层(Qal+pl)

②-1粘土:褐红、褐黄色为主,多数可见红、黄、白花斑色。湿,可塑状态,切面稍有光滑,干强度高,韧性高。

②-2含粘性土砂:褐黄、灰黄色。松散~稍密状态,以粉细砂为主,含10~20%粘性土,底部夹少量中砂。

②-3中砂:褐灰、褐黄、蓝灰等色。饱和,松散~稍密状态,成份以石英、长石为主,粘粒含量约为15%,颗粒级配一般,分选性一般。②-4砾砂:灰、灰白、黄褐色。饱和,稍密状态为主,局部为中密状态,卵砾含量约25%,粒径约为1~4cm。颗粒级配良好,分选性一般。

(3)溶槽堆积物(Q)

③-2含砾粉质粘土:褐黄、黄白色。软塑状态为主,少量为可塑状态。主要为粉质粘土,含圆砾、角砾、卵石或碎石,含量一般为25%左右,粒径2~6cm,局部较富集。普遍含有白色絮状透闪石矿物,局部受地下水作用发育有空洞。该层主要分布在场地西北侧。

③-2-1含砾粉质粘土:褐红、褐黄、灰褐、黑褐等色。可塑~硬塑状态。主要为粉质粘土夹圆砾或碎石,局部可见强风化炭质泥岩碎块,易污手;部份夹有强风化泥页岩,可夹中风化泥质粉砂岩碎块石。硬杂质含量一般为35%左右,粒径2~6cm,局部较富集。

③-3中砂:灰褐、黄褐色。饱和,松散~稍密状态,成份以石英、长石为主,粘粒含量约为15%,颗粒级配一般,分选性一般。

(4)石炭系下统测水组(C1c)及石磴子组(C1s)地层

本次揭露场地下伏基岩为石炭系下统测水组泥质粉砂岩及石磴子组大理岩。测水组泥质粉砂岩仅揭露有强风化带,石磴子组大理岩揭露微风化带。

1泥质粉砂岩(C1c)

⑥-2强风化泥质粉砂岩:黄褐、蓝灰、灰褐色,岩芯呈土夹碎块状,局部可见有石英脉穿插,节理裂隙发育,合金钻进稍困难。属极软岩~软岩,岩体破碎,岩体基本质量等级为Ⅴ级。强风化泥质粉砂岩表现有差异风化(不均匀风化)现象,即强风化泥质粉砂岩中夹有中风化岩块。

2大理岩(C1s)

⑦微风化大理岩:灰、灰白、青灰色为主,变晶结构,块状构造,岩质纯净,需金刚石钻进。裂隙稍发育,大部分为闭合状态,局部裂隙面可见红褐色铁锰质浸染,岩体较完整,为较硬岩,岩体基本质量等级为Ⅲ级。好些钻孔裂隙面可见溶蚀现象。场地内钻孔均钻至该层,揭露厚度0.10~9.60m

三、关于岩溶

场地范围内揭露的大理岩的岩溶现象较发育,主要表现为岩面起伏大,溶蚀裂隙、溶沟、溶槽、溶洞、探头石及岩溶堆积物等发育,岩溶发育规律受岩性、地质构造、场地内本次完成钻孔58个,有23个钻孔见土洞或溶洞,土洞和溶洞的出现率占钻孔数的40.0%(详见表3)。根据场地及岩溶分布的情况,加大了钻孔入岩深度,见洞率进一步提高。溶洞规模大小不一,洞高最大的达15.0m,最小的仅0.40m,土洞和溶洞大部分由软~可塑状态的含砾粉质粘土或松散砂土充填,仅个别为空洞,钻探时均出现冲洗液全漏失现象,表明溶洞与外界有水力联系或溶洞之间互相联通。

溶洞分布情况表

孔号

发育层位

岩溶

类型

厚度(m)

高程(m)

埋深(m)

充填物

XK1

大理岩(C1s)

溶洞

3.80

24.70~20.90

6.70~10.50

卵石土充填,粒径2cm为主,最大约5cm,混中细砂及粘性土

XK2

大理岩(C1s)

溶洞

2.60

16.79~14.19

19.20~21.80

流塑状含砾粉质粘土充填

XK3

大理岩(C1s)

溶洞

1.00

22.28~21.28

14.00~15.00

可塑状含砾粉质粘土充填

XK4

大理岩(C1s)

溶洞

1.20

7.03~5.83

29.10~30.30

流塑状含砾粉质粘土充填

XK5

大理岩(C1s)

溶洞

7.70

22.04~14.34

9.50~17.20

含粘性土粉细砂充填,松散状态

XK6

大理岩(C1s)

溶洞

1.00

23.31~22.31

8.00~9.00

流塑状含砾粉质粘土充填

XK7

大理岩(C1s)

溶洞

0.40

25.14~24.74

6.50~6.90

无填充

XK10

大理岩(C1s)

溶洞

1.90

21.68~19.78

10.20~12.10

充填极少量粉细砂,近空洞状态

XK11

大理岩(C1s)

溶洞

3.60

26.02~22.42

5.70~9.30

充填粗砂混卵石,松散状态,粒径约0.5~4cm

XK12

大理岩(C1s)

溶洞

2.90

12.35~9.45

19.20~22.10

灰黄色松散状态粉细砂充填

XK13

大理岩(C1s)

溶洞

4.40

15.40~11.00

16.60~21.00

可塑状粉质粘土充填,底部少许砾

XK14

大理岩(C1s)

溶洞

3.50

-5.19~-1.69

33.20~36.70

灰黑色松散状态砾砂充填

XK15

大理岩(C1s)

溶洞

3.80

-17.19~-13.39

45.00~48.80

充填含砾中粗砂,稍密状态

XK16

大理岩(C1s)

溶洞

1.10

10.11~11.21

20.40~21.50

碎石及砾砂充填,稍密状态

XK17

大理岩(C1s)

溶洞

2.00

21.01~23.01

10.50~12.50

灰褐色可塑状粉质粘土充填,含有少量砾,粒径约2~3cm

XK20

大理岩(C1s)

溶洞

15.00

8.82~23.82

7.60~22.60

松散状态粉细砂充填

XK22

大理岩(C1s)

溶洞

2.20

25.33~27.53

4.30~6.50

灰褐色含砾粉质粘土充填,可塑状态

XK26

大理岩(C1s)

溶洞

2.00

5.67~7.67

23.70~25.70

杂色流塑状粉质粘土夹碎石充填

XK27

大理岩(C1s)

溶洞

4.90

20.14~25.04

6.60~11.50

软塑状粉质粘土充填,含少量砾

XK29

含砾粉质粘土(Q)

土洞

1.90

15.59~17.49

18.50~20.4

充填物为流~软塑状粉质粘土

XK37

含砾粉质粘土(Q)

土洞

5.20

13.80~19.00

12.40~17.6

极松散状含砾粉质粘土、粉细砂充填

XK38

含砾粉质粘土(Q)

土洞

3.90

-2.54~1.36

30.50~34.4

极松散状含砾粉质粘土、中粗砂充填

XK43

含砾粉质粘土(Q)

土洞

4.90

8.17~13.07

18.30~23.2

流塑~软塑状粘性土充填

 

典型的岩溶地段剖面图如下:

 

根据钻探揭露,拟建场地岩溶发育情况分析如下:

(1)岩溶发育主要表现形式为土洞、溶洞、探头石及沿基岩裂隙的溶蚀痕迹。

(2)土洞和溶洞充填物多以流塑、软~可塑状的粉质粘土和含砾粉质粘土为主,工程力学性质差。岩溶埋深较浅,以覆盖型岩溶为主。

(3)溶槽堆积物与大理岩接触带部位的含砾粘土含水量较大,土质松软,特别是③-2含砾粉质粘土基本以软塑状态为主,且土洞发育较多。溶槽堆积物工程力学性质较差,相当于软弱下卧层,对基础的稳定性存在不利影响。

(4)大理岩中土洞和溶洞发育规律性较强,多呈随机分布。基岩整体稳定性一般。

4.3场地的稳定性评价

根据区域地质构造资料分析:场地内未发现有全新活动性断裂通过,勘探时未发现有明显的断裂构造痕迹,场地所处区域稳定性较好,场地内地层结构较复杂,不良地质现象较发育。按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)有关规定划分,本场地抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度值为0.10g,设计特征周期值Tg为0.35s。该场地可以按对建筑抗震不利地段考虑。同时不要大量抽取场地地下水,引起地下水急剧变化或持续降低,场地稳定性一般,可以建筑。

综合分析,在场地的工程地质及水文地质环境不发生较大改变的情况下,拟建场地属于较稳定区域

4.4场地水文地质条件

4.4.1地下水概况

详勘期间基坑已经开挖,坑底高程介于31.04~31.88m,虽然采取了一定的降水措施,但勘察期间地下水已渗出地表,局部钻孔完成后有地下水上涌现象。后期随着场地内水泵抽水,水位下降约有1m。勘察期间实测了基坑外侧部分钻孔的稳定水位,埋深介于1.8~3.8m,高程介于33.20~34.42m,该水位受现场施工影响较大。地下水类型主要分为孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水三类。

4.4.2孔隙水

第四系孔隙水主要赋存于冲洪积含粘性土砂、中砂和砾砂层中,其次赋存于人工填土层、冲洪积粘土层和溶槽堆积物中。其中人工填土①-1杂填土层富孔隙具强透水性,②-2含粘性土砂具有弱~中等透水性,②-3中砂、②-4砾砂、③-3中砂具强透水性,其余土层具弱透水性。由于冲洪积的砂层上覆弱透水的粘土层,砂层中的孔隙水具微承压性。地下水接受大气降水入渗和周围地下水体的侧向补给,以蒸发和向低处渗流的方式排泄为主,排泄条件差。

4.4.3基岩裂隙水

基岩裂隙水主要赋存于⑥-2强风化泥质粉砂岩节理、裂隙内,并受节理裂隙发育程度的控制,其储水性和透水性呈弱~中等状态。基岩裂隙水具微承压性。

4.4.4岩溶水

大理岩的岩溶裂隙水,其富水性受溶隙发育程度控制,一般在溶洞发育及连通性好的地方水量大且具有承压性。主要受地下水垂直及侧向补给,受气候影响不大。钻探时,钻至岩面或遇溶洞时,冲洗液均漏失。

4.5地基基础方案

4.5.1浅基础主要力学参数

根据野外钻探编录、现场原位测试及类似工程经验,按深圳市标准《地基基础勘察设计规范》(SJG01-2010)及广东省《建筑地基基础设计规范》(DBJ15-31-2003),场地各土层承载力特征值fak、压缩模量ES、变形模量E0等指标建议采用表6数值:

岩土层的主要力学参数表1

地层

编号

土层名称

及成因

承载力

特征值

fak(kPa)

压缩

模量

ES(MPa)

变形

模量

E0(MPa)

直剪

凝聚力

C(kPa)

直剪内摩擦角

φ(0

岩土体与锚固体粘结强度特征值frb(kPa)

①-1

杂填土(Qml)

 

 

 

 

30

25

①-2

素填土(Qml)

 

 

 

 

15

15

②-1

黏土(Qal+pl

180

7.0

15.0

25

15

25

②-2

含黏性土砂(Qal+pl

160

 

15.0

10

25

30

②-3

中砂(Qal+pl

220

 

16.0

 

30

50

②-4

砾砂(Qal+pl

260

 

20.0

 

33

60

③-2

含砾粉质黏土(Q)

130

4.0

8.0

16

15

20

③-2-1

含砾粉质黏土(Q)

230

8.0

16.0

23

18

30

③-3

中砂(Q)

210

 

 

 

30

50

⑥-2

强风化泥质粉砂岩(含砾)(C1c)

500

15.0

100.0

15

33

120

微风化大理岩(C1s)

4000

 

 

 

 

400

 

注:a.表中frb数据适用于注浆强度等级为M30;

4.5.2桩基参数

根据广东省标准《建筑地基基础设计规范》(DBJ15-31-2003)及深圳市标准《地基基础勘察设计规范》(SJG01-2010),结合类似场地经验,各岩土层的桩侧摩阻力特征值qsa及桩端土承载力特征值qpa建议采用表7值。

桩基础力学参数建议值表表7

地层名称

成因代号

岩土状态及

风化程度

桩侧摩阻力特征值qsa(kPa)

端阻力特征值qpa(kPa)

打入桩、静压桩

钻、冲、挖孔桩及沉管灌注桩

预制桩

水下钻(冲)孔桩

人工挖孔、钢管护壁挖孔桩

桩入土深度(m)

桩入土深度(m)

L≤9

9<L≤16

16<L≤30

L>30

≤15

>15

①-1杂填土(Qml)

松散

 

 

 

 

 

 

 

 

 

①-2素填土(Qml)

松散

10

8

 

 

 

 

 

 

 

②-1黏土(Qal+pl

可塑

30

24

 

 

 

 

 

 

 

②-2含黏性土砂(Qal+pl

松散~稍密

19

15

 

 

 

 

 

 

 

②-3中砂(Qal+pl

松散~稍密

30

23

 

 

 

 

 

 

 

②-4砾砂(Qal+pl

稍密~中密

40

32

 

 

 

 

 

 

 

③-2含砾粉质黏土(Q)

软塑

20

20

 

 

 

 

 

 

 

③-2-1含砾粉质黏土(Q)

可塑~硬塑

35

30

 

 

 

 

 

 

 

③-3中砂(Q)

松散~稍密

30

23

 

 

 

 

 

 

 

⑥-2强风化泥质粉砂岩(C1c)

强风化

100

90

4000

5000

1000

1500

1600

 

注:1.表中的参数根据广东省标准《建筑地基基础设计规范》(DBJ15-31-2003)及深圳市标准《地基基础勘察设计规范》(SJG01-2010)规范结合龙岗地区实际工程经验所得,按上表数值计算的单桩承载力及抗拔桩承载力应通过试验校核;

2.采用上表建议值计算单桩承载力时,应进行桩侧阻力与桩端阻力合算;

3.抗拔桩折减系数建议采用0.6。

对桩端进入微风化岩的嵌岩桩,岩石饱和单轴抗压强度及C1、C2系数建议采用表8值。

岩石饱和单轴抗压强度及C1、C2系数建议值表表8

岩石名称

单轴抗压强度(Mpa

C1

C2

⑦微风化大理岩(C1s)

35

0.3

0.05

 

注:对钻、冲孔桩,表中数值乘以0.8;桩端有扩大头时,扩大头斜面部分C2=0;桩端嵌入基岩深度<0.5m时,取C2=0。

4.6基础的选型

4.6.1浅基础

基坑开挖后,坑底出露的地层为冲洪积层,拟建高层建筑物高度约100m,荷载较大,冲洪积层达不到其荷载要求,只能作为荷载较小的裙房基础持力层。幼儿园、商业裙房等建筑物层高3F,荷载不大,可采用浅基础,以坑底出露的粘土、含黏性土的砂或中砂、砾砂为持力层。由于大理岩上覆溶槽堆积物多为软塑状态,局部地区有空洞发育,当采用浅基础时应考虑其整体稳定性,建议对大理岩上部的土层进行加固处理后采用复合地基的形式,处理方法建议选用微型桩,但对荷载较大的柱网下的浅埋溶洞、土洞应核算其稳定性。

4.6.2桩基础

拟建的高层建筑高度100m,地下室1层,上部荷载大,应考虑选用桩基础。将本场地可能采用的桩基型式分析如下:

(1)预制桩或预应力管桩:该类型桩具有沉桩速度快,施工质量较好,直观、工期相对较短等优点。但本场地属岩溶区,岩面起伏大,在施工时桩长相差大,并易产生断桩现象,局部区域有探头石发育,管桩无法穿过,需做引孔措施,施工难度较大,不宜采用。

(2)冲孔灌注桩:其优点是施工时不用疏排地下水,可以嵌岩,且较易穿透软硬夹层、溶洞达到预定持力层;不足之处是施工中产生的大量泥浆对场地环境污染较大、费用较高,成孔深度较大时孔底清渣较困难。若采用该类桩型,应注意采取措施清除孔内沉渣,做好泥浆的排放处理,保护场地施工环境。由于场地位于岩溶区,存在土洞、溶洞、溶蚀裂隙、斜岩等现象,施工中易出现漏浆、偏锤、孔壁垮塌,混凝土充盈系数过大等现象,施工中应引起重视。

3)人工挖孔灌注桩:单桩承载力较高,施工工艺简单,造价也较低,但由于本场地地下水总体上较丰富,砂土层厚度大,下伏基岩为大理岩,施工时必须大面积抽水降水,可能会影响场地地基稳定性及周边建筑物安全,施工安全也难保证,此种条件属广东省建设厅明文禁止采用的人工挖孔桩的范围,故本场地不能采用人工挖孔桩。

综合分析,拟建高层居住楼宜采用桩基础,桩型应选择冲孔灌注桩。其中2#楼附近基岩埋深较大,局部桩长或大于50m。本工程也可综合施工难度及经济性考虑刚性桩复合地基。

4.7基坑支护

本场地拟建1层地下室,基坑开挖深度约5~7.0m,基坑工程安全等级为三级。组成坑壁的地层主要为冲洪积层,上部为填土,建议采用自然放坡+挂网喷砼

4.8结论

本场地位于原南联学校旧址及周围生活居住区及停车场,勘察时部分基坑已开挖。原始地貌为龙岗河河流阶地,局部为剥蚀残丘地貌,场地整体上地势较平坦。场地未见活动性断裂,但该场地有岩溶发育,需要采取一定的措施才适宜建筑。

因场地地层复杂,软硬变化大,且无规律;存在土洞、溶洞和软土夹层等,单柱荷载变化大,对差异沉降敏感。建议进行采用一桩一孔或数孔进行超前钻探。超前钻时应加深钻孔深度,保证桩基础嵌入持力层后桩端仍有5m以上完整基岩。

4.9工程实施效果

(1)静载试验3根,试验成果表明,加载至设计极限承载力时,最大的沉降值Smax均小于40mm,且曲线是准线性形态,可见具有相当大的安全储备。

(2)桩身质量检测

按规定随机抽取8跟桩进行反射波法低应变动测、检测结果为Ⅰ类桩5根,占63%:Ⅱ类桩3根,占38%。

五总结及展望

1.论文中总结了岩溶地区的一些勘察方法:工程钻探、静力触探、地质测绘、地球物理勘探、遥感技术的应用等一些勘察方法。其中工程钻探是地质调查中最常用的方法,该种方法不仅可以明确所钻钻孔的位置及附近的地层情况(岩土性质\厚度、地下水位等),还可以进行钻孔的原位测试和利用钻取的岩芯做室内测试,以便获得更多、更准确的地质信息。静力触探手段在工程地质勘查中主要用来确定软土、粘性土和砂类土的承载力等。

利用这些勘察方法及一些手段查明场地的不良地质现象,作出场地地质的总结及提供一些参数和建议。

2.本文以深圳南联项目为工程实例对岩溶地区的勘察进行了阐述,通过一些勘察方法对场地进行了勘察,分析了岩溶地区桩基的稳定性及对岩溶影响的一些因素和敏感性,并对现状给出了一下参数值和建议。

本文注重岩溶地区的勘察、桩基施工的理论领域,而岩溶地区的地基处理、桩基施工具有很强的现实性。在经济发展的今天,岩溶区资源日益加强,岩溶的广泛性和危害性,已引起国际社会的普遍关注。岩溶的勘察方法也多种多样,但是最常用只有工程钻探,像遥感技术、环境同位素等一些方法跟探测技术没有普及整个市场,希望日后在工作中能灵活运用各种勘察方法,进行大量的学习和实践,以指导工程施工。

参考文献

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[15]《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)

[16]《地基基础勘察设计规范》(SJG01-2010)

[17]《建筑地基基础设计规范》(DBJ15-31-2003)

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文章标题:湘大函授论文:岩溶区勘察方法和整治原则及地



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