江西省某輸水泵站巖溶勘察研究

劉東平

（上海勘測設計研究院有限公司，上海 200434）

1 概述

巖溶問題是在灰?guī)r地區(qū)進行工程建設時必須考慮的一個重要問題，如何運用經(jīng)濟有效的勘察手段查明場地巖溶發(fā)育情況以滿足設計施工要求、提出相應處理措施，對巖溶地區(qū)工程建設有著巨大的安全和經(jīng)濟效益。當前除了常規(guī)鉆探等傳統(tǒng)勘察手段外，越來越多的物探方法被引入巖溶問題研究中，如地震映像法[1]、瞬態(tài)瑞雷波法[2]、高密度電阻率法[3]等。本文以江西省瑞昌市某輸水泵站為例，通過分析場地詳細勘察階段獲取的地質(zhì)及物探資料，分析研究了場地巖溶發(fā)育規(guī)律。

2 勘察概況

2.1 工程概況

本工程位于江西省瑞昌市，瑞昌地區(qū)灰?guī)r分布廣泛，由于水系發(fā)育，地下水、地表水聯(lián)系密切，在灰?guī)r中常發(fā)育溶洞。本工程擬建輸水泵站為城市供水泵站，屬于城市生命線工程，擬建物主要包括泵房、安裝間、加藥間、副廠房。新建輸水泵站的泵房及安裝間均為地上單層框架結(jié)構(gòu)，建筑面積為934.60m2，建筑高度為12.70m，室外地坪高程48.40m，泵房底板底高程為43.8m。選用4 臺雙吸離心泵，水泵中心間距9m，3 用1 備。同時，考慮到遠期規(guī)模的可適應性，土建預留一臺機組的坑位。泵組段尺寸為長47.3m，寬16.6m，安裝間尺寸為長9m×16.6m。排架柱下柱頂設置有牛腿，牛腿頂高程為57.60m，吊車軌頂高程為58.20m。新建副廠房為地上二層框架結(jié)構(gòu)。建筑面積為1053.50m2,建筑高度為10.50m。新建加藥間為地上一層框架結(jié)構(gòu)。建筑面積為160.0m2，建筑高度為6.3m。

2.2 勘察等級

根據(jù)《市政工程勘察規(guī)范》（CJJ56-2012）及《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001，2009 年版）擬建建筑物為重要工程，破壞后果很嚴重，工程重要性等級為一級；泵址位于大壩下游與溢洪道之間，現(xiàn)狀地形地貌與原始地形地貌有較大變化，巖溶強發(fā)育，場地復雜程度等級為一級；巖土種類多，不均勻，性質(zhì)變化較大，且部分地段下伏基巖存在溶洞，地基復雜程度等級為二級。綜合確定本次勘察等級為甲級。

2.3 勘察工作布置與方法

本次輸水泵站泵址勘察勘探點沿建筑物角點及輪廓線呈網(wǎng)格狀布置，鉆孔間距嚴格按照樁基及基坑相關(guān)規(guī)范規(guī)定控制在30 米以內(nèi)，共布置勘探孔14 個，本次勘察所布置鉆孔均為控制性鉆孔，勘探孔深度一般進入完整基巖不小于6m，若遇溶洞不能滿足，則需保證穿過溶洞后進入完整基巖3m?？辈爝^程中由于其中一鉆孔揭露高達7.0m 的溶洞，為查明其對本工程的影響，在該孔周邊加密了4 個鉆孔，各加密鉆孔距該鉆孔約10m。同時，為查明工程區(qū)覆蓋層厚度、下伏基巖面起伏以及巖溶發(fā)育情況，本次勘察布置了3 條高密度電阻率剖面。

2.4 場地地形地貌與地質(zhì)構(gòu)造

擬建站址位于某水庫大壩壩后南側(cè)管理區(qū)內(nèi)，鄰近現(xiàn)狀水庫溢洪道以及發(fā)電廠。擬建站址原地形地貌在水庫修建前，南側(cè)為一河流河道，北側(cè)為低洼塘地，水庫修建后，現(xiàn)已人工填平。發(fā)電廠泄水渠近東西向橫跨擬建站址，泄水渠寬約3m，深約2m，水深約1m。水庫溢洪道處于擬建站址東北側(cè)，距站址最近約10m，溢洪道站址附近寬約15m，站址區(qū)北側(cè)地勢高、南側(cè)地勢低。

工程區(qū)所處大地構(gòu)造單元為揚子準地臺（I）之下?lián)P子-錢塘臺坳（II）的九江臺陷（III）瑞昌-九江凹褶斷束（IV）。場地淺層為一套沉積巖地層，第四系沉積層一般在25m 以內(nèi)，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，本區(qū)域晚近期構(gòu)造運動以間歇性升降運動為主。受區(qū)域東側(cè)郯城-廬江斷裂和揚州-銅陵地震帶影響，贛北地區(qū)為江西省歷史上主要發(fā)震部位，地震活動主要沿九江-靖安，武寧-銅鼓，白沙嶺等北東～北北東向斷裂以及鄱陽斷陷盆地分布。查區(qū)域地質(zhì)資料，場地及周邊斷層規(guī)模一般較短小，無第四系活動性斷層通過，通過本次勘察結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料判定勘察場地沒有明顯的斷裂構(gòu)造，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較好。

2.5 場地巖土結(jié)構(gòu)

據(jù)鉆探揭露，勘探深度內(nèi)，場地地層包括第四系人工填土層（Q4ml）、第四系上更新統(tǒng)沖洪積層（Q4al+pl）及三疊系下統(tǒng)大冶組灰?guī)r（T1d）。按其巖性及其工程特性，自上而下依次劃分為①素填土、②浜填土、③a 碎礫石、③b 粉質(zhì)粘土、④中風化灰?guī)r。

其中，中風化灰?guī)r呈灰白色，粉晶-細晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層～厚層狀構(gòu)造，以碳酸鹽類礦物為主，巖石堅硬。巖體中裂隙基本以層面裂隙為主，裂隙面多被褐紅色Fe、Mn 質(zhì)浸染，少部分隙間偶見方解石脈充填。場地鉆取的巖芯一般呈柱狀，部分由于機械破碎原因呈碎塊狀，巖芯采取率一般為70～98%，RQD=10～81%,巖石飽和單軸抗壓強度33.9～43.7MPa，平均38.35MPa，為較硬巖，完整性一般，巖體質(zhì)量基本等級為III～IV 級，該層全場地分布，揭露厚度5.1～24.2m（未揭穿），揭露平均層厚10.38m，頂板標高28.06～40.10m，頂板埋深6.3～28.3m，基巖未見破碎帶及軟弱夾層。

3 場地巖溶發(fā)育分析

3.1 巖溶發(fā)育基本情況

本次勘察鉆孔揭露擬建場地基巖面起伏較大，擬建場地共實施18 個鉆孔，揭露溶洞的鉆孔共有6 個。見洞隙率為33.3%，線巖溶率8.81%，屬巖溶強發(fā)育場地，溶洞頂埋深8.40～24.80m，相應頂板高程24.54～38.75m，溶洞高度1.10～7.00m，部分為空洞，大部分為泥質(zhì)或泥砂質(zhì)半充填。

3.2 溶洞特征統(tǒng)計分析

按溶洞高度進行分范圍統(tǒng)計，依據(jù)相應規(guī)范，不同溶洞規(guī)模對工程影響程度大小分級，分為小于等于2m、2m 到5m、大于5m 三類，統(tǒng)計結(jié)果見圖1-（1）；按單孔發(fā)育溶洞數(shù)量統(tǒng)計，分為“單個”“多個”兩類，統(tǒng)計結(jié)果見圖1-（2）；按溶洞充填物類型進行統(tǒng)計，分為“空洞”“半充填”兩類統(tǒng)計結(jié)果見圖1-（3）。

圖1 溶洞特征統(tǒng)計圖

根據(jù)圖1 可得出，本場地發(fā)育高度大于2m 溶洞占57%，溶洞中空洞占比29%，71%的溶洞被泥砂混合物半充填，充填物為軟塑狀，從溶洞數(shù)量分布來看，本場地多個溶洞發(fā)育數(shù)量明顯大于單個溶洞。因此，設計應充分考慮溶洞發(fā)育的情況，采取合理的施工工藝。若樁端變形計算深度范圍內(nèi)存在溶洞，建議樁端穿過溶洞，到達穩(wěn)定巖層且有一定厚度。樁基施工前應進行“一樁一孔”的施工勘察。另外，對巖溶發(fā)育集中區(qū)域，建議進行避讓或?qū)υ搮^(qū)域采取注漿加固處理措施。

3.3 溶洞空間分布情況分析

巖溶的空間分布與地質(zhì)構(gòu)造、地下水空間分布活動特征密切相關(guān)，一般分布在構(gòu)造斷裂破碎帶、褶皺軸部裂隙發(fā)育帶、地下水活動豐富的可溶巖地段。將該場地揭露溶洞按溶洞規(guī)模（發(fā)育高度＞2m）投影到工程場地平面圖上，結(jié)果如圖2 所示。

根據(jù)圖2 可以得出，本工程場地巖溶主要沿北東向分布，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，本場地巖溶發(fā)育與該地區(qū)區(qū)域分布的九江-靖安，武寧-銅鼓，白沙嶺等北東～北北東向斷裂分布大致一致。

圖2 場地大規(guī)模溶洞（高度＞2m）空間分布圖

4 高密度電阻率法在本場地巖溶勘察中的應用

由于部分鉆孔在鉆進過程中存在觸壁掉鉆現(xiàn)象及部分鉆孔存在多個溶洞的現(xiàn)象，為進一步查明溶洞規(guī)模，在加密鉆孔的同時，又增加了高密度電阻率法物探測試工作。

高密度電法屬于陣列勘探方法，基于傳統(tǒng)的對稱四極直流電測深法基本原理，是集電剖面法和電測深法為一體的一種電學層析成像方法。該方法主要以巖（礦）石的導電性差異為基礎，研究在施加電場的作用下地中傳導電流的分布規(guī)律，推斷地下具有不同電阻率的地質(zhì)體的賦存情況。尤其對第四系、風化層和含水層的反應較為敏惑，是基巖面探測、風化層判別、巖溶探查的有效勘探方法之一。

按照勘探目的及現(xiàn)場地形等實際條件布置高密度測線，共完成高密度電法測線3 條，通過對高密度電阻率法成果資料的綜合分析，得出該場地溶洞發(fā)育相對較集中，主要發(fā)育在揭露溶洞的幾個鉆孔周邊，工程區(qū)其它地段未發(fā)現(xiàn)有大規(guī)模巖溶。

5 結(jié)語與展望

本文通過對江西省瑞昌市某輸水泵站詳細勘察階段獲得的地質(zhì)資料的分析并結(jié)合高密度電阻率測試，探討了該工程場地巖溶發(fā)育規(guī)律。得出以下結(jié)論：

5.1 擬建場地共實施18 個鉆孔，揭露溶洞的鉆孔共有6個。見洞隙率為33.3%，線巖溶率8.81%，屬巖溶強發(fā)育場地。

5.2 本場地揭露的溶洞中，發(fā)育高度大于2m 的溶洞占57%，溶洞中空洞占比29%，有71%的溶洞被泥砂混合物半充填。

5.3 本場地巖溶主要沿北東方向分布，巖溶發(fā)育條帶方向與區(qū)域斷裂構(gòu)造大致一致。

5.4 根據(jù)鉆探資料結(jié)合完成的3 條高密度電法剖面結(jié)果，該場地溶洞發(fā)育相對較集中，其它地段無大規(guī)模巖溶。

5.5 擬建場地為強巖溶發(fā)育區(qū)，溶洞分布無規(guī)律性，因此在樁基設計和施工時應充分考慮此因素，根據(jù)鉆探資料揭露，本場地灰?guī)r層中見溶洞，為泥砂質(zhì)半充填溶洞或空洞，若樁端變形計算深度范圍內(nèi)存在溶洞，建議樁端穿過溶洞，到達穩(wěn)定巖層且有一定厚度。樁基施工前應進行“一樁一孔”的施工勘察。另外，對巖溶發(fā)育集中區(qū)域，建議進行避讓或?qū)υ搮^(qū)域采取注漿加固處理措施。

5.6 溶洞區(qū)樁基施工出現(xiàn)的問題主要包括“漏漿、塌孔、卡鉆、埋鉆、掉鉆、鉆孔傾斜”，據(jù)當?shù)毓こ探?jīng)驗，采取的措施主要為“拋填法、灌注混凝土填充法、泥漿護壁法、鋼護筒跟進法”等，該四種方案能夠較好的預防溶洞漏漿、塌孔、卡鉆、埋鉆事故的發(fā)生，前兩種方法能夠較好地改善鉆頭接觸溶洞下底板時遇到軟硬不均地層的情況，采用鋼護筒方法能夠?qū)︺@頭起到一定的限位作用，再輔以合適的操作方法，從而避免孔斜。另外，本場地基巖面起伏較大，易發(fā)生成孔傾斜現(xiàn)象，應采取適當?shù)氖┕すに嚧_保成樁順利。