淺談多種勘探方法在巖溶地基勘察中的應(yīng)用

李華秀，馬超，李新吉

（重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局107地質(zhì)隊(duì)，重慶401120）

引言

重慶市碳酸鹽巖出露面積達(dá)29600km2，占幅員面積的36%。在這些地區(qū)進(jìn)行工民建項(xiàng)目有其特有的巖土工程問(wèn)題。由于人類(lèi)的工程活動(dòng)頻繁，巖溶引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害問(wèn)題嚴(yán)重影響了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和安全，為避免不可預(yù)料的經(jīng)濟(jì)損失，確保工程質(zhì)量及人身安全，在工程勘察中需要開(kāi)展地基基礎(chǔ)巖溶探測(cè)工作。僅采用工程地質(zhì)鉆探，孔深一般十余米至數(shù)十米，能直觀(guān)地觀(guān)察巖心，但無(wú)法確定深部的巖溶發(fā)育特征、規(guī)模和空間分布格局。而地球物理勘探（簡(jiǎn)稱(chēng)物探），具有“透視性”、效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，應(yīng)采取多種勘探手段，相互驗(yàn)證。

重慶某職教中心實(shí)訓(xùn)基地工程位于重慶市某縣板溪鄉(xiāng)，位于碳酸鹽巖地區(qū)，地表巖溶較發(fā)育(見(jiàn)圖1)。為探明地下隱伏巖溶發(fā)育情況，為地基基礎(chǔ)評(píng)價(jià)及持力層的選擇提供依據(jù)，本次工作采用地球物理勘探方法探測(cè)巖溶，結(jié)合地面地質(zhì)調(diào)查及鉆探相印證，為地基基礎(chǔ)施工工作提供可靠保證及科學(xué)依據(jù)。

1 地球物理勘探方法

根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況，結(jié)合現(xiàn)在常用的方法，主要采用直流電法（高密度電法）和地質(zhì)雷達(dá)等方法，查明場(chǎng)地內(nèi)巖溶的分布范圍、規(guī)模大小、埋深情況及巖溶個(gè)體相互關(guān)系，分析研究巖溶特征和發(fā)育情況，有針對(duì)性地對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行正確評(píng)價(jià)，以提供科學(xué)依據(jù)。

1.1 高密度電法[3]

原理上屬于電阻率法的范疇，是電測(cè)深與電剖面的組合，其觀(guān)測(cè)點(diǎn)密度高，獲得信息量豐富，可同時(shí)探測(cè)水平和垂直方向上的電性變化的一種電法勘探方法。

1.2 地質(zhì)雷達(dá)

地質(zhì)雷達(dá)[2]是一種利用高頻電磁波來(lái)確定地下介質(zhì)分布的一種地球物理方法。它是沿用對(duì)空雷達(dá)的原理，由發(fā)射天線(xiàn)向地下發(fā)射脈沖電磁波，其中一部分是沿著空氣與介質(zhì)（巖土體）分界面?zhèn)鞑サ闹边_(dá)波，經(jīng)過(guò)時(shí)間t0后到達(dá)接受天線(xiàn)，為接收機(jī)所接收。另一部分傳入介質(zhì)內(nèi)，在其中若遇電性不同的另一介質(zhì)體（如其他巖土體、洞穴等），就發(fā)生反射和折射，經(jīng)過(guò)時(shí)間ts后回到接收天線(xiàn)，稱(chēng)為回波。根據(jù)所接收到兩種波的傳播時(shí)間來(lái)判斷另一個(gè)介質(zhì)體的存在并測(cè)算其埋藏深度。事后經(jīng)GRESWIN地質(zhì)雷達(dá)軟件處理，從而達(dá)到對(duì)地下隱蔽目標(biāo)物的探測(cè)。

2 工程地質(zhì)概況[1]

場(chǎng)地位于溶蝕中低山地貌，總體地勢(shì)北西高，南東低，由3個(gè)微地貌組成。北西部地形坡角為25～30o，屬陡坡；中部原始地形坡角為5～10o，屬緩坡，現(xiàn)狀因開(kāi)挖呈階梯狀地形，部分形成高邊坡；南東部地形坡角為65～80o，屬陡崖，崖頂標(biāo)高為630～655m，崖底標(biāo)高為564～588m，陡崖高90～110m，長(zhǎng)約1700m，主坡向約100～120o，因溶蝕作用及河流強(qiáng)烈下切作用形成，陡崖壁上發(fā)育6處危巖。

經(jīng)地面調(diào)查，區(qū)內(nèi)巖體中發(fā)育有構(gòu)造裂隙、卸荷裂隙、溶蝕裂隙三類(lèi)：①構(gòu)造裂隙主要發(fā)育有二組：L1組，產(chǎn)狀70～90°∠64～68°，延伸長(zhǎng)度3～8m，發(fā)育間距3～5m，張開(kāi)寬度3～10mm，無(wú)充填或少量巖屑充填，節(jié)理面較平直，為硬性結(jié)構(gòu)面，結(jié)合程度差；L2組，產(chǎn)狀0～10°∠74～82°，延伸長(zhǎng)度2～5m，發(fā)育間距1.5～3.0m，多數(shù)閉合，局部張開(kāi)3～20mm，少量巖屑充填，節(jié)理面較平直，為硬性結(jié)構(gòu)面，結(jié)合程度差。

②卸荷裂隙主要是陡崖應(yīng)力釋放回彈形成，沿陡崖帶邊緣斷續(xù)延伸，形成卸荷帶寬8～15m，延伸長(zhǎng)度一般3～15m，可見(jiàn)深度一般0.5～2.5m,最深達(dá)10.50m，張開(kāi)度為10～80mm不等，底部有少量巖屑充填。其延伸方向?yàn)?0～63°，與陡崖帶一致，呈北東走向，傾角近于直立。

③溶蝕裂隙是沿原構(gòu)造裂隙、卸荷裂隙的縫隙溶蝕作用進(jìn)一步加寬、加深所形成，空間特征隨時(shí)間呈動(dòng)態(tài)變化，其發(fā)育方向一般與構(gòu)造裂隙、卸荷裂隙的方向一致，一般沿裂隙兩壁充填鈣、泥質(zhì)物。

場(chǎng)地地表大部被第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）及殘坡積（Q4el+dl）粘土覆蓋，僅在場(chǎng)地內(nèi)人工切坡處見(jiàn)寒武系中統(tǒng)平井組(∈2p)白云質(zhì)灰?guī)r出露。①第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ml），灰白色、紫紅色，由粘土及灰?guī)r碎塊石組成，碎塊石粒徑2～110cm，硬質(zhì)物含量60%～80%。松散，稍濕。為場(chǎng)地整平拋填而成，回填時(shí)間半年以?xún)?nèi)。層厚0.00～9.00m，場(chǎng)地內(nèi)廣泛分布。②第四系全新統(tǒng)殘坡積層粘土（Q4el+dl）：黃褐色，可塑狀，層厚0.00～5.00m，主要分布在場(chǎng)地的北西側(cè)。③寒武系中統(tǒng)平井組(∈2p)白云質(zhì)灰?guī)r：巖質(zhì)堅(jiān)硬，巖溶發(fā)育，地表溶溝較發(fā)育。

場(chǎng)地地下水賦存形式主要為巖溶裂隙水。殘坡積粘土層為隔水層，透水性差，不含地下水。巖溶裂隙水主要賦存于碳酸鹽巖裂隙中，受降雨和地表水補(bǔ)給，經(jīng)裂隙向低處排泄。

場(chǎng)地內(nèi)及附近無(wú)滑坡、崩塌、塌陷、泥石流、采空區(qū)、地面沉降等不良地質(zhì)現(xiàn)象；場(chǎng)地所處斜（邊）坡穩(wěn)定，無(wú)變形跡象；場(chǎng)地的基巖為可溶性巖，場(chǎng)地的不良地質(zhì)作用主要是巖溶。

3 實(shí)踐應(yīng)用

3.1 物探工作

該次高密度電法采用的儀器為重慶地質(zhì)儀器廠(chǎng)生產(chǎn)的DUK-2A高密度電法測(cè)量系統(tǒng)（表1）。

表1 該次高密度電法所采用儀器及各自數(shù)量

測(cè)量方式及存儲(chǔ)方式如圖2:

圖2 測(cè)量方式及存儲(chǔ)方式

A，M，N，B（其中A、B為供電電極，M、N為測(cè)量電極），隨著極距系數(shù)由n（MIN）逐漸增大到n(MAX)，四個(gè)電極之間的間距也均勻拉開(kāi)。

地質(zhì)雷達(dá)采用的儀器為SIR-3000地質(zhì)雷達(dá)及配套設(shè)施（美國(guó)勞雷公司）。

高密度電法共布設(shè)了8條物探剖面，總長(zhǎng)998m，電極距3m，測(cè)試點(diǎn)數(shù)3299點(diǎn)。布置地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)剖面共90條，總長(zhǎng)3018m,測(cè)點(diǎn)距0.1m，共30180個(gè)點(diǎn)（工作量見(jiàn)表2和表3）。

表2 高密度電法工作量統(tǒng)計(jì)表

表3 地質(zhì)雷達(dá)工作量統(tǒng)計(jì)表

3.2 異常驗(yàn)證

高密度電法Wn4剖面(圖3：ZK14～ZK23方向)，長(zhǎng)度180m。從高密度電法推測(cè)地質(zhì)解譯成果圖可知：

圖3 14號(hào)樓WN4剖面高密度探測(cè)成果

測(cè)線(xiàn)總體土層較淺，地表為碎石和基巖。巖體視電阻率約為130Ω·m～1500Ω·m。在測(cè)線(xiàn)起點(diǎn)位置至30～50m左右埋深5m以下有一不規(guī)則低阻異常，推斷為破碎帶，布設(shè)鉆孔ZK25對(duì)此異常進(jìn)行驗(yàn)證。在距起點(diǎn)105m至150m左右埋深10m至20m左右存在一低阻異常，推斷為溶洞，為帶狀。

地質(zhì)雷達(dá)第14#—10#位置：

圖4 14#樓10#位置雷達(dá)探測(cè)剖面圖

由圖4可以看出：從地面以下0～25m范圍內(nèi)雷達(dá)波反射較紊亂，說(shuō)明地下巖層較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，在10m處有小溶洞存在。布設(shè)鉆孔ZK103對(duì)此異常進(jìn)行驗(yàn)證。

圖5 鉆孔柱狀圖

由鉆探驗(yàn)證結(jié)果（圖5）可知：ZK25鉆孔深度為15.1m，孔深8.80～11.50mm為溶洞，充填黃色粘土。ZK103鉆孔深度為20.0m，孔深6.50～9.60m為溶洞，充填黃色粘土?？梢?jiàn)，鉆探驗(yàn)證情況與物探成果基本吻合。

3.3 地基處理建議

通過(guò)物探測(cè)試和鉆探驗(yàn)證表明：擬建場(chǎng)地內(nèi)13號(hào)樓～16號(hào)樓，19-1號(hào)樓、19-2號(hào)樓、20-1號(hào)樓、20-2號(hào)樓地基均存在大面積的巖溶破碎帶。針對(duì)場(chǎng)地內(nèi)發(fā)育的溶洞和特殊性巖土，需進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥幚?。處理建議為：

(1)對(duì)于淺埋的溶洞，首先清除其中的粘土，填入碎石、塊石，將洞底與基巖面的通道堵塞，回填混凝土或灌漿處理。

(2)對(duì)于深埋的溶洞，建議基礎(chǔ)采用樁基，通過(guò)鉆孔對(duì)溶洞進(jìn)行注漿或基礎(chǔ)穿過(guò)溶洞，進(jìn)入下部穩(wěn)定基巖。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）地球物理勘探方法與鉆探相結(jié)合，可以彌補(bǔ)鉆探工作以點(diǎn)代面的缺陷；同時(shí)鉆探的驗(yàn)證也彌補(bǔ)了物探方法的定量精度低及多解性問(wèn)題。

（2）對(duì)于巖溶地區(qū)采用多種勘探方法，可有效地查明巖溶地基的巖溶發(fā)育情況，綜合成果對(duì)所探測(cè)的巖溶問(wèn)題提出具體的地基處理建議，避免了下一步地基基礎(chǔ)處理的盲目性。

[1]馬超，李新吉.重慶市某職教中心實(shí)訓(xùn)基地工程巖土工程勘察報(bào)告[R].重慶市江北地質(zhì)工程勘察院,2010.

[2]劉傳正.地質(zhì)災(zāi)害勘查指南[M].北京：地質(zhì)出版社，2008：283-303.

[3]《工程地質(zhì)手冊(cè)》編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè) （第四版）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2008：81-82.