南水北調(diào)淇河第三系巖溶（溶蝕孔洞）成因分析

□韓桃明（河南省水利勘測(cè)有限公司）

1.概述

南水北調(diào)淇河建筑物屬南水北調(diào)中線一期工程總干渠穿淇河河渠交叉建筑物，當(dāng)施工基坑開挖至建基面時(shí)發(fā)現(xiàn)多處充填軟塑～流塑狀軟土的孔洞，經(jīng)進(jìn)一步分析為巖溶（溶蝕孔洞），需進(jìn)一步詳細(xì)勘察，并查明其成因、組成成分、分布范圍和發(fā)展趨勢(shì)，評(píng)價(jià)對(duì)建筑物的影響，提出處理建議。

2.水文地質(zhì)概況

淇河為常年性河流，由于河流的側(cè)向侵蝕，兩岸不對(duì)稱，右岸為侵蝕岸，發(fā)育有Ⅱ級(jí)階地，岸坡陡峭，崖最高15m左右。左岸為堆積岸，發(fā)育有漫灘和Ⅰ、Ⅱ級(jí)階地，岸坡呈臺(tái)階狀。

工程區(qū)勘察深度范圍內(nèi)主要為第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)、下更新統(tǒng)和上第三系中新統(tǒng)鶴壁組地層，為土巖雙層結(jié)構(gòu)。上覆第四系松散層主要為黃土狀土、壤土和卵礫石組成；下伏上第三系軟巖由泥灰?guī)r、粘土巖及砂礫巖組成。

工程場(chǎng)區(qū)地下水按其賦存條件及水動(dòng)力特征可分為潛水和上第三系基巖裂隙巖溶承壓水。潛水∶主要賦存于第四系卵石層及上第三系泥灰?guī)r中，形成統(tǒng)一的含水層。一般豐水期河水補(bǔ)給地下水，枯水期地下水補(bǔ)給河水。地下水位隨季節(jié)而變化，其動(dòng)態(tài)類型主要為入滲－徑流型。含水層主要接受大氣降水和側(cè)向徑流補(bǔ)給，通過(guò)蒸發(fā)和向下游徑流排泄。上第三系基巖裂隙巖溶承壓水，承壓水主要賦存于泥灰?guī)r中。

3.巖溶發(fā)育情況

當(dāng)南水北調(diào)淇河建筑物施工基坑開挖至上第三系泥灰?guī)r時(shí)，發(fā)現(xiàn)有4處充填軟塑～流塑狀粘土質(zhì)軟土的溶蝕孔洞。在通過(guò)物探和鉆探相結(jié)合的方法對(duì)場(chǎng)區(qū)內(nèi)溶蝕孔洞的分布進(jìn)行了勘察，在2217m2基礎(chǔ)上共發(fā)現(xiàn)物探異常13處，鉆探異常8個(gè)，主要位于上第三系泥灰?guī)r中，影響面積可劃分為6處分區(qū)，溶蝕影響面積約29～250m2不等，溶蝕影響面積總計(jì)達(dá)617m2，占總面積的29%，溶蝕孔洞內(nèi)充填軟塑～流塑狀粘土質(zhì)軟土，強(qiáng)度很低。

4.巖溶（溶蝕孔洞）成因分析

巖溶是指水和可溶性巖石相互作用而產(chǎn)生的一種物理地質(zhì)作用和現(xiàn)象。巖溶是不斷流動(dòng)的地表水、地下水與可溶巖相互作用的產(chǎn)物。巖溶是溶蝕作用和巖溶現(xiàn)象的總稱。因此第一具有可溶性巖石；第二具有溶蝕能力的水（或水必須具有侵蝕能力）；第三巖石的透水性和水在其中能不斷流動(dòng)被稱為巖溶發(fā)展的4個(gè)基本條件。只有具備這4個(gè)條件，巖溶作用才能進(jìn)行。結(jié)合工程場(chǎng)區(qū)的地形地貌、水文氣象、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件等對(duì)淇河場(chǎng)區(qū)巖溶（溶蝕孔洞）形成機(jī)理分析如下：

場(chǎng)區(qū)下伏上第三系軟巖主要為泥灰?guī)r和粘土巖，泥灰?guī)r主要礦物為碎屑礦物和粘土礦物，其中碎屑礦物含量60%～80%，成分主要為石英和方解石，以方解石為主；粘土礦物含量20%～40%，粘土礦物主要成分有蒙脫石和伊利石，以蒙脫石為主。泥灰?guī)r主要礦物成分為方解石，為可溶性巖石。因此場(chǎng)區(qū)具備了具有可溶性巖石的條件。

場(chǎng)區(qū)泥灰?guī)r微裂隙發(fā)育，泥灰?guī)r屬中等透水性，賦存承壓水，地下水循環(huán)交替條件和滲透性一般屬中等程度,承壓水水化學(xué)類型為HCO3-Ca-Mg型水，pH值6.5，屬弱酸性水，對(duì)混凝土具分解類一般酸性型弱腐蝕性。因此場(chǎng)區(qū)具備了巖石中等透水性及具有溶解能力的水的條件。

場(chǎng)區(qū)位于太行山東麓丘陵與沖洪積平原的交接部位，具河谷地貌形態(tài)。淇河為常年性河流，四季流水不斷，洪水期河水補(bǔ)給地下水，枯水期兩岸地下水補(bǔ)給河水。場(chǎng)區(qū)上部松散層（卵礫石層）賦存潛水，下伏上第三系泥灰?guī)r及砂礫巖賦存承壓水，場(chǎng)區(qū)上部潛水循環(huán)交替徑流條件較好，下部泥灰?guī)r承壓水徑流（循環(huán)交替）條件略差。因此場(chǎng)區(qū)具備了水在巖石中能不斷流動(dòng)的條件，但流動(dòng)性相對(duì)稍差。

因此場(chǎng)區(qū)泥灰?guī)r（可溶巖體）屬中等透水性及具有溶解能力的水（具弱酸性的承壓水）是巖溶作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。承壓水在泥灰?guī)r中循環(huán)及交替條件，是控制巖溶發(fā)育程度的根本條件。巖溶是在漫長(zhǎng)的地質(zhì)年代中發(fā)育、形成的。在一定地質(zhì)環(huán)境條件下，可溶性泥灰?guī)r被地下水溶蝕、遷移、沉積的全過(guò)程即巖溶作用的過(guò)程，場(chǎng)區(qū)溶蝕孔洞及其充填軟土是巖溶作用的結(jié)果。巖溶孔洞中充填的軟塑～流塑狀由粘土礦物組成的軟土是泥灰?guī)r和粘土巖溶蝕風(fēng)化潛蝕產(chǎn)物或?yàn)榈叵滤\(yùn)動(dòng)帶進(jìn)孔洞的沉積物。

5.發(fā)展趨勢(shì)

巖溶發(fā)育的特點(diǎn)和強(qiáng)度除與可溶性巖石及水的化學(xué)成分有很大關(guān)系外，在相當(dāng)大的程度上取決于水的循環(huán)交替條件的特點(diǎn)，而水的循環(huán)交替條件往往受該區(qū)地形地貌、水文氣象、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件決定。結(jié)合工程場(chǎng)區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件，對(duì)本區(qū)巖溶發(fā)育特點(diǎn)、強(qiáng)度和發(fā)展趨勢(shì)簡(jiǎn)單分析如下：泥灰?guī)r地層中分布有一定范圍的巖溶孔洞，呈垂直或水平方向片狀分布。巖石特性是巖溶發(fā)育的內(nèi)在因素，泥灰?guī)r巖性以方解石為主，但含20%～40%粘土礦物，該層泥灰?guī)r巖性不純，含較多粘土礦物雜質(zhì)，故巖溶發(fā)育強(qiáng)度受到一定的限制，相對(duì)石灰?guī)r較弱。泥灰?guī)r深埋淇河河床以下14～25 m之間，該層泥灰?guī)r僅微裂隙發(fā)育，屬中等透水性，故地下水（承壓水）逕流強(qiáng)度及滲透速度（循環(huán)交替條件）為弱～中等程度。承壓水中游離的CO2和侵蝕CO2含量都很低。綜合分析判斷工程場(chǎng)區(qū)泥灰?guī)r巖溶發(fā)育和溶蝕孔洞分布范圍及深度有限，僅局部發(fā)育，為局部性危害，僅需在建筑物場(chǎng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行處理。

6.處理建議

泥灰?guī)r存在6處溶蝕孔洞分布區(qū)，加之承壓地下水的浸泡、施工擾動(dòng)，使具中等～強(qiáng)膨脹性的泥灰?guī)r地基強(qiáng)度明顯下降，需采取綜合性的加固處理措施：采取將建基面以下2m范圍內(nèi)泥灰?guī)r全部挖除，換填加筋水泥土等處理措施，換填部位以下的基礎(chǔ)只清除巖溶和溶蝕孔洞內(nèi)充填物，用C10混凝土進(jìn)行回填，為防止工程運(yùn)行后溶蝕繼續(xù)發(fā)展對(duì)地基產(chǎn)生影響而危及建筑物，需采取措施減緩泥灰?guī)r中地下水流動(dòng)，采用厚度0.5 m的截滲墻對(duì)建基面以下至相對(duì)不透水層進(jìn)行全封閉處理。