貴州水城地區(qū)巖溶水文與工程地質問題研究

楊明江　余芳芳　董柏材　曾亞亞　陳小兵　李小雪

【摘 要】水城地區(qū)位于貴州省西部，由于特殊的地理條件，該地區(qū)有著典型的巖溶地貌，其中最具代表性的是淺部以巖溶洞穴，以及大型溶蝕裂隙。由于巖溶環(huán)境的存在，直接影響了水城地區(qū)的農業(yè)生產和工程建設，對水城地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展造成了直接影響。本文從水城巖溶水文環(huán)境的特點出發(fā)，結合工程地質問題，探討了水城縣地質災害發(fā)生的原因，并提出相應的防治措施，對同類水文地質條件下工程建設具有一定的參考意義。

【關鍵詞】巖溶;地基穩(wěn)定性;地下水;工程地質

中圖分類號： TU195;TU46 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）34-0229-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.34.108

0 引言

巖溶也被稱為喀斯特，英文詞匯為karst，指的是可以溶于水的可溶性巖石，其中較為具有代表性的是碳酸鹽類巖石，比如常見的石膏和石灰?guī)r，這一類的巖石會受到化學作用影響，形成比較薄弱和脆弱的沉積巖，從而形成熔巖地貌。這一地貌的形成條件比較特別，形成的形狀也不盡相同，有時會形成洞穴、溶洞、地下河以及各種峭壁等等?？λ固氐孛苍谌澜缍加蟹植迹貏e是地球頻繁的地殼運動和劇烈的氣候變化，喀斯特地貌變得越來越常見[1]。巖溶作用從本質上是一種化學作用，其過程是通過地下水為主要影響條件，地表水為次要影響條件，結合地理的機械過程，實現(xiàn)對可溶性巖石的改變。

在我國云貴高原以及湖南南部在內的多個地區(qū)都具有明顯喀斯特地貌的特征。本文以貴州西部水城地區(qū)為研究對象，該地區(qū)具備了典型的喀斯特地貌特質，從地理位置上這一地區(qū)處在云貴高原一、二級臺地斜坡上，地區(qū)內的巖溶地貌類型比較豐富和完備[2]。

1 水城地區(qū)巖溶的分布規(guī)律及發(fā)育特征

1.1 水城地區(qū)巖溶的分布規(guī)律

水城縣地處貴州西部，具有高而陡的山區(qū)環(huán)境，坡度較大，山谷較深，地理條件相對惡劣，幾乎每年都有自然災害的發(fā)生。該區(qū)域內分布著較多的碳酸鹽巖，另外該地區(qū)還是貴州省煤炭開采的重點區(qū)域。該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境比較脆弱，而且人為對環(huán)境的干預也較為強烈，特別是煤炭開采活動，造成該地區(qū)的災害的類型比較多。從地層及構造區(qū)域上看，水城地區(qū)所處的環(huán)境位于三個構造變形區(qū)的交錯位置，三個變形區(qū)之間互為依托和影響，導致該地區(qū)的地質構造相對而言比較破碎，而且?guī)r體不穩(wěn)定，這些條件都為該地區(qū)的自然災害的發(fā)生提供了直接影響。

1.2 水城縣巖溶發(fā)育特征

水城縣上覆土層的軟土層占的比例比較大，土層不均勻，地下水位明顯較高，下覆基巖所形成的地基條件也非常的不統(tǒng)一。巖溶環(huán)境下地下水和地表水都對可溶性的巖石具有腐蝕作用，使得水城區(qū)域內形成了比較多的溶洞、地下洞穴、溶溝和落水洞。由于這些紛繁復雜的巖溶地貌的形成，有些形成了具有觀賞性的巖溶巖。

2 巖溶地區(qū)工程地質問題及解決方案

2.1 主要工程地質問題

由于巖溶發(fā)育形成的各種地質構造，特別是該地區(qū)出現(xiàn)的巖溶管道，直接對當?shù)氐乃畮鞚B漏造成永久性的影響，由此產生了連鎖反應，導致了許多工程項目都遭受牽連，不得不停工甚至報廢。巖溶的發(fā)育，還直接對橋梁、房屋穩(wěn)定性造成威脅，甚至還導致了地面的下沉塌陷，建筑的坍塌問題也因此產生。另外，土層構造的不穩(wěn)定性導致水城地區(qū)幾乎每年都會發(fā)生山體滑坡，造成的經(jīng)濟損失難以估量。從工程建設的角度看，不均勻的土層結構直接導致施工難度大大增加，施工風險也隨之而來。水城地區(qū)常見的地質問題主要包括：

1）水庫建造等過程中出現(xiàn)的滲漏問題。

2）地下溶洞等導致的地基不穩(wěn)的問題。

3）地下洞室的穩(wěn)定性和突然涌泥、涌水等問題。

2.2 解決滲漏問題的處理方案

2.2.1 滲漏問題產生原因

滲漏問題主要集中在水庫建造以及使用過程中，發(fā)生了水體的滲漏，導致水庫遭受損失的情況。水庫滲漏問題在新修水利工程時最為常見[3-4]。對水庫滲漏問題進行研究，對滲漏的原因進行深入分析，并采取相應的防治措施，直接關系到整個工程的成功與失敗。

工程地質條件直接對建筑工程產生影響，特別是在巖溶地區(qū)，容易發(fā)生滲漏的工程地質以及環(huán)境條件的各類條件對巖溶發(fā)育的影響更為明顯。在巖溶地區(qū)，要修建一座水庫，其面臨的工程難度相較于其他的地質環(huán)境更高。因此，在建造水庫之前進行全方位的地質探討和考察，面對巖溶地區(qū)的特殊情況制定相應風險管控措施，特別是對巖溶發(fā)育規(guī)律進行充分探討，盡最大可能防止水庫滲漏的發(fā)生，將直接關乎整個工程的長遠利益。

水庫使用過程中，滲漏問題主要表現(xiàn)在壩體滲漏、壩基滲漏、繞壩滲漏等。壩體滲漏的原因與建筑所采用的土料質量和施工質量有關。另外，動物破壞也是水庫壩體滲漏的重要原因。壩基滲漏主要原因在于沒有按標準清理壩基，未設置截水槽等。繞壩滲漏與建造水庫所處的地質條件惡劣，壩岸接頭的防滲處理沒有達到標準;或者在建造過程中岸坡沒有設置截水槽等因素有關。

2.2.2 滲漏問題處理方案

防滲方法概括起來就是“避、堵、隔、圍、鋪、截、排（導）、觀”。

在對水壩進行選址時，避開有巖溶產生的地理環(huán)境，將選址之中存在的溶洞進行堵住，在施工過程之中設置防滲截流墻等設施。一般在壩址區(qū)多采用堵、鋪、截、導（排）的方法，在水庫庫區(qū)多采用堵、隔、圍的方法?？梢愿鶕?jù)現(xiàn)實需求進行單一方法的選擇或者結合多種方法進行處理。盡可能地減少巖體透水性，從外部或者內部堵截滲透通道。

2.3 地基穩(wěn)定性問題及處理方案

地基的穩(wěn)定性問題是在施工過程之中必須要考慮的關鍵因素，特別是在巖溶環(huán)境下，進行地基的穩(wěn)定處理十分關鍵和必要[5]。

2.3.1 地基不穩(wěn)及塌陷問題

地表水的存在導致和加速了巖溶作用的進程。石灰?guī)r由于巖溶作用，其表層會形成不規(guī)則的溶溝，在這些溶溝間會形成石芽，這些現(xiàn)象的最終導致地基高低不平，落差較大。另外，在石芽間和縫隙間會有軟土進入填充，這些軟土大大降低了整個地基的壓縮性，最終導致地基不平穩(wěn)，直接影響整個建筑的基礎，建筑完成后的可靠性和穩(wěn)定性也因此大大降低，以及不同程度的地表塌陷，地基滑動等。

2.3.2 地基穩(wěn)定性處理方法

1）填墊法：將混凝土漿或化學制劑進行充填或鋪墊的方法。

2）加固法：通常包括灌漿法、頂柱法、強夯法、擠密法、漿砌法等。

3）跨越法：包括板跨法、梁跨法、拱跨法等。

4）樁基法：此種方法經(jīng)常用于大型的溶洞、容易發(fā)生坍塌的地基環(huán)境。在遇到地基巖石不平整，或者不均勻，其上覆土層厚度不足、土質較差時，可以運用鉆孔的方式，或者沖孔灌注樁插入巖基中，也可以配合摩擦樁同步使用。

2.4 地下洞室穩(wěn)定性及處理方案

圍巖的頂、底板是拉應力分布的位置;周邊轉角處存在很大的剪應力;另外，洞室的高度直接決定了圍巖應力的分布情況。巖體土層結構也會影響洞室的穩(wěn)定性，當發(fā)生破壞與變形之后，圍巖會出現(xiàn)膨脹、隆起、坍塌等情況。通常而言，為了使圍巖穩(wěn)定性得以保證，首先要確保原巖的完好;另外需要增加保護裝置。為了確保施工過程中和施工完成后的穩(wěn)定性和可靠性，要采用多種方式相結合進行合理的施工，比如部分進行開挖，或者分部襯砌，導洞全面開挖、全面開挖等。加固方式也可以采用多種形式的人工加固，比如添加支撐裝置、噴填混凝土、灌入化學制劑或黏土等。

3 結語

貴州水城是貴州省工業(yè)重心之一，對水城地區(qū)的地質問題總結和探討，并且針對這些問題提出有效的防治方案和治理措施，使得資源得以充分開發(fā)利用，工程建設的可靠性和穩(wěn)定性大大提高，為巖溶區(qū)域地面塌陷的防治提出有效解決方案，對促進城市社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展提供了有力保障。

【參考文獻】

[1]周建普，李獻民，張可能.巖溶地基處理方法[J].礦冶工程，2002，2（1）：32-33.

[2]吳長敏，周亞馳.畢節(jié)地區(qū)巖溶區(qū)水庫滲漏類型及處理辦法[J].中國農村水利水電，2009（10）：125-129.

[3]趙瑞，許模.水庫巖溶滲漏及防滲研究綜述[J].地下水，2011，33（2）：20-22.

[4]李會中，郭飛，潘玉珍.水庫滲漏分類與處理措施研究[J].資源環(huán)境與工程，2017，31（4）：493-496.

[5]肖攀，萬軍偉，喻望.貴州水城盆地巖溶地面塌陷成因分析及防治對策[J].桂林理工大學學報，2015，35（2）：263-268.