南水北調(diào)淇河第三系巖溶（溶蝕孔洞）成因分析

□韓桃明（河南省水利勘測有限公司）

1.概述

南水北調(diào)淇河建筑物屬南水北調(diào)中線一期工程總干渠穿淇河河渠交叉建筑物，當施工基坑開挖至建基面時發(fā)現(xiàn)多處充填軟塑～流塑狀軟土的孔洞，經(jīng)進一步分析為巖溶（溶蝕孔洞），需進一步詳細勘察，并查明其成因、組成成分、分布范圍和發(fā)展趨勢，評價對建筑物的影響，提出處理建議。

2.水文地質(zhì)概況

淇河為常年性河流，由于河流的側(cè)向侵蝕，兩岸不對稱，右岸為侵蝕岸，發(fā)育有Ⅱ級階地，岸坡陡峭，崖最高15m左右。左岸為堆積岸，發(fā)育有漫灘和Ⅰ、Ⅱ級階地，岸坡呈臺階狀。

工程區(qū)勘察深度范圍內(nèi)主要為第四系全新統(tǒng)、上更新統(tǒng)、中更新統(tǒng)、下更新統(tǒng)和上第三系中新統(tǒng)鶴壁組地層，為土巖雙層結(jié)構(gòu)。上覆第四系松散層主要為黃土狀土、壤土和卵礫石組成；下伏上第三系軟巖由泥灰?guī)r、粘土巖及砂礫巖組成。

工程場區(qū)地下水按其賦存條件及水動力特征可分為潛水和上第三系基巖裂隙巖溶承壓水。潛水∶主要賦存于第四系卵石層及上第三系泥灰?guī)r中，形成統(tǒng)一的含水層。一般豐水期河水補給地下水，枯水期地下水補給河水。地下水位隨季節(jié)而變化，其動態(tài)類型主要為入滲－徑流型。含水層主要接受大氣降水和側(cè)向徑流補給，通過蒸發(fā)和向下游徑流排泄。上第三系基巖裂隙巖溶承壓水，承壓水主要賦存于泥灰?guī)r中。

3.巖溶發(fā)育情況

當南水北調(diào)淇河建筑物施工基坑開挖至上第三系泥灰?guī)r時，發(fā)現(xiàn)有4處充填軟塑～流塑狀粘土質(zhì)軟土的溶蝕孔洞。在通過物探和鉆探相結(jié)合的方法對場區(qū)內(nèi)溶蝕孔洞的分布進行了勘察，在2217m2基礎(chǔ)上共發(fā)現(xiàn)物探異常13處，鉆探異常8個，主要位于上第三系泥灰?guī)r中，影響面積可劃分為6處分區(qū)，溶蝕影響面積約29～250m2不等，溶蝕影響面積總計達617m2，占總面積的29%，溶蝕孔洞內(nèi)充填軟塑～流塑狀粘土質(zhì)軟土，強度很低。

4.巖溶（溶蝕孔洞）成因分析

巖溶是指水和可溶性巖石相互作用而產(chǎn)生的一種物理地質(zhì)作用和現(xiàn)象。巖溶是不斷流動的地表水、地下水與可溶巖相互作用的產(chǎn)物。巖溶是溶蝕作用和巖溶現(xiàn)象的總稱。因此第一具有可溶性巖石；第二具有溶蝕能力的水（或水必須具有侵蝕能力）；第三巖石的透水性和水在其中能不斷流動被稱為巖溶發(fā)展的4個基本條件。只有具備這4個條件，巖溶作用才能進行。結(jié)合工程場區(qū)的地形地貌、水文氣象、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件等對淇河場區(qū)巖溶（溶蝕孔洞）形成機理分析如下：

場區(qū)下伏上第三系軟巖主要為泥灰?guī)r和粘土巖，泥灰?guī)r主要礦物為碎屑礦物和粘土礦物，其中碎屑礦物含量60%～80%，成分主要為石英和方解石，以方解石為主；粘土礦物含量20%～40%，粘土礦物主要成分有蒙脫石和伊利石，以蒙脫石為主。泥灰?guī)r主要礦物成分為方解石，為可溶性巖石。因此場區(qū)具備了具有可溶性巖石的條件。

場區(qū)泥灰?guī)r微裂隙發(fā)育，泥灰?guī)r屬中等透水性，賦存承壓水，地下水循環(huán)交替條件和滲透性一般屬中等程度,承壓水水化學(xué)類型為HCO3-Ca-Mg型水，pH值6.5，屬弱酸性水，對混凝土具分解類一般酸性型弱腐蝕性。因此場區(qū)具備了巖石中等透水性及具有溶解能力的水的條件。

場區(qū)位于太行山東麓丘陵與沖洪積平原的交接部位，具河谷地貌形態(tài)。淇河為常年性河流，四季流水不斷，洪水期河水補給地下水，枯水期兩岸地下水補給河水。場區(qū)上部松散層（卵礫石層）賦存潛水，下伏上第三系泥灰?guī)r及砂礫巖賦存承壓水，場區(qū)上部潛水循環(huán)交替徑流條件較好，下部泥灰?guī)r承壓水徑流（循環(huán)交替）條件略差。因此場區(qū)具備了水在巖石中能不斷流動的條件，但流動性相對稍差。

因此場區(qū)泥灰?guī)r（可溶巖體）屬中等透水性及具有溶解能力的水（具弱酸性的承壓水）是巖溶作用的物質(zhì)基礎(chǔ)。承壓水在泥灰?guī)r中循環(huán)及交替條件，是控制巖溶發(fā)育程度的根本條件。巖溶是在漫長的地質(zhì)年代中發(fā)育、形成的。在一定地質(zhì)環(huán)境條件下，可溶性泥灰?guī)r被地下水溶蝕、遷移、沉積的全過程即巖溶作用的過程，場區(qū)溶蝕孔洞及其充填軟土是巖溶作用的結(jié)果。巖溶孔洞中充填的軟塑～流塑狀由粘土礦物組成的軟土是泥灰?guī)r和粘土巖溶蝕風(fēng)化潛蝕產(chǎn)物或為地下水運動帶進孔洞的沉積物。

5.發(fā)展趨勢

巖溶發(fā)育的特點和強度除與可溶性巖石及水的化學(xué)成分有很大關(guān)系外，在相當大的程度上取決于水的循環(huán)交替條件的特點，而水的循環(huán)交替條件往往受該區(qū)地形地貌、水文氣象、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件決定。結(jié)合工程場區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件，對本區(qū)巖溶發(fā)育特點、強度和發(fā)展趨勢簡單分析如下：泥灰?guī)r地層中分布有一定范圍的巖溶孔洞，呈垂直或水平方向片狀分布。巖石特性是巖溶發(fā)育的內(nèi)在因素，泥灰?guī)r巖性以方解石為主，但含20%～40%粘土礦物，該層泥灰?guī)r巖性不純，含較多粘土礦物雜質(zhì)，故巖溶發(fā)育強度受到一定的限制，相對石灰?guī)r較弱。泥灰?guī)r深埋淇河河床以下14～25 m之間，該層泥灰?guī)r僅微裂隙發(fā)育，屬中等透水性，故地下水（承壓水）逕流強度及滲透速度（循環(huán)交替條件）為弱～中等程度。承壓水中游離的CO2和侵蝕CO2含量都很低。綜合分析判斷工程場區(qū)泥灰?guī)r巖溶發(fā)育和溶蝕孔洞分布范圍及深度有限，僅局部發(fā)育，為局部性危害，僅需在建筑物場區(qū)內(nèi)進行處理。

6.處理建議

泥灰?guī)r存在6處溶蝕孔洞分布區(qū)，加之承壓地下水的浸泡、施工擾動，使具中等～強膨脹性的泥灰?guī)r地基強度明顯下降，需采取綜合性的加固處理措施：采取將建基面以下2m范圍內(nèi)泥灰?guī)r全部挖除，換填加筋水泥土等處理措施，換填部位以下的基礎(chǔ)只清除巖溶和溶蝕孔洞內(nèi)充填物，用C10混凝土進行回填，為防止工程運行后溶蝕繼續(xù)發(fā)展對地基產(chǎn)生影響而危及建筑物，需采取措施減緩泥灰?guī)r中地下水流動，采用厚度0.5 m的截滲墻對建基面以下至相對不透水層進行全封閉處理。