綜合勘探法在巖溶地區中應用

■張翔

（深圳市巖土綜合勘察設計有限公司 廣東深圳 518172）

綜合勘探法在巖溶地區中應用

■張翔

（深圳市巖土綜合勘察設計有限公司 廣東深圳 518172）

結合工程案例針對工程具體情況，綜合考慮現場工程地質條件，采取了綜合和合理的有效勘察方法，并對工作區作出正確的評價，提出合理方案和建議。

地質勘察方法巖溶地區特點

由于經濟的發展，在巖溶地區的工程建設項目也越來越多，在此類地質條件下地質勘察中遇到的問題也越來越多，由于可溶性碳酸鹽巖在國內分布比較廣泛，要掌握其勘察方法就要了解巖溶發育規律及特性，針對不同的特點和規律采取對應的勘察方法和技術。

1 巖土工程勘察方法及探測技術

在巖溶地區，巖土工程勘察分析方法及巖溶探測技術，除了常規的鉆探手段外，目前國內主要采用以下方法或手段。

（1）工程地質調查與測繪：包括巖溶地形地貌調查、地層巖性、水文地質調查、測量及試驗等內容的野外調查，能夠從宏觀上把握巖溶發育的分布和特點，并據此進一步進行工程地質勘探工作，該方法簡單，方便實用，能獲得直觀的野外工程地質基礎資料。

（2）地球物理勘探：適用于對巖體中復雜的巖溶洞穴進行探測，除了電阻率（電剖面和電測深）法、高密度電法、無線電波透射法、地面地震反射波法、聲波透射法、微重力法、射氣測量等以外，80年代以后發展起來的探地雷達GPR（地質雷達）、層析成像（CT）技術等在巖溶工程地質勘察中也得到了廣泛的應用，尤其是在確定巖溶溶洞、土洞及塌陷等的分布、形態和充填情況時，發揮了很大的作用。針對巖溶塌陷的形成機理復雜，其發生具有突發性和隱蔽性，采用監測地面沉降、地面和房屋開裂的方法來監測塌陷，效果并不好，而采用地質雷達等直接監測和巖溶管道系統中水（氣）壓力的動態變化傳感器自動監測的間接監測技術來監測塌陷則能取得較好的效果。在查明大范圍的區域巖溶發育和深部巖溶的分布規律方面，地球物理勘探是最理想的方法之一，但探測的準確程度受場地的干擾、技術人員的解釋水平等因素影響。

（3）遙感技術：地球資源衛星遙感（MSS、TM、SPOT）、航空遙感、熱紅外遙感、側視雷達遙感等在70年代引進我國以后，具有調查面積大，重復性好等特點，對于研究巖溶地貌形態、巖溶層組劃分、地質構造等都能取得較好的效果，被廣泛應用于巖溶地區的工程地質勘察工作，該技術一般用于大型工程選址，而一般的工業與民用建筑用得不多。

（4）工程地質原位測試技術：主要采用原位標準貫入試驗、動力觸探試驗等測定溶洞和土洞中充填物、巖溶塌陷堆積物的工程地質性質和地基土承載力，該技術在各巖溶地區有較成熟的應用經驗，施工簡單，成本較低，應用廣泛。

（5）示蹤試驗：用示蹤劑（熒光染料等）進行巖溶地下水聯通試驗以及長期觀測的研究，以查明巖溶的發育程度和溶洞相互連通、分布情況，該方法簡單，較方便可靠，但不適用于無地下水的溶洞。

（6）模型試驗：采用一定尺寸規模的試驗裝置，模擬砂、土層在各種條件下（如不同水動力條件）的巖溶地基的穩定性或巖溶塌陷過程，一般用于巖溶塌陷的研究。

（7）插釬：用一定長度鋼釬（筋）按一定的間距插人上覆土層，用來查明土層中是否發育有巖溶土洞，該方法還具有施工簡單，經濟實用的特點。

（8）管波探測法：管波探測法是在鉆孔中利用“管波”作為探測物理場，探測孔旁一定范圍內的溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層等不良地質體的最新孔中物探方法，即利用樁位中心的一個勘察鉆孔，通過發射管波，采集記錄并分析管波反射信號，就可探明整個樁位范圍內的巖溶、軟弱夾層及裂隙帶的發育和分布情況，并評價嵌巖樁基樁持力層的完整性。根據《巖土工程勘察規范》，當在施工勘察階段采用大直徑嵌巖樁時，應對樁位進行專門的樁基勘察，勘察點應逐樁布置，勘探的深度應不小于樁底以下樁徑的3倍并不小于5 m。目前，工程上一般采用一樁一孔或一樁多孔鉆探方式進行樁位勘察，一樁一孔鉆探往往會遺漏孔旁的巖溶，一樁多孔鉆探則勘察成本高、工期長。而管波探測法作為輔助勘察的物探新方法，既準確可靠，又大大降低了勘察成本，勘察工期也大幅縮減。

2 不同巖溶發育地區的勘察方法與技術

巖溶地區工程勘察還必須根據不同地段巖溶發育特點、類型，結合工程特點選擇勘察手段和方法，合理布置工作量，確定研究范圍，有針對性地進行勘察和研究。

2.1 巖溶補給區和徑流區工程勘察方法和手段

巖溶補給區和徑流區工程勘察的總體原則是：先進行地面調查，了解巖溶發育情況、分布特征，并結合物探方法（電測深，高密度電法，淺層地震，地質雷達等），判斷可能存在覆蓋型落水洞的區域和地下溶洞、土洞的發育位置，再結合工程情況采取有效的方法和手段進行重點勘探。

①一般工民建勘察：在地面調查和適宜物探的基礎上，對重點地段和具體建筑地基進行高密度釬探和加密鉆探，適當加深孔深，以滿足評價工程地質穩定性要求。

②橋梁樁基礎勘察：先進行地面調查和物探，對巖溶發育進行評價，再進行勘探。在巖溶發育區，由于地下巖溶發育位置不易確定，最好每棵樁位打一或多個勘探孔，孔深要大于樁長，以確保樁基穩定。

③水庫庫區和壩區勘察：一般不宜在巖溶地區建水庫，必須修建時在地面調查和物探的基礎上，采用系統的鉆探、壓水試驗和必要的連通試驗，評價庫區滲漏情況，壩區勘探布孔范圍要比一般非巖溶地區大，并注意充填古溶洞，因其在庫水壓力下有產生潛蝕管涌的可能。

2.2 巖溶排泄區工程勘察

巖溶排泄區多為盆地邊緣裸露型巖溶排泄帶或盆地覆蓋型巖溶，其工程地質問題是一個復雜的系統環境工程地質問題，要采用系統的方法進行勘察研究。一般局部的、淺部的工程勘察很難發現和評價可能產生的巖溶危害。

①裸露型巖溶排泄區（帶）的勘察，遵循先調查再重點集中勘探的原則。一般裸型巖溶工程地質問題比較清楚，以調查為主再結合必要的物探。__

②盆地埋藏型巖溶區工程勘察。覆蓋型巖溶區工程勘察不能限于局部勘探，要進行較大范圍的系統分析研究。在調查和收集有關勘探資料，水文工程地質資料的基礎上，對可能產生巖溶危害的地段采用物探（淺層地震，地質雷達，高密度電法等）、抽水試驗和鉆孔勘探等綜合方法進行勘察研究。除了進行一般的工程地質評價外，還要專門對可能產生的巖溶危害問題進行評價，以提供處理方案。

2.3 巖溶地區進行工程勘察綜合方法的運用

在巖溶地區進行工程勘察工作，不能機械的應用某一種方法解決問題，應根據實際情況綜合運用各種勘察手段，充分全面地對巖溶地區的工程場地作出正確評價和判斷，為工程的下一步工作提供全面正確的地質勘察資料，下面是一個綜合方法運用的實例。

某水庫勘察，該水庫位于南河流域仁和坪向斜南翼“U”形河谷內，溶洞、洼地、落水洞較發育，河流兩岸群峰聳立，峽谷切割深度大，兩岸陡峭。近期開發河段河床底部基巖大都裸露，河床覆蓋厚度3～5 m。水庫巖溶勘探方案為：在全面地質測繪的基礎上，采用物探先行、物探指導鉆探和巷探的成果驗證物探效果的勘探方法。具體方法是：首先進行1個月的全面地質測繪工作，確定出不同壩址線巖溶可能發育的兩條物探線；然后采用地震反射法和瞬變電磁法這兩種物探方法，在2個勘探線上布置12個鉆孔和3個平硐，其中前期布置了9個鉆孔，在后期的物探和已有鉆探的基礎上，根據現有的地質條件，又增加了3個鉆孔，原有的9個鉆孔中有3個也改變了原先確定的位置，確實從勘探工作中不斷改變勘探計劃，做到優化施工，使水庫的安全性和經濟性得到保證。根據物探資料，在右壩肩埋深50～80m電阻率高等值線內出現較多低電阻率值封閉曲線，說明在該深度范圍內灰巖完整性較差，溶蝕作用強烈，巖溶發育，即在高程480～520m出現一期巖溶發育，后經鉆探資料證實，在鉆孔8和鉆孔9中，深度為50～60m，高程為480～500m，有溶洞出現，證實高程480～500m以上為強滲漏帶，各方勘探成果表明，在480m高程以下巖體透水性弱，按70m壩高設計，庫水位高程470～480m，正處在透水性較差的巖性段，可以判斷右岸滲漏條件較好，不可能形成大的滲漏通道。本工程根據據綜合勘察資料分析對該庫區作出如下工程評價：①山體內部巖溶下限高程在440m（或450m）以上，其上為巖溶比較強烈發育段，其下是巖溶不發育或微弱發育段；②地下水平巖溶發育地段：下壩址右岸，物探異常顯示在470～520m高程之間，這與鉆孔揭露的巖洞情況完全一致，下壩址左岸，物探異常顯示在450～480m高程之間，而鉆孔揭露巖洞情況也證實了其一致性，該區在上述高程范圍內是巖溶最發育時期；③470～520m高程段，顯示該時期河谷右岸上、下壩址河間地塊巖溶現象比左岸更發育，450～480m高程段河谷右岸上、下壩段間地塊巖溶現象欠發育，而左岸的羊子洞一帶該高程溶蝕發育，這種差別可能與當時河流展布有關；④540～560m高程的巖溶系統與當地溶蝕洼地、槽谷高程相當，此高程的巖溶系統被溶蝕剝蝕作用破壞，只在較高處殘留水平溶洞；⑤450 m左右及以下，是本區地殼快速上升發育期，相應形成陜谷陡崖地貌，從幾個鉆孔中都證實此高程以下巖石很完整，沒有發現溶洞，1、2、3號平硐揭示，山體內巖體十分完好，很少見到巖石溶蝕現象，壓水試驗也證實，其巖體透水性很小；⑥臨谷坡幾個溶洞形態及沉淀物特征指示表明，這些水平溶洞都是地下水集中向南河河谷排泄的出口，溶洞大多順層發育；⑦南河河床高程處發育的溶洞為最新一期巖溶產物，洞體規模不大，從幾個鉆孔揭示及物探探測資料來看，結合平硐展示圖，在此高程左右山體內部沒有發現巖石強烈溶蝕痕跡。可以推測，該期溶洞向山體內延伸有限，除個別特殊條件外（如魚洞），可能沒有形成大范圍的巖溶系統。

由此可得出結論：

①巖溶工程地質是一個復雜的工程地質問題，溶洞間的相互關系復雜，通過綜合勘探方法可取得較好的效果；

②在勘察中要充分發揮物探技術的先進性、全面性及鉆探的直觀性特點，并使其能相互滲透、互為補充，使各種勘探手段有序的進行，不斷在工作過程中調整方案、發現問題和解決問題，提高地質的勘探水平。

3 總結語

綜合勘探在巖溶地區地質勘察中是科學可行的。巖溶地區的巖溶發育狀況是一個比較復雜的問題，在實際工作中，我們應針對工程具體情況，綜合考慮現場工程地質條件，采取綜合的和合理有效的勘察方法，對場地巖溶的發育規律和趨勢了解清楚，并對工作區作出正確的評價，提出合理方案和建議。同時，應加強與后期施工的聯系，對每次工程勘察中出現的各種情況進行分析，及時總結經驗。

P539.4[文獻碼]B

1000-405X（2015）-11-258-2