淺談對巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘察方法的探討

李瑞龍

（云南楚雄礦業(yè)有限公司 云南 楚雄675000）

前言

巖溶又稱喀斯特，是指可溶性巖石在水的溶蝕作用下，產(chǎn)生的各種地質(zhì)作用、形態(tài)和現(xiàn)象的總稱?？扇苄詭r石包括碳酸鹽類、硫酸鹽類以及鹵素類的巖石，其中尤以碳酸鹽類的巖石分布最廣、最為常見，本文就碳酸鹽類巖石（石灰?guī)r、白云巖等）中的巖溶勘察問題進(jìn)行討論。

1巖溶地基類型

由于巖溶發(fā)育，往往使可溶巖表面石芽、溶溝叢生，參差不齊；地下溶洞又破壞了巖體完整性。巖溶水動力條件變化，又會使其上部覆蓋土層產(chǎn)生開裂、沉陷。這些都不同程度地影響著建筑物地基的穩(wěn)定。

根據(jù)碳酸鹽巖出露條件及其對地基穩(wěn)定性的影響，可將巖溶地基劃分為裸露型、覆蓋型、埋藏型三種。

1.1 裸露型

地表一般缺少植被和土層覆蓋，碳酸鹽巖大部分裸露于地表或其上僅有很?。ㄐ∮?0米）的覆蓋土。它又可分為石芽地基和溶洞地基兩種。

(1)石芽地基：由大氣降水和地表水沿裸露的碳酸鹽巖節(jié)理、裂隙溶蝕擴(kuò)展而形成。溶溝間殘存的石芽高度一般不超過3m。如被土覆蓋，稱為埋藏石芽。石芽多數(shù)分布在山嶺斜坡上、河流谷坡以及巖溶洼地的邊坡上。芽面極陡，芽間的溶溝、溶槽有的可深達(dá)10余米，而且往往與下部溶洞和溶蝕裂隙相連?；鶐r面起伏極大。因此，會造成地基滑動及不均勻沉陷和施工上的困難。

(2)溶洞地基：淺層溶洞頂板的穩(wěn)定性問題是該類地基安全的關(guān)鍵。溶洞頂板的穩(wěn)定性與巖石性質(zhì)、結(jié)構(gòu)面的分布及其組合關(guān)系、頂板厚度、溶洞形態(tài)和大小、洞內(nèi)充填情況和水文地質(zhì)條件等有關(guān)。

1.2 覆蓋型

碳酸鹽巖之上覆蓋層厚十幾米至幾十米，又可分為淺覆蓋型（上覆土層小于30米）和深覆蓋型（上覆土層大于30米）。這類土體可以是各種成因類型的松軟土，如風(fēng)成黃土、沖洪積砂卵石類土以及我國南方巖溶地區(qū)普遍發(fā)育的殘坡積紅粘土。覆蓋型巖溶地基存在的主要巖土工程問題是地面塌陷、地基不均勻沉降等，對這類地基穩(wěn)定性的評價需要同時考慮上部建筑荷載與土洞的共同作用。

1.3 埋藏型

碳酸鹽巖之上覆蓋有其它非可溶性的巖石，其厚度大小不一，當(dāng)上部非可溶性巖石的厚度和強(qiáng)度能滿足建筑物的需要時，可不考慮下部巖溶的發(fā)育情況。

2勘察的目的和地基穩(wěn)定性

巖溶場地勘察的目的在于查明對場地安全和地基穩(wěn)定有影響的巖溶發(fā)育規(guī)律，各種巖溶形態(tài)的規(guī)模、密度、空間分布規(guī)律及其洞內(nèi)的充填情況，可溶巖頂部上覆巖土體的厚度、空間分布及其工程性質(zhì)，地表、地下水的循環(huán)交替規(guī)律等，并對建筑場地的適宜性和地基的穩(wěn)定性作出確切的評價。根據(jù)已有勘察經(jīng)驗(yàn)，在巖溶場地勘察過程中，應(yīng)查明與場地類型和對地基的穩(wěn)定性進(jìn)行評價：

2.1 各類巖溶的位置、高程、大小、形狀、延伸方向、頂板與底部狀況、圍巖(土)及洞內(nèi)充填物性狀、塌落的形成時間與因素等。

2.2 巖溶發(fā)育與地層的巖性、結(jié)構(gòu)、厚度及不同巖性組合的關(guān)系，結(jié)合各層位上巖溶形態(tài)與分布數(shù)量的調(diào)查統(tǒng)計，劃分出不同的巖溶巖組。

2.3 巖溶形態(tài)分布、發(fā)育強(qiáng)度與所處的地質(zhì)構(gòu)造部位、褶皺形式、地層產(chǎn)狀、斷裂等結(jié)構(gòu)面及其屬性的關(guān)系。

2.4 巖溶發(fā)育與當(dāng)?shù)氐孛舶l(fā)展史、所處的地貌部位、水文網(wǎng)及相對高程的關(guān)系。劃分出巖溶微地貌類型及水平與垂向的分布帶。闡明不同地貌單位上巖溶發(fā)育特征及強(qiáng)度差異性等多種問題。

3各階段巖溶地區(qū)建筑巖土工程勘察要求和方法

巖溶地區(qū)勘察不同于一般建筑場地的工程地質(zhì)勘察。其顯著特點(diǎn)是始終將查明和分析巖溶的巖土體結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定狀態(tài)及其潛在危害置于突出地位。在不同的勘察階段采用相應(yīng)的勘察手段和技術(shù)方法，布置相應(yīng)適當(dāng)?shù)目辈旃ぷ髁?。巖土工程勘察各階段的要求和方法是不同的，一般可分為：可行性研究勘察、初步勘察、詳細(xì)勘察、施工勘察等。

可行性研究勘察階段應(yīng)查明巖溶洞隙、土洞的發(fā)育條件，并對其危害程度和發(fā)展趨勢作出判斷，宜采用工程地質(zhì)測繪及綜合物探的勘察方法。

初步勘察階段應(yīng)查明巖溶洞隙、土洞的發(fā)育程度和規(guī)律，并對場地的穩(wěn)定性和建筑適宜性作出初步評價。巖溶洞隙及其伴生土洞、地表塌陷的分布、發(fā)育程度和發(fā)育規(guī)律，并按場地的穩(wěn)定性和建筑適宜性進(jìn)行分區(qū)。

宜采用工程地質(zhì)測繪、鉆探及綜合物探方法，對物探發(fā)現(xiàn)有異常的地段，應(yīng)選擇有代表性部位布置鉆探孔進(jìn)行驗(yàn)證核實(shí)，并在初劃的巖溶分區(qū)及規(guī)模較大的地下洞隙地段適當(dāng)增加勘探孔，鉆探孔深應(yīng)穿過表層巖溶發(fā)育帶。

詳細(xì)勘察階段應(yīng)查明建筑物范圍或?qū)ㄖ杏绊懙囟蔚母鞣N巖溶洞隙及土洞的狀態(tài)、位置、規(guī)模、埋深、圍巖和溶洞內(nèi)的充填物性狀，地下水埋藏特征；評價地基的穩(wěn)定性。在巖溶發(fā)育區(qū)的下列部位應(yīng)查明土洞和土洞群的位置：（1)土層較薄、土中裂隙及其下巖體巖溶發(fā)育部位。(2)巖面張開裂隙發(fā)育，石芽或外露的巖體交接部位。(3)兩組構(gòu)造裂隙交匯或?qū)挻罅严稁А?4)隱伏溶溝、溶槽、漏斗等，其上有軟弱土分布覆蓋地段。(5)降水漏斗中心部位。當(dāng)巖溶導(dǎo)水性相當(dāng)均勻時，宜選擇漏斗中地下水流向的上游部位；當(dāng)巖溶水呈集中滲流時，宜選擇地下水流向的下游部位。(6)地勢低洼和地面水體近旁。

采用物探勘察時宜按建筑物軸線布置物探測線，并宜采用多種方法判定異常地段及其性質(zhì)。對基礎(chǔ)下和鄰近地段的物探異常點(diǎn)或基礎(chǔ)點(diǎn)頂面荷載大于2000kN的獨(dú)立基礎(chǔ)，均勻布置驗(yàn)證性鉆探孔。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有危及工程安全的洞體時，應(yīng)采取加密鉆孔或物探等措施。必要時可采取頂板及洞內(nèi)堆填物的巖土試樣進(jìn)行物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)。其勘探應(yīng)符合下列規(guī)定：

a.當(dāng)基底下土層厚度不足時，應(yīng)將勘探孔全部或部分鉆入基巖。當(dāng)在預(yù)定深度內(nèi)遇見溶洞時，應(yīng)將勘探孔鉆入洞底以下一定深度(具體深度應(yīng)根據(jù)建筑物所采用的基礎(chǔ)來確定)，一般不應(yīng)小于洞底以下2m。b.當(dāng)需查明淺埋巖溶的巖組分界、斷裂及巖溶土洞的形態(tài)或驗(yàn)證其他勘探手段的成果時，應(yīng)采取巖土試樣或進(jìn)行原位測試，并應(yīng)布置適量的探槽或探井。c.在土洞發(fā)育地段，應(yīng)沿基礎(chǔ)軸線或在每個單獨(dú)基礎(chǔ)位置上以較大密度布置靜力觸探或小口徑釬探，查明土洞、地表塌陷的分布。

4施工勘察階段應(yīng)針對某一地段或尚待查明的專門事項(xiàng)進(jìn)行補(bǔ)充勘察和評價。當(dāng)基礎(chǔ)采用大直徑嵌巖樁或墩基時，尚應(yīng)進(jìn)行專門的樁基勘察。應(yīng)根據(jù)巖溶地基處理設(shè)計和施工要求布置勘察工作量，在土洞、地表塌陷地段，可在已開挖的基槽內(nèi)布置觸探和釬探。對大直徑嵌巖樁或墩基，勘探點(diǎn)應(yīng)按樁或墩布置，勘探深度應(yīng)為其底面以下樁徑的3倍并不小于5m，當(dāng)相鄰樁底的基巖面起伏較大時應(yīng)適當(dāng)加深。對重要或荷載較大的工程，應(yīng)在墩底加設(shè)小口徑鉆孔，并應(yīng)進(jìn)行檢測工作。

5各種勘察方法的綜合應(yīng)用

在巖溶場地進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，應(yīng)采用多種方法進(jìn)行綜合勘察，各種方法的勘察成果可互相驗(yàn)證,確?？辈熨Y料的準(zhǔn)確性。如對于裸露型的巖溶地區(qū)宜以工程質(zhì)測繪和調(diào)查以及物探勘察的方法為主，以鉆探為輔的勘察方法；對于覆蓋型和埋藏型的巖溶地區(qū)則宜以物探勘察方法的為主，以工程質(zhì)測繪和調(diào)查及鉆探為輔的勘察方法（當(dāng)然對于大型的、重要的建筑物以及要采用樁基礎(chǔ)的建筑物應(yīng)以鉆探方法為主，查明基礎(chǔ)持力層及其應(yīng)力擴(kuò)散范圍內(nèi)的巖土體的巖溶發(fā)育情況）。因此在巖溶地區(qū)進(jìn)行工程地質(zhì)勘察物探是一種不可缺少的勘察方法，其又有多種方法可供選擇，如：高密度多極電法勘探、地質(zhì)雷達(dá)、淺層地震、高精度磁法、聲波透視(CT)、重力勘探等。但為獲得較好的探測效果，必須注意各種物探方法的使用條件以及建筑場地的地形地貌、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件。當(dāng)條件允許時，應(yīng)盡可能地采用多種物探方法綜合對比判譯，其中電法及地質(zhì)雷達(dá)是采用比較多的方法。

電法是最常用的物探方法之一，在巖溶地區(qū)一般以電測深法和電剖面法為主。它們可以用來測定巖溶化地層的不透水基底的深度，第四系覆蓋土層下巖面的起伏情況，均勻碳酸鹽地層中巖溶發(fā)育的深度，地下暗河和溶洞的規(guī)模、分布深度、發(fā)育方向、地下水位，以及圈定強(qiáng)烈?guī)r溶化地段和構(gòu)造破碎帶的分布位置等。

在巖溶場地勘察中，地質(zhì)雷達(dá)天然發(fā)射頻率一般集中在80～120MHz，穿透5～9m。在雷達(dá)剖面上，通?？梢宰R別出石灰?guī)r石芽、充填沉積物的落水洞、巖溶洞穴、豎井或溶溝。如同其他方法一樣，地質(zhì)雷達(dá)不能識別巖土類型。因此它必須與鉆探相結(jié)合，以根據(jù)雷達(dá)剖面所獲得的異常布置鉆探而獲得更詳細(xì)準(zhǔn)確的資料，同時也可檢驗(yàn)雷達(dá)探測的準(zhǔn)確程度，以獲得僅根據(jù)雷達(dá)剖面推測地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)的可靠程度。

對物探勘察所揭露的異常地段，應(yīng)采用鉆探的方法進(jìn)行必要的驗(yàn)證。

結(jié)束語

綜上所述，在特定的范圍內(nèi)，由于巖溶發(fā)育的復(fù)雜性，要求我們采用多種勘察手段因地制宜地進(jìn)行綜合勘察，避免單方法、單參數(shù)的多解性和局限性所造成的缺陷；首先采用工程地質(zhì)測繪和調(diào)查以及物探的勘察方法，對下一步進(jìn)行工程地質(zhì)鉆探、原位測試等具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義，避免了工作的盲目性，提供了可靠的地質(zhì)資料，提高地質(zhì)勘察技術(shù)水平和效益。

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