巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘察關(guān)鍵技術(shù)

田兆成

摘要：本文對(duì)巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘察的技術(shù)方法進(jìn)行總結(jié)分析，以便在實(shí)際巖溶工程地質(zhì)建設(shè)中對(duì)應(yīng)選取最佳勘察技術(shù)，同時(shí)也能保障巖溶地區(qū)工程質(zhì)量，提升工程進(jìn)度，方便類似工程參考學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：巖溶地區(qū);地質(zhì)勘察;關(guān)鍵技術(shù)

Abstract： This article summarizes and analyzes the technical methods of engineering geological survey in karst areas， so as to select the best survey technology in actual karst engineering geological construction. At the same time， it can also guarantee the quality of karst areas， improve the progress of the project， and facilitate the reference and study of similar projects.

0? 引言

巖溶地區(qū)地質(zhì)具備復(fù)雜性和不均勻性，因此巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘察工作就較為困難，若僅僅采取傳統(tǒng)的地質(zhì)勘察技術(shù)，是不可能對(duì)巖溶地區(qū)的地質(zhì)有一個(gè)全面掌握，地質(zhì)勘察工作的不到位，會(huì)直接影響后期工程質(zhì)量，由此可知，了解巖溶地區(qū)地質(zhì)狀況顯得至關(guān)重要。

1? 簡(jiǎn)述巖溶地區(qū)地質(zhì)類型

巖溶會(huì)隨著生長(zhǎng)時(shí)間的不同表現(xiàn)出不同的外形，巖溶表面多為凹凸不平，巖溶會(huì)在地下水或者地表水的腐蝕作用下，將低其本身的強(qiáng)度;同時(shí)會(huì)在水流的沖擊下，使得巖體本身出現(xiàn)程度不一的凹陷或者裂縫，這都會(huì)在一定程度上降低巖溶的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響地面建筑物的地基穩(wěn)定性。為了方便對(duì)地質(zhì)進(jìn)行針對(duì)性勘察，依據(jù)巖體的穩(wěn)定性及其暴露特征，會(huì)將巖溶地區(qū)的地質(zhì)分為以下三種類型：

1.1 裸露型? 這一類型的巖體通常是會(huì)被土層或者植被覆蓋，且大部分巖體會(huì)直接裸露在地表，注意的是覆蓋的土層或者植被很薄，不會(huì)太厚。對(duì)裸露型巖體進(jìn)一步劃分，可將其劃分為石芽地基和溶洞地基兩種，其中石芽地基大多分布于山谷的斜坡位置或者河流谷坡位置，石芽地基的巖面參差不齊，會(huì)直接影響地表建筑物的穩(wěn)定性，會(huì)加大施工難度。溶洞地基的性質(zhì)取決于巖溶性質(zhì)，巖溶的表面構(gòu)造和巖溶的分布地區(qū)會(huì)直接影響巖溶地基的穩(wěn)定性，加強(qiáng)溶洞頂板建設(shè)能夠有效提升地基的安全系數(shù)。

1.2 覆蓋型? 依據(jù)巖體本身覆蓋厚度的不同，可將劃分為深覆蓋層和淺覆蓋層兩種，其中巖體上部覆蓋層高于30m的稱為深覆蓋層，對(duì)應(yīng)巖體上部覆蓋層低于30m的稱為淺覆蓋層。覆蓋層通常為不同類型的土層或者砂石層。

1.3 埋藏型? 該類型的巖體位于地質(zhì)的最深處，巖體表面大多會(huì)覆蓋厚度不一的非可溶性巖體，該類型的巖溶地質(zhì)類型會(huì)對(duì)加固地基穩(wěn)定性有很大的促進(jìn)作用，即埋藏型巖體的地基穩(wěn)定性較高。

2? 常用的地質(zhì)勘察方法

2.1 地質(zhì)測(cè)繪? 地質(zhì)測(cè)繪環(huán)節(jié)共分為地表測(cè)繪和洞穴調(diào)查兩個(gè)環(huán)節(jié)。

首先，介紹地表測(cè)繪，在展開地表測(cè)繪之前要先全面了解和地質(zhì)相關(guān)的各種要素，分析施工現(xiàn)場(chǎng)的巖溶分布情況及地下水運(yùn)動(dòng)特征，具體可由以下幾點(diǎn)展開：①觀察施工現(xiàn)場(chǎng)的巖溶地層和非巖溶地層二者在水平、垂直方向的分布狀況，以及搞清楚二者之間的相互作用;②在實(shí)際的測(cè)繪地區(qū)，巖溶地層內(nèi)會(huì)有不同力學(xué)性質(zhì)的巖體結(jié)構(gòu)，需要分析各巖體之間的聯(lián)系及差異，掌握不同力學(xué)性質(zhì)巖體結(jié)構(gòu)的運(yùn)行方向;③依據(jù)天然水及地下水的分布特征，判斷其是否和暗河系存在關(guān)聯(lián)，方便后期洞穴調(diào)查。

其次，介紹洞穴調(diào)查，洞穴調(diào)查由兩部分內(nèi)容組成：①搞清楚洞穴的具體形態(tài)，分析洞穴形態(tài)和地質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)，注意洞穴頂板高度的測(cè)量以及頂板結(jié)構(gòu)面的測(cè)量，為后期鉆研巖溶的發(fā)展規(guī)律和頂板穩(wěn)定性提供可靠的數(shù)據(jù)資料;②查清楚地下水的水流走向，可利用鉆研地下通道來分析地面各天然水點(diǎn)的聯(lián)系。

2.2 地球物理勘探? 由于物體的不同物理性質(zhì)而進(jìn)行勘察的方法稱為地球物理勘探，通常依據(jù)不同物體特征，將地球物理勘探細(xì)分為電阻率法、電位法、電磁法、聲波探測(cè)法、頻率探測(cè)法以及放射性測(cè)井法等。用于勘察巖溶病害的方法主要包括高密度電阻率法、自然電位法、視電阻率法以及探地雷達(dá)法，接下來將詳細(xì)對(duì)這幾種勘察技術(shù)進(jìn)行闡述：

2.2.1 高密度電阻率法? 其工作原理和常規(guī)的電阻率法基本一致，不同之處在于高密度電阻率法在實(shí)際測(cè)量時(shí)設(shè)立了較高密度的觀測(cè)點(diǎn)，且在具體測(cè)量時(shí)，直接將全部電極設(shè)置在間距相同的觀測(cè)點(diǎn)處，之后展開觀測(cè)。高密度電阻率法會(huì)使用到現(xiàn)代化的自動(dòng)控制理論，以及大規(guī)模的集成電路，由于其涉及的電極數(shù)量較多，各電極之間可自由配對(duì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效、快捷的信息獲取。

2.2.2 自然電位法? 自然電位法在實(shí)際勘察時(shí)，除了會(huì)使用到人工電場(chǎng)外，還會(huì)使用到天然電場(chǎng)，人工電場(chǎng)顧名思義就是利用人工進(jìn)行發(fā)電，天然電場(chǎng)是一種直流電場(chǎng)，其電場(chǎng)大小和地下水的運(yùn)行狀況、巖體電化學(xué)特性以及礦石的電化學(xué)活動(dòng)性緊密相關(guān)，全面研究天然電場(chǎng)的分布特征，可以高效解決礦物勘察、水文地質(zhì)問題。通常含水量豐富的巖體，其固體顆?？删邆湮截?fù)離子的性能，巖體表面吸附的負(fù)離子，在經(jīng)由地下水時(shí)和水中的正離子發(fā)生反應(yīng)，最終形成順?biāo)鞣较驗(yàn)楦唠娢?、逆水流方向?yàn)榈碗娢坏碾妶?chǎng)。

2.2.3 視電阻率法? 該勘察方法是基于巖層電阻率，依據(jù)電流場(chǎng)的分布特征，深層次分析不同深度的地下地質(zhì)構(gòu)造的一種方法。工作人員通過不斷的更改供電電極極距，來測(cè)量不同深度的地質(zhì)的具體電阻率，同時(shí)借助專業(yè)化的設(shè)備對(duì)不同觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行處理，通過收集到的不同深度的地質(zhì)電阻率值，對(duì)應(yīng)繪制對(duì)應(yīng)圖紙或者曲線，地質(zhì)材料結(jié)合其他指標(biāo)材料，就可較為精確的計(jì)算出地質(zhì)覆蓋厚度、結(jié)構(gòu)破損位置以及巖層的起伏面。

2.2.4 探地雷達(dá)法? 探地雷達(dá)法是一種借助超高頻短脈沖電磁波來研究勘察地下介質(zhì)的一種方法，通過對(duì)不同介質(zhì)進(jìn)行分析，會(huì)得出不一樣的雷達(dá)剖面成像，利用成像、地質(zhì)特征以及鉆探信息可以高效劃分出不同截止面，同時(shí)可以精確勘察到介質(zhì)的內(nèi)部構(gòu)造。

2.3 工程鉆探? 在諸多地質(zhì)勘察技術(shù)中，工程鉆探技術(shù)是使用率最高的一種方法，但美中不足之處在于該方法較為耗時(shí)。工程鉆探技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，其不僅可以準(zhǔn)確獲取到鉆探地層狀況，而且能夠展開鉆孔原位試測(cè)，可對(duì)獲取到的巖土進(jìn)行室內(nèi)分析，最終獲得較多、較精確的巖土資料。僅受到條件限制不能使用工程鉆探，其余任何情況都會(huì)使用到工程鉆探技術(shù)。工程鉆探技術(shù)，可以準(zhǔn)確掌握一定深度范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育狀況，同時(shí)可根據(jù)工程特征對(duì)應(yīng)化的布置鉆孔。

2.4 遙感技術(shù)? 遙感技術(shù)是較為現(xiàn)代化和智能化的一種勘察方法，其勘察的范圍廣、信息大，能夠多次循環(huán)使用，而且遙感技術(shù)獲取到的圖像能夠真實(shí)準(zhǔn)確的呈現(xiàn)出地表特性，圖像還可以將各地質(zhì)的空間聯(lián)系完美展現(xiàn)，遙感技術(shù)在辨別巖溶地質(zhì)地貌、巖溶層組分以及內(nèi)部構(gòu)造方面具備不可替代的作用，遙感技術(shù)在我國南方巖溶地區(qū)工程中使用更為頻繁。其中遙感技術(shù)中的熱紅外遙感、側(cè)視雷達(dá)遙感、航空遙感以及地球資源衛(wèi)星遙感被經(jīng)常使用在不同巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘察工作中。

2.5 靜力觸探? 靜力觸探的對(duì)象主要是軟土、黏性土以及砂礫土，其主要目的是勘察軟土、黏性土以及砂礫土的承重能力。靜力觸探方法能夠勘察其他技術(shù)不能勘察的地質(zhì)地層，且已經(jīng)取得了相當(dāng)優(yōu)秀的成效。針對(duì)覆蓋型巖溶地區(qū)工程，靜力觸探可勘察覆蓋層內(nèi)部是否存在隱蔽性土洞，分析土洞的規(guī)格、位置。靜力觸探的工作原理為：首先準(zhǔn)確獲取地質(zhì)的穩(wěn)定性，對(duì)地質(zhì)進(jìn)行區(qū)域劃分，之后在對(duì)應(yīng)性的進(jìn)行靜力觸探孔的分布工作，依據(jù)工程實(shí)際情況，勘察地質(zhì)是否出現(xiàn)異樣，研究地質(zhì)層是否存在土洞，鉆研地質(zhì)層是否出現(xiàn)裂縫。靜力觸探的結(jié)果具備真實(shí)可靠性，在長(zhǎng)春部分工程中已經(jīng)得到論證。

3? 不同巖溶地區(qū)工程的勘察技術(shù)

在選取巖溶地區(qū)工程技術(shù)時(shí)，需要結(jié)合不同地段巖溶的發(fā)育特征及類型進(jìn)行針對(duì)性分析，設(shè)計(jì)出合適的勘察方案，有效調(diào)整勘察工作進(jìn)度，確定勘察范圍，精確展開合理性的勘察技術(shù)研究工作。

3.1 巖溶補(bǔ)給區(qū)和徑流區(qū)工程勘察技術(shù)? 不論是巖溶補(bǔ)給區(qū)域還是徑流區(qū)域，在實(shí)際勘察時(shí)，都要嚴(yán)格遵循一定的勘察順序，即先對(duì)地面進(jìn)行全面檢測(cè)，在熟悉巖溶發(fā)育特征、分布狀況的基礎(chǔ)上，選取合適的物理探測(cè)方法，對(duì)可能會(huì)存有覆蓋型巖溶的區(qū)域、隱蔽土洞和地下溶洞的工程，要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)特征選取適當(dāng)?shù)目辈焓侄?。將不同工程類型總結(jié)為以下三種，具體的勘察技術(shù)也會(huì)進(jìn)行詳細(xì)介紹：

①普通工民建勘察。先對(duì)工程進(jìn)行地面調(diào)查，之后對(duì)核心地段和重要的建筑地基實(shí)施高密度電阻率探測(cè)和加密鉆探，依據(jù)工程狀況可適當(dāng)進(jìn)行加深孔深，最終實(shí)現(xiàn)地質(zhì)工程的穩(wěn)定性和強(qiáng)度。

②橋梁樁基勘察。先對(duì)工程進(jìn)行地面調(diào)查，對(duì)地質(zhì)巖溶的發(fā)育狀況進(jìn)行分析，之后再展開勘察物探環(huán)節(jié)。由于地下巖溶發(fā)育的區(qū)域存在不確定性，為了保障勘察技術(shù)的準(zhǔn)確性，可在每個(gè)樁位處加設(shè)勘探孔，切記勘探孔的深度要大于樁基長(zhǎng)度，用以保障樁基的穩(wěn)定性。

③水庫區(qū)域和壩區(qū)的勘察。通常施工單位是不會(huì)在巖溶區(qū)域建設(shè)水庫，若發(fā)生特殊情況，一定要在巖溶區(qū)域建設(shè)水庫，可在建設(shè)前期進(jìn)行地面調(diào)查和物探操作，借助鉆探、壓水試驗(yàn)，觀察庫區(qū)是否存在漏水情況，注意壩區(qū)勘探孔的設(shè)置范圍要多于一般非巖溶區(qū)域，同時(shí)要將古溶洞進(jìn)行充分填充，避免水壓對(duì)其進(jìn)行潛蝕。

3.2 巖溶排泄區(qū)工程勘察技術(shù)? 巖溶排泄區(qū)，多是盆地裸露型巖溶，或者盆地覆蓋型巖溶，巖溶排泄去的地質(zhì)條件非常復(fù)雜多變，再加上傳統(tǒng)的勘察技術(shù)測(cè)量比較片面，因此要采取全面性的勘察技術(shù)進(jìn)行深層次分析，以便更好的預(yù)防巖溶危害。

①對(duì)于裸露型巖溶排泄區(qū)工程的勘察，要嚴(yán)格遵守“先調(diào)查，后全面勘探”的勘察順序，在普通的裸露型巖溶工程中，已經(jīng)對(duì)該勘察技術(shù)做了詳細(xì)介紹，可參考學(xué)習(xí)。

②盆地覆蓋型巖溶排泄區(qū)工程的勘察。在對(duì)該類型巖溶排泄區(qū)進(jìn)行實(shí)際勘察時(shí)，切忌進(jìn)行片面勘探，要全面系統(tǒng)性的去分析鉆研。在前期收集和調(diào)查勘探信息時(shí)，要對(duì)該區(qū)域的水文、地質(zhì)和地貌進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)存在的巖溶危害做好防治。

4? 結(jié)束語

面對(duì)巖溶地區(qū)的地質(zhì)勘察這種相對(duì)復(fù)雜的工程，我們要學(xué)會(huì)冷靜處理，結(jié)合工程的實(shí)際情況及地質(zhì)特征，通過調(diào)查和物探的方式進(jìn)行全面勘察，在了解巖溶發(fā)育規(guī)律及走向的基礎(chǔ)上，做好準(zhǔn)確的防范措施，本文通過詳細(xì)介紹各種地質(zhì)勘察技術(shù)，促進(jìn)人們對(duì)各類勘察技術(shù)的了解及掌握，進(jìn)而提升巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘察的效率和質(zhì)量。

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