公路工程巖溶區(qū)勘察方法研究

于 卿

(北京市軌道交通建設管理有限公司，北京 100037)

隨著我國經(jīng)濟技術(shù)的發(fā)展及西部大開發(fā)戰(zhàn)略的不斷深入，西南地區(qū)高等級公路項目不斷上馬，而西南地區(qū)普遍巖溶發(fā)育，全面準確的查明巖溶區(qū)工程地質(zhì)條件對公路工程建設尤為重要，因此本文對巖溶區(qū)巖溶的發(fā)展機理及主要勘察方法進行了簡要闡述。

1 巖溶及巖溶發(fā)育的影響因素

1.1 巖溶與巖性的關(guān)系

巖石成分、成層條件和組織結(jié)構(gòu)等直接影響巖溶的發(fā)育程度和速度。一般來說，硫酸鹽類和鹵素類巖層巖溶發(fā)育速度較快;碳酸鹽類巖層則發(fā)育速度較慢。質(zhì)純層厚的巖層，巖溶發(fā)育強烈且形態(tài)齊全，規(guī)模較大;含泥質(zhì)或其他雜質(zhì)的巖層，巖溶發(fā)育較弱。結(jié)晶顆粒粗大的巖石巖溶較為發(fā)育;結(jié)晶顆粒細小的巖石巖溶發(fā)育較弱。

1.2 巖溶與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系

大地構(gòu)造和地質(zhì)構(gòu)造因素控制巖層的分布，決定地下水的循環(huán)和運動特征，影響巖溶的發(fā)育格局。

1)節(jié)理裂隙:裂隙的發(fā)育程度和延伸方向通常決定了巖溶的發(fā)育程度和發(fā)展方向。在節(jié)理裂隙的交叉處或密集帶，巖溶最易發(fā)育。2)斷層:在斷裂構(gòu)造發(fā)育地質(zhì)，斷層往往成為地下水的良好通道，所以沿斷裂帶是巖溶顯著發(fā)育地段，常是控制巖溶形成和發(fā)育格局的主要因素。3)褶皺:褶皺軸部一般巖溶較為發(fā)育。在單斜地層中，巖溶一般順層面發(fā)育。在不對稱褶曲中，較陡峭一翼巖溶比平緩一翼發(fā)育。4)地層組合及產(chǎn)狀的影響:地層的不同組合特征構(gòu)成不同的水文地質(zhì)斷面，同時也控制了巖溶的空間分布格局。可溶性巖與非可溶性巖接觸帶或不整合面巖溶往往發(fā)育。

1.3 巖溶與新構(gòu)造運動的關(guān)系

地殼強烈上升地區(qū)，巖溶以垂直方向發(fā)育為主;地殼相對穩(wěn)定地區(qū)，巖溶以水平方向發(fā)育為主;地殼下降地區(qū)，既有水平發(fā)育又有垂直發(fā)育，巖溶發(fā)育較為復雜。

1.4 巖溶與地形的關(guān)系

地形陡峭、巖石裸露的斜坡上，巖溶多呈溶溝、溶槽、石芽等地表形態(tài)發(fā)育;地形平緩地帶，巖溶多以漏斗、豎井、落水洞、塌陷洼地、溶洞等形態(tài)為主。

1.5 水對巖溶發(fā)育的影響

河流水系是內(nèi)陸巖溶區(qū)巖溶水的排泄基準面，水體同巖層產(chǎn)狀關(guān)系對巖溶發(fā)育亦有一定影響，當水體與層面反向或斜交時，巖溶易于發(fā)育;水體與層面順向時，巖溶不發(fā)育?？偟膩碚f，巖溶發(fā)育程度和規(guī)模呈向地表深處減弱、漸小的趨勢。

1.6 巖溶與氣候的關(guān)系

氣候?qū)r溶發(fā)育的影響，主要表現(xiàn)在降水量和氣溫的變化及氣候?qū)χ脖簧L的影響上。在高溫多雨、植被茂盛地區(qū)，巖溶作用強烈，普遍發(fā)育成大型的溶蝕洼地、坡立谷、孤峰、峰林和洞穴系統(tǒng)為特征的巖溶地貌;而在中、高緯度的干旱和半干旱地區(qū)，巖溶發(fā)育一般較弱。

2 巖溶的不良影響

對工程來說，巖溶發(fā)育的不良影響主要有以下幾個方面:

1)巖溶發(fā)育石芽、溝槽等地貌，造成基巖面起伏較大，導致其上覆土質(zhì)地基壓縮變形不均。在土層較厚的溶溝、槽底部，往往又有軟弱土存在，更加劇了地基的不均勻性。2)巖溶洞穴頂板變形造成地基失穩(wěn)，尤其是一些淺埋、扁平狀、跨度大的洞體，其頂板巖體受數(shù)組結(jié)構(gòu)面切割，在自然或人為作用下，有可能坍塌陷落造成地基的局部破壞。3)巖溶水的動態(tài)變化對建、構(gòu)筑物的使用造成不良影響。旱季時，在某一深度的巖體可能呈干燥狀態(tài)，雨季可突發(fā)涌水，水位和水量驟變，如補給源位置較高，管狀裂隙水流在巨大動水壓力作用下可突然涌出，沖毀公路路基，對公路正常運營造成影響。另外，由于地下水的升降變化造成土洞現(xiàn)象的發(fā)生也會對公路正常運營造成隱患及影響。

3 巖溶勘察方法

不同地質(zhì)時代的可溶性巖層，在漫長的地質(zhì)作用下形成的巖溶形態(tài)千差萬別、錯綜復雜，由于巖溶在空間上發(fā)育的不均一性，造成巖溶地區(qū)的地質(zhì)情況非常復雜，因此在進行巖溶區(qū)勘察時，通常采用工程地質(zhì)調(diào)繪、地球物理勘探、工程地質(zhì)鉆探等幾種方法綜合運用來進行，以期取得較為滿意的成果，下面主要結(jié)合工程實例進行說明。

3.1 工程地質(zhì)調(diào)繪

工程地質(zhì)調(diào)繪是工程地質(zhì)勘察中最主要、最基本的勘察方法。在巖溶地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察中，應主要查明該地區(qū)的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、巖溶地下水狀況、巖溶發(fā)展狀況等，是巖溶地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察工作的關(guān)鍵，通常采用地表測繪及洞穴調(diào)查相結(jié)合的方法進行。

3.1.1 地表測繪

貴州省沿河—德江高速公路地處貴州省東北部，線路所經(jīng)區(qū)域地層巖性主要為白云巖、灰?guī)r，巖溶較為發(fā)育，K87+600～K87+500馬頭山隧道段巖性主要為婁山關(guān)群第三段(∈2-3ls3)白云巖，隧道進口段溶溝、溶槽等地表溶蝕現(xiàn)象發(fā)育，且溶洞等存在5個集中段落;出口段左側(cè)見“V”形陡崖且出口段分布大面積巖溶洼地，經(jīng)工程地質(zhì)調(diào)繪進出口段基本處于同一高程，因此可推測穿越隧道段可能存在地下暗河等巖溶通道。

3.1.2 洞穴調(diào)查

甘南州合作市—冶力關(guān)鎮(zhèn)公路工程巴拉什3號大橋2號墩，施工人工挖孔樁期間揭露埋藏型溶洞，對橋梁樁基持力層的選取等造成不良影響。經(jīng)進入溶洞實地勘察，發(fā)現(xiàn)溶洞底板基巖面呈20°傾角單向傾斜且存在直徑約60 cm落水洞向深部延伸，因此若該溶洞底板下仍存在溶洞等巖溶空洞，則落水洞附近底板應為最薄弱處，應重點查明該處底板是否滿足樁基持力層要求。

3.2 地球物理勘探

地面物探方法適用于工程前期勘察階段，應充分利用被探測對象的物性條件合理使用，并與其他勘探方法相配合，對所測得的物探資料進行綜合分析。調(diào)查表層巖溶的方法主要有:電法、探地雷達、地震勘探、地溫法等;探測孔間巖溶的物探方法有:層析成像、綜合測井。

重慶酉陽—沿河高速公路重慶段，K19+000～K19+400段為三疊系嘉陵江組(T1j)灰?guī)r及白堊系正陽組(K2z)礫巖交界處，巖溶發(fā)育強烈，對高速公路建設造成很大影響，必須查明該區(qū)域溶洞頂板厚度等參數(shù)為路基施工圖設計提供依據(jù)。詳細勘察過程中，沿路線主線布設2條縱向、以60 m間距布設橫向高密度電法測線對該段進行地球物理勘探(見圖1)，經(jīng)測試并解譯，貫穿整個剖面發(fā)現(xiàn)有3條條帶狀低阻異常，3條帶異常兩兩相交，編號為WT-1，推測可能為巖性差異或巖石破碎或巖溶發(fā)育引起;距測線約34 m～42 m，埋深約為10 m～17 m處發(fā)現(xiàn)一低阻異常，編號為WT-2，推測可能為巖石破碎或巖溶發(fā)育引起。經(jīng)過對物探結(jié)果結(jié)合鉆探成果進行綜合驗證、判別，對該段巖溶發(fā)育狀況進行了揭示，為路基施工圖設計提供了較為詳實的參考資料。

圖1 高密度電法電阻率等值線圖

圖2 馬頭山隧道100 m～105 m巖芯

3.3 工程地質(zhì)鉆探

在巖溶區(qū)勘察中，工程地質(zhì)鉆探主要目的是了解一定深度范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育狀況，以便更好的查明場區(qū)巖溶發(fā)育情況。貴州省沿河—德江高速公路馬頭山隧道(見圖2)，經(jīng)地球物理勘探揭露洞身段存在部分高阻及低阻異常帶，推測為巖溶空洞及溶蝕裂隙較發(fā)育地帶，經(jīng)工程地質(zhì)鉆探鉆孔揭露，92 m～105 m段巖芯均較為破碎，與物探解譯成果所揭示低阻異常帶符合較好，為該隧道圍巖分級提供了依據(jù)。

［1］工程地質(zhì)手冊編委會.工程地質(zhì)手冊［M］.第4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

［2］貴州省交通廳.巖溶地區(qū)公路工程地質(zhì)勘察方法指南［Z］.

［3］JTG C20-2011，公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范［S］.

［4］GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范［S］.