淺談對巖溶地區工程地質勘察方法的探討

李瑞龍

（云南楚雄礦業有限公司 云南 楚雄675000）

前言

巖溶又稱喀斯特，是指可溶性巖石在水的溶蝕作用下，產生的各種地質作用、形態和現象的總稱。可溶性巖石包括碳酸鹽類、硫酸鹽類以及鹵素類的巖石，其中尤以碳酸鹽類的巖石分布最廣、最為常見，本文就碳酸鹽類巖石（石灰巖、白云巖等）中的巖溶勘察問題進行討論。

1巖溶地基類型

由于巖溶發育，往往使可溶巖表面石芽、溶溝叢生，參差不齊；地下溶洞又破壞了巖體完整性。巖溶水動力條件變化，又會使其上部覆蓋土層產生開裂、沉陷。這些都不同程度地影響著建筑物地基的穩定。

根據碳酸鹽巖出露條件及其對地基穩定性的影響，可將巖溶地基劃分為裸露型、覆蓋型、埋藏型三種。

1.1 裸露型

地表一般缺少植被和土層覆蓋，碳酸鹽巖大部分裸露于地表或其上僅有很薄（小于10米）的覆蓋土。它又可分為石芽地基和溶洞地基兩種。

(1)石芽地基：由大氣降水和地表水沿裸露的碳酸鹽巖節理、裂隙溶蝕擴展而形成。溶溝間殘存的石芽高度一般不超過3m。如被土覆蓋，稱為埋藏石芽。石芽多數分布在山嶺斜坡上、河流谷坡以及巖溶洼地的邊坡上。芽面極陡，芽間的溶溝、溶槽有的可深達10余米，而且往往與下部溶洞和溶蝕裂隙相連。基巖面起伏極大。因此，會造成地基滑動及不均勻沉陷和施工上的困難。

(2)溶洞地基：淺層溶洞頂板的穩定性問題是該類地基安全的關鍵。溶洞頂板的穩定性與巖石性質、結構面的分布及其組合關系、頂板厚度、溶洞形態和大小、洞內充填情況和水文地質條件等有關。

1.2 覆蓋型

碳酸鹽巖之上覆蓋層厚十幾米至幾十米，又可分為淺覆蓋型（上覆土層小于30米）和深覆蓋型（上覆土層大于30米）。這類土體可以是各種成因類型的松軟土，如風成黃土、沖洪積砂卵石類土以及我國南方巖溶地區普遍發育的殘坡積紅粘土。覆蓋型巖溶地基存在的主要巖土工程問題是地面塌陷、地基不均勻沉降等，對這類地基穩定性的評價需要同時考慮上部建筑荷載與土洞的共同作用。

1.3 埋藏型

碳酸鹽巖之上覆蓋有其它非可溶性的巖石，其厚度大小不一，當上部非可溶性巖石的厚度和強度能滿足建筑物的需要時，可不考慮下部巖溶的發育情況。

2勘察的目的和地基穩定性

巖溶場地勘察的目的在于查明對場地安全和地基穩定有影響的巖溶發育規律，各種巖溶形態的規模、密度、空間分布規律及其洞內的充填情況，可溶巖頂部上覆巖土體的厚度、空間分布及其工程性質，地表、地下水的循環交替規律等，并對建筑場地的適宜性和地基的穩定性作出確切的評價。根據已有勘察經驗，在巖溶場地勘察過程中，應查明與場地類型和對地基的穩定性進行評價：

2.1 各類巖溶的位置、高程、大小、形狀、延伸方向、頂板與底部狀況、圍巖(土)及洞內充填物性狀、塌落的形成時間與因素等。

2.2 巖溶發育與地層的巖性、結構、厚度及不同巖性組合的關系，結合各層位上巖溶形態與分布數量的調查統計，劃分出不同的巖溶巖組。

2.3 巖溶形態分布、發育強度與所處的地質構造部位、褶皺形式、地層產狀、斷裂等結構面及其屬性的關系。

2.4 巖溶發育與當地地貌發展史、所處的地貌部位、水文網及相對高程的關系。劃分出巖溶微地貌類型及水平與垂向的分布帶。闡明不同地貌單位上巖溶發育特征及強度差異性等多種問題。

3各階段巖溶地區建筑巖土工程勘察要求和方法

巖溶地區勘察不同于一般建筑場地的工程地質勘察。其顯著特點是始終將查明和分析巖溶的巖土體結構、穩定狀態及其潛在危害置于突出地位。在不同的勘察階段采用相應的勘察手段和技術方法，布置相應適當的勘察工作量。巖土工程勘察各階段的要求和方法是不同的，一般可分為：可行性研究勘察、初步勘察、詳細勘察、施工勘察等。

可行性研究勘察階段應查明巖溶洞隙、土洞的發育條件，并對其危害程度和發展趨勢作出判斷，宜采用工程地質測繪及綜合物探的勘察方法。

初步勘察階段應查明巖溶洞隙、土洞的發育程度和規律，并對場地的穩定性和建筑適宜性作出初步評價。巖溶洞隙及其伴生土洞、地表塌陷的分布、發育程度和發育規律，并按場地的穩定性和建筑適宜性進行分區。

宜采用工程地質測繪、鉆探及綜合物探方法，對物探發現有異常的地段，應選擇有代表性部位布置鉆探孔進行驗證核實，并在初劃的巖溶分區及規模較大的地下洞隙地段適當增加勘探孔，鉆探孔深應穿過表層巖溶發育帶。

詳細勘察階段應查明建筑物范圍或對建筑有影響地段的各種巖溶洞隙及土洞的狀態、位置、規模、埋深、圍巖和溶洞內的充填物性狀，地下水埋藏特征；評價地基的穩定性。在巖溶發育區的下列部位應查明土洞和土洞群的位置：（1)土層較薄、土中裂隙及其下巖體巖溶發育部位。(2)巖面張開裂隙發育，石芽或外露的巖體交接部位。(3)兩組構造裂隙交匯或寬大裂隙帶。(4)隱伏溶溝、溶槽、漏斗等，其上有軟弱土分布覆蓋地段。(5)降水漏斗中心部位。當巖溶導水性相當均勻時，宜選擇漏斗中地下水流向的上游部位；當巖溶水呈集中滲流時，宜選擇地下水流向的下游部位。(6)地勢低洼和地面水體近旁。

采用物探勘察時宜按建筑物軸線布置物探測線，并宜采用多種方法判定異常地段及其性質。對基礎下和鄰近地段的物探異常點或基礎點頂面荷載大于2000kN的獨立基礎，均勻布置驗證性鉆探孔。當發現有危及工程安全的洞體時，應采取加密鉆孔或物探等措施。必要時可采取頂板及洞內堆填物的巖土試樣進行物理力學性質試驗。其勘探應符合下列規定：

a.當基底下土層厚度不足時，應將勘探孔全部或部分鉆入基巖。當在預定深度內遇見溶洞時，應將勘探孔鉆入洞底以下一定深度(具體深度應根據建筑物所采用的基礎來確定)，一般不應小于洞底以下2m。b.當需查明淺埋巖溶的巖組分界、斷裂及巖溶土洞的形態或驗證其他勘探手段的成果時，應采取巖土試樣或進行原位測試，并應布置適量的探槽或探井。c.在土洞發育地段，應沿基礎軸線或在每個單獨基礎位置上以較大密度布置靜力觸探或小口徑釬探，查明土洞、地表塌陷的分布。

4施工勘察階段應針對某一地段或尚待查明的專門事項進行補充勘察和評價。當基礎采用大直徑嵌巖樁或墩基時，尚應進行專門的樁基勘察。應根據巖溶地基處理設計和施工要求布置勘察工作量，在土洞、地表塌陷地段，可在已開挖的基槽內布置觸探和釬探。對大直徑嵌巖樁或墩基，勘探點應按樁或墩布置，勘探深度應為其底面以下樁徑的3倍并不小于5m，當相鄰樁底的基巖面起伏較大時應適當加深。對重要或荷載較大的工程，應在墩底加設小口徑鉆孔，并應進行檢測工作。

5各種勘察方法的綜合應用

在巖溶場地進行工程地質勘察，應采用多種方法進行綜合勘察，各種方法的勘察成果可互相驗證,確保勘察資料的準確性。如對于裸露型的巖溶地區宜以工程質測繪和調查以及物探勘察的方法為主，以鉆探為輔的勘察方法；對于覆蓋型和埋藏型的巖溶地區則宜以物探勘察方法的為主，以工程質測繪和調查及鉆探為輔的勘察方法（當然對于大型的、重要的建筑物以及要采用樁基礎的建筑物應以鉆探方法為主，查明基礎持力層及其應力擴散范圍內的巖土體的巖溶發育情況）。因此在巖溶地區進行工程地質勘察物探是一種不可缺少的勘察方法，其又有多種方法可供選擇，如：高密度多極電法勘探、地質雷達、淺層地震、高精度磁法、聲波透視(CT)、重力勘探等。但為獲得較好的探測效果，必須注意各種物探方法的使用條件以及建筑場地的地形地貌、工程地質、水文地質條件。當條件允許時，應盡可能地采用多種物探方法綜合對比判譯，其中電法及地質雷達是采用比較多的方法。

電法是最常用的物探方法之一，在巖溶地區一般以電測深法和電剖面法為主。它們可以用來測定巖溶化地層的不透水基底的深度，第四系覆蓋土層下巖面的起伏情況，均勻碳酸鹽地層中巖溶發育的深度，地下暗河和溶洞的規模、分布深度、發育方向、地下水位，以及圈定強烈巖溶化地段和構造破碎帶的分布位置等。

在巖溶場地勘察中，地質雷達天然發射頻率一般集中在80～120MHz，穿透5～9m。在雷達剖面上，通常可以識別出石灰巖石芽、充填沉積物的落水洞、巖溶洞穴、豎井或溶溝。如同其他方法一樣，地質雷達不能識別巖土類型。因此它必須與鉆探相結合，以根據雷達剖面所獲得的異常布置鉆探而獲得更詳細準確的資料，同時也可檢驗雷達探測的準確程度，以獲得僅根據雷達剖面推測地下地質結構的可靠程度。

對物探勘察所揭露的異常地段，應采用鉆探的方法進行必要的驗證。

結束語

綜上所述，在特定的范圍內，由于巖溶發育的復雜性，要求我們采用多種勘察手段因地制宜地進行綜合勘察，避免單方法、單參數的多解性和局限性所造成的缺陷；首先采用工程地質測繪和調查以及物探的勘察方法，對下一步進行工程地質鉆探、原位測試等具有較強的指導意義，避免了工作的盲目性，提供了可靠的地質資料，提高地質勘察技術水平和效益。

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