巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘察方法探討

【摘要】

巖溶地區(qū)是指由石灰?guī)r、灰?guī)r、石膏、鹽巖等溶蝕能力強(qiáng)的地層組成的地區(qū)。由于巖溶地區(qū)獨(dú)特的地質(zhì)構(gòu)造和土壤特性，巖溶地區(qū)的工程建設(shè)面臨著諸多困難和挑戰(zhàn)。因此，工程地質(zhì)調(diào)查在巖溶地區(qū)工程建設(shè)中顯得尤為重要和必要。從巖溶地區(qū)的特點(diǎn)出發(fā)，闡述巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘探的方法和應(yīng)用技術(shù)，以期為巖溶地區(qū)工程建設(shè)提供有益的參考。

【關(guān)鍵詞】

巖溶地區(qū)； 地質(zhì)勘察； 方法

【中圖分類號】P624【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

［定稿日期］2023-08-01

［作者簡介］李明（1989—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)閹r土工程勘察。

1 巖溶地基類型

巖溶是一種典型的巖溶類型，在其發(fā)展過程中，地表常出現(xiàn)溶溝、石芽等溶蝕現(xiàn)象，而地下溶洞又會在水流等力學(xué)因素的共同作用下，破壞巖石的完整性，從而形成巖溶地貌。巖溶基礎(chǔ)有多種類型，現(xiàn)將其分為覆蓋型、裸露型和埋藏型三種。

1.1 覆蓋型

碳酸鹽巖蓋層厚度在10～100 m之間，有淺蓋層（30 m以下）和深蓋層（30 m以上）之分。這種土壤既有風(fēng)成黃土，也有沖洪積砂卵石土，也有在我國南部巖溶地區(qū)廣泛分布的殘坡積紅黏土。地表塌陷和不均勻沉降是覆蓋型巖溶地基面臨的突出問題，其穩(wěn)定性評估需綜合考慮上部結(jié)構(gòu)和土體的相互作用。

1.2 埋藏型

碳酸鹽巖表層為紅土等松散土層所覆蓋，使熔巖受到水流的侵蝕，最后形成了埋在松散土層下的巖溶。一般情況下，不溶性巖石的大小、厚度各有不同，若不溶性巖石的強(qiáng)度和厚度足以承受上部結(jié)構(gòu)所需的承載力，則不應(yīng)考慮其巖層下部的巖溶發(fā)育情況。埋藏型巖溶的種類主要有石芽、溶溝、溶斗、溶蝕洼地等，勘察人員要利用雷達(dá)技術(shù)，直接監(jiān)測巖溶中的流水動態(tài)的壓力，并科學(xué)、合理地利用智能化的監(jiān)控，對埋藏型巖溶進(jìn)行有效的勘察。

1.3 裸露型

通常情況下，表層缺乏植被和土壤，大多數(shù)碳酸鹽巖石暴露在外，或者只有極薄的表層（10 m以下）?？蓪⑵鋭澐譃閮深悾簬r漿型基礎(chǔ)和巖溶型基礎(chǔ)。

（1）巖漿型基礎(chǔ)：在暴露的碳酸鹽巖節(jié)理裂隙中，通過溶出的雨水與地面水分的擴(kuò)散而形成。在巖溶裂隙中，殘留的巖石芽體通常只有3 m高。如果被泥土所掩蓋，叫做掩埋的巖石。其主要發(fā)育于山嶺斜坡、河流谷地和巖溶低地的斜坡。芽體表面十分陡峭，芽體之間的溶溝、溝槽有的可達(dá)到10 m以上，并常與較低的溶穴或溶蝕裂縫連通。巖石表面有很大的波瀾。這將導(dǎo)致基礎(chǔ)出現(xiàn)不均勻沉降，給工程帶來很大的難度。

（2）巖溶基礎(chǔ)：巖溶洞穴基礎(chǔ)上淺層巖溶洞穴頂部的穩(wěn)定是這類基礎(chǔ)能否保證其安全性的重要因素。溶洞頂板的穩(wěn)定與巖性、構(gòu)造面的展布與組合關(guān)系、頂板厚度、溶洞形狀與尺寸、洞內(nèi)充填狀態(tài)以及地下水位等因素密切相關(guān)。

2 巖溶區(qū)地質(zhì)勘察目的

所謂地質(zhì)勘探，是用科學(xué)的方法，用一種科技設(shè)備或者是一種設(shè)備，采集到的地質(zhì)數(shù)據(jù)，然后由專家和學(xué)者進(jìn)行分析，最終的目的，就是為了了解地基的承載力，從而決定基礎(chǔ)的類型。在礦產(chǎn)普查中，發(fā)現(xiàn)具有工業(yè)意義的礦床，為查明礦產(chǎn)的質(zhì)和量，以及開采利用的技術(shù)條件，提供礦山建設(shè)設(shè)計(jì)所需的礦產(chǎn)儲量和地質(zhì)資料，對一定區(qū)域內(nèi)的巖石、地層、構(gòu)造、礦產(chǎn)、水文、地貌等地質(zhì)情況展開調(diào)查研究工作。而地質(zhì)調(diào)查則是為了弄清地表巖溶地帶、土壤和植被系統(tǒng)的構(gòu)造、水循環(huán)和相關(guān)養(yǎng)分的遷移等；地表巖溶地帶的蓄水作用在此基礎(chǔ)上，對巖溶山區(qū)的巖溶水資源進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的對策。地下蓄水池對水資源進(jìn)行水文調(diào)節(jié)。巖溶山區(qū)土壤沙化（土壤侵蝕）因子的量化評估，以及土壤侵蝕治理工程措施與效果評估；并對該地區(qū)的土地覆被和沙漠化進(jìn)行了動態(tài)監(jiān)測和綜合效益評估。由于喀斯特區(qū)域地面水資源異常缺乏，且經(jīng)常發(fā)生洪水，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。但該地區(qū)地下水資源十分豐富，其產(chǎn)流率可達(dá)50%～80%。在亞熱帶巖溶區(qū)30%～40%，在溫帶地區(qū)10%～20%。因此，研究結(jié)果表明，巖溶地區(qū)在某種程度上會影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

3 巖溶地區(qū)的地球物理特征與地質(zhì)調(diào)查

3.1 地球物理特征

對同一材料而言，其電阻率與水分含量有著很大的關(guān)系，濕潤條件下的巖石電阻率較干燥條件下的低。很多時候，巖石并不是很致密，而是有孔洞，孔洞內(nèi)有水，當(dāng)含水量增大時，巖石的電阻率就會急劇下降。同樣的道理，哪怕是同樣的溫度，不同的巖石，其電阻率也是不一樣的。

由于不同深度的巖性差異，巖石的電阻率隨深度變化較大，而由于巖溶區(qū)的裂縫發(fā)育，使得大氣在巖石中富集，從而顯著提高了巖石的電阻率。這樣，就會形成一個電阻率先升高，然后驟降的土工模型。

3.2 地質(zhì)調(diào)查

巖溶地區(qū)調(diào)查方法是針對巖溶地區(qū)的特點(diǎn)而提出的。通過巖溶地區(qū)調(diào)查和地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查，了解巖層、溶洞、地下水系統(tǒng)、巖石風(fēng)化程度、巖石穩(wěn)定性的構(gòu)造和結(jié)構(gòu)特征，為后續(xù)工程建設(shè)提供基礎(chǔ)資料。在巖溶地區(qū)勘查中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注地下水環(huán)境和巖溶地區(qū)災(zāi)害。對地下水環(huán)境進(jìn)行水文地質(zhì)勘探，了解水文地質(zhì)、水質(zhì)、水量。針對喀斯特地質(zhì)災(zāi)害，開展災(zāi)害調(diào)查和風(fēng)險評估，制定災(zāi)害防治措施。

巖溶地區(qū)普遍存在著大量的水資源，而地下水又十分豐富。在此基礎(chǔ)上，在進(jìn)行地質(zhì)勘探的過程中，必須要得到詳細(xì)的地層劃分和水文地質(zhì)數(shù)據(jù)，通過鉆探的方式來確定基巖的類型，從而全面地評價巖溶的發(fā)育狀況和分布范圍。

在巖溶地區(qū)，以碳酸鹽巖類為主，以方解石、白云石為主。顆粒結(jié)構(gòu)主要為泥屑、微細(xì)碎屑和砂屑。

4 巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘察要點(diǎn)分析

4.1 前期調(diào)查

前期調(diào)查工作主要利用工程地質(zhì)測量法和物理綜合測量法，并以網(wǎng)格法進(jìn)行調(diào)查，以確定區(qū)域內(nèi)的巖土構(gòu)造狀況，勘探鉆孔的首要目標(biāo)是找到構(gòu)造堅(jiān)硬的基巖表面，以便為工程設(shè)計(jì)提供依據(jù)。在部分勘探孔檢測到了巖溶洞隙之后，要明確巖溶發(fā)育的分布、規(guī)模以及影響范圍。應(yīng)對勘察方案進(jìn)行調(diào)整。

（1）為了查明巖溶的位置，并確定巖溶分界。

（2）通過對各勘探井眼的對比分析，了解地層的基本構(gòu)造，從而決定下一步的主要勘探層位。

4.2 有針對性調(diào)查

在前期調(diào)查成果的基礎(chǔ)上，詳細(xì)調(diào)查有針對性地進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)巖溶仍是以鉆孔探測為主。

（1）進(jìn)一步加大鉆孔深度，保證每一鉆孔都能滿足有關(guān)規(guī)范的要求。

（2）對每個勘探層位采取不同的測量方法，測量結(jié)果具有一定的代表性。

（3）在勘查時，要特別關(guān)注溶洞，特別是溶洞上面的土層，找出溶洞不穩(wěn)定區(qū)。

（4）嚴(yán)格控制回程，并對鉆孔及鉆孔情況做好記錄與判別，對部分薄弱區(qū)域作好圈定與劃分，以利于控制與分析。

5 巖溶地區(qū)工程地質(zhì)勘察的方法

巖溶地區(qū)的地質(zhì)地貌情況十分復(fù)雜，在開展勘探工作的時候，不能僅僅依靠槽探、坑探等傳統(tǒng)的方法來進(jìn)行，而是要在對巖溶地區(qū)的各種情況進(jìn)行詳細(xì)的了解之后，進(jìn)行勘探工作才具有實(shí)際意義。所以，在施工的時候，首先要作地質(zhì)調(diào)查。在此基礎(chǔ)上，采用一種科學(xué)，行之有效的方法對地質(zhì)調(diào)查進(jìn)行研究。

5.1 鉆探

在工程地質(zhì)勘察中，鉆井是最為直接的一種勘查方法。尤其是在鐵路工程勘察中，由于其運(yùn)輸及設(shè)備的搬運(yùn)、安放都比較困難，所以在巖溶區(qū)進(jìn)行地球物理勘探就顯得非常重要。在交通便利的地方，鉆井法都可以應(yīng)用。鉆探工作是為了對一定深度范圍內(nèi)的巖溶發(fā)育情況進(jìn)行了解，特別是在地表沒有巖溶現(xiàn)象或有覆蓋層的時候，要與地質(zhì)調(diào)查和物探數(shù)據(jù)相結(jié)合，并以工程具體情況為依據(jù)布置鉆孔。在工程地質(zhì)勘察中，采用了很多種鉆探方式，所以必須針對不同的情況，選擇合適的鉆探方式和機(jī)械。除此之外，為了通過鉆孔對地下的地質(zhì)狀況有更好地認(rèn)識，并與鉆探相結(jié)合，經(jīng)常需要進(jìn)行諸如鉆孔壓水試驗(yàn)或抽水試驗(yàn)之類的水文地質(zhì)工作。

5.2 采用遙感技術(shù)

遙感技術(shù)是一種用于探測和識別目標(biāo)物的完整發(fā)展過程的技術(shù)，它的基本原理是利用電磁輻射的原理，將遙遠(yuǎn)的目標(biāo)物輻射成為電磁波信息，通過探測器接收，傳送到地面上的接收站，最后由接收站對其進(jìn)行處理，形成具體的圖像或數(shù)據(jù)。在這一過程中，將現(xiàn)代物理學(xué)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)學(xué)與地球科學(xué)的有關(guān)原理進(jìn)行了綜合運(yùn)用。通過使用遙感技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)大范圍地呈現(xiàn)巖溶地貌形態(tài)，并且可以從宏觀上，具體、真實(shí)地展示地表特征和地表的現(xiàn)象之間的關(guān)系，尤其是在對巖溶層組劃分和地質(zhì)構(gòu)造等方面，尤其適用。

5.3 地球物理勘探

利用物探技術(shù)對巖溶進(jìn)行檢測，是巖溶地區(qū)勘查中的一種重要方法。在巖溶洞穴與它的圍巖之間，通常會有比較顯著的密度、速度和電性等物理特性的差別。當(dāng)前，適合于巖溶勘察的物探方法有：電阻率法、微重力法、鉆孔電磁波透視法、五極縱軸電測深法、地震層析成像技術(shù)、瞬變電磁法、地質(zhì)雷達(dá)等。地球物理勘探技術(shù)的綜合運(yùn)用，有效地確定了該地區(qū)的分布范圍、埋藏深度及發(fā)育狀況。

5.4 采用靜力觸探技術(shù)

靜力觸探法是一種用于確定軟土、黏性土和沙質(zhì)土承載能力的方法，其應(yīng)用范圍很廣。在蓋面型巖溶的工程地質(zhì)勘察中，采用靜力觸探方法，以確定是否存在隱藏的土洞，土洞的大小和埋藏位置，以及疏松裂隙帶的分布和范圍。其方法為：根據(jù)鉆探和地球物理資料，對其進(jìn)行初步的穩(wěn)定劃分，并有目的地布設(shè)靜力觸探孔位，并結(jié)合實(shí)際條件，通過分析靜力觸探PS-h的異常值，來判斷是否存在土洞或裂縫。

將靜力觸探應(yīng)用于覆蓋型巖溶工程地質(zhì)勘查，可解決鉆探、物探等手段受限于技術(shù)、資金或場地等問題，并可用于探明覆蓋層內(nèi)潛在侵蝕的分布范圍及強(qiáng)度。在綜合勘查過程中，正確運(yùn)用靜力觸探方法，可大大提高勘查質(zhì)量，縮短勘查時間。另外，將靜力觸探和其他物理勘探方法聯(lián)合使用，還能發(fā)現(xiàn)地下埋藏的洞穴和受擾動的地層。

5.5 激光掃描技術(shù)

激光掃描技術(shù)在地表測量和數(shù)字化建模方面具有較高的精度和可靠性，可以獲得精確的地形地貌數(shù)據(jù)。特別是在巖溶地區(qū)，激光掃描技術(shù)可以獲取巖體的分布、形態(tài)、表面特征等方面的信息，為工程勘探提供科學(xué)、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

激光掃描技術(shù)是一種非接觸式測量技術(shù)，可以通過激光掃描儀對地表進(jìn)行高精度測量和數(shù)字化建模，獲得詳細(xì)的地形地貌數(shù)據(jù)。在巖溶地區(qū)，由于地形復(fù)雜、地質(zhì)多樣，傳統(tǒng)的調(diào)查方法難以獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。而激光掃描技術(shù)可以獲得高精度、高分辨率的巖體信息，為工程勘察提供了可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

激光掃描技術(shù)可以獲取巖體的分布、形態(tài)、表面特征等方面的信息，對工程勘探具有重要意義。在建設(shè)項(xiàng)目中，工程勘察需要對地質(zhì)條件進(jìn)行準(zhǔn)確的評價，以確定施工方案，保證工程安全。在巖溶地區(qū)，激光掃描技術(shù)可以獲得詳細(xì)的巖體信息，更準(zhǔn)確地評價地質(zhì)條件，為工程勘探提供科學(xué)準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料。

6 結(jié)束語

從本文的總結(jié)可以看出，在巖溶地區(qū)的工程地質(zhì)勘察是非常復(fù)雜的，在實(shí)際勘察中，要根據(jù)工程的具體情況，選用適當(dāng)?shù)目辈旆椒ǎ蛊浞袭?dāng)?shù)氐那闆r，同時要避免對單一方法、單一參數(shù)的局限。在建筑施工之前進(jìn)行工程地質(zhì)勘察，能夠有效地控制施工過程中的不確定性，從而確保工期，降低工程費(fèi)用。

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