強巖溶場地巖土工程勘察關鍵技術及應用

程 宇 龍 舉 文 秀

(1.貴州省地礦局111地質大隊,貴州 貴陽 550008； 2.貴州地質工程勘察設計研究院，貴州 貴陽 550008)

貴州省地形地貌多變，地質條件復雜，是我國巖溶最發育的地區之一。通常巖溶強發育區不宜建筑，但隨著西部大開發和城鎮化的深入推進，土地資源變得稀缺而寶貴，越來越多的建筑不得不在強巖溶發育的場地上修建，這就要求勘察工作和方法要具備有效性和多樣性。因此，在強巖溶場地的地質勘察中除采用常規的勘察方法外，還得采用一些有效的技術方法。本文以貴陽綠地伊頓公館項目A1號樓巖土工程勘察為例，淺析強巖溶場地巖土工程勘察關鍵技術及應用。

1 工程概況

綠地伊頓·公館項目位于貴陽市白云區艷山紅鎮新鋪村，地處貴陽市西北城區。A1號樓地上為33層，地下2層，最大單柱荷載為16 000 kN/柱，采用框剪結構，擬采用樁基礎。

1.1 地層巖性

場區地表主要分布第四系(Q)，厚度6.5 m～28.9 m；下伏地層為三疊系下統大冶組(T1d)薄～中厚層狀灰巖。

1.2 地質構造

場區地跨揚子準地臺中黔北臺隆和黔南臺陷構造單元，構造變形復雜，燕山運動形成區內構造骨架，早期主要形成經向構造體系，晚期主要形成新華夏(北東向)構造體系。這兩大構造體系控制了地層巖性的分布格局和區域地貌輪廓。場地南側約200 m處有一東西向斷裂通過，受斷裂影響局部地段形成破碎帶。地層產狀為89°∠54°。

1.3 水文地質條件

場區地下水為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水及碳酸鹽巖裂隙溶洞水兩大類型。其中松散巖孔隙水賦存于第四系松散層的孔隙中，動態變化大，無統一水位；基巖裂隙水及碳酸鹽巖巖溶水含水巖組為三疊系下統大冶組(T1d)灰巖，主要賦存、富集、運移于灰巖溶洞—管道、溶蝕裂隙—溶洞中，以管狀、網狀流為主。場地地下水水量豐富但含水不均勻，在北側麥架河一帶以大泉形式集中排泄。

2 勘察方法與關鍵技術的應用與分析

2.1 工程地質測繪

工程地質測繪主要是對場地及其周圍地表分水嶺以內的地形、地貌、地質構造、地層巖性等進行工程地質測繪，實測巖溶場區內各種性質結構面、節理面的傾向、傾角；調查巖溶場區內各種不同性質水點的分布狀況，分析確認它們是否與暗河系有關，調查要結合地形地貌、地質構造，分析巖溶地下水的補給、徑流及排泄條件，通過對地下巖溶管道的追索，把地面各種不同性質水點之間的關系和地下水系的補給條件搞清楚，測量洞穴頂板厚度及結構面傾向、傾角，搞清楚洞穴的不同形態與地質構造之間的關系，分析工程地質條件及水文地質條件為巖溶發育提供了哪些有利條件。該項目的野外工程地質測繪采用“S”形線路法穿越測繪場地，沿途詳細觀察地質情況，把地質界線，巖層產狀和各種不良地質作用測繪在地形圖上，詳見圖1。

場地多處有石牙、石筍、洞穴、巖溶洼地、落水洞發育，通過調查地表物質組成、地貌類型及形態特征，可劃分確定場地微地貌單元為巖溶盆地。場地南側約200 m處有一東西向斷裂通過，受斷裂影響形成破碎帶，巖體節理裂隙發育，巖體中主要有兩組節理發育，第一組產狀25°∠30°，鈣質膠結，張開度1 m～3 m，巖體體結構面數為5條/m3～8條/m3；第二組產狀190°∠70°，張開度大于3 mm，表面粗糙，鈣質膠結，巖體體結構面數為6條/m3～10條/m3，地質構造的發育為場地巖溶發育跨度大、深度大提供了有利條件。場地總體由南向北傾斜，地下水由大氣降水補給，地表水通過地表入滲，在溶蝕裂隙、溶溝、巖溶洼地、漏斗垂向補給后下滲到一定深度，以集中的管狀流各分散的網狀流形式從南向北徑流，地下水在常年動態變化下，隨著補給、徑流、排泄等水力作用，為巖溶的形成提供了必要的水力條件。

2.2 工程鉆探

工程鉆探是巖溶地基勘察工作的主要手段，通過鉆探用以查明鉆孔處以及場地的地層變化情況，獲取準確可靠的巖土信息。同時也是對物探測試發現的異常地段或不良地質現象進行鉆探驗證。

項目所在場地基巖屬純碳酸鹽類巖石，基巖起伏大，溶洞發育跨度大，深度大等特點，工程鉆探按一柱一孔布置，根據建筑上部荷載結合場地工程地質條件，鉆探進入基底下完整基巖深度不小于10 m，遇巖溶洞或基巖面高差起伏較大地段，鉆探深度作加深處理。根據鉆探資料揭露，場地發育的巖溶洞隙主要表現為順層裂隙溶洞、溶槽、溶溝等，局部地段有深切溶槽、溶溝發育。該項目A1棟勘察施工鉆孔114個，有50個鉆孔遇巖溶洞隙發育，鉆孔遇洞率為43.8%，場地巖溶洞隙情況見表1，表2。

表1 巖溶洞隙發育統計表

表2 巖溶洞隙大小統計表

根據鉆探數據，繪制了研究區基巖面巖溶發育三維圖，見圖2。從圖2可直觀了解基巖面巖溶發育情況，基巖面一般在地面下5 m～20 m左右，場地北側中部、西南側及東部存在寬大溶溝、溶槽，其最大發育寬度達15 m，發育長度達90 m，發育深度在地面下40 m左右，場地中部存在獨立石牙，東部石牙密布。場地基巖層作為建筑基礎持力層，由于巖層東傾，受巖層面滑移影響，獨立石牙及石牙群地基穩定性差。另外，由于受溶溝溶槽的切割影響，淺部巖體同樣受巖層面向東滑移影響，直觀分析和定性評價巖溶地基的整體穩定性。

2.3 高密度電阻率法

高密度電阻率法與常規的電阻率法的原理相同，只不過是在常規電法的基礎上設置密度較高的測點進行觀測。場地為強巖溶發育場地，局部地段70 m才見完整基巖，尋找和發現地場區內的大型溶洞、裂隙、巖體松弛圈等不良地質體，并對不良地質體的性質、埋深及規模進行推斷，同時為本場地的不良地質成因及防治提供實物技術依據。

本項目在沿擬建物走向方向，布置高精度電法物探勘探線路4條物探線，750 m；工作方法采用三極電測深裝置，測點間距為5 m，每測點最小AB/2=7.5 m，最大AB/2=117.5 m，AB/2間隔為5 m，24層。圖3為剖面反演圖。

根據高密度電法反演圖對照工程地質剖面圖，發現地場區內的深切溶槽兩側巖體基巖完整，未發現兩巖體有裂隙及巖體松弛圈等不良地質體存在，影響溶槽兩側巖體的穩定性的主要因素為巖層順層層面，巖層東傾，巖體有可能沿潛面巖層滑面滑移。

2.4 現場靜載荷試驗

根據擬建建筑和場地地質條件等情況，宜在建筑場地中對各巖質單元的巖體作現場巖基靜載荷試驗，獲取可靠的巖石地基的承載力特征值，以便提出既安全又經濟的基礎方案。本場地只有一個巖質單元，為進一步準確挖掘中風化灰巖巖質地基的地基承載能力，為減小基礎斷面，節約工程成本，在場地中選擇具有代表性的3個靜載荷試驗點，對巖質地基進行靜載荷試驗。試驗確定中風化灰巖的地基承載力特征值fa=6 500 kPa，而根據現場鉆探取樣室內試驗，得巖體單軸飽和抗壓強度標準值frk=24.5 MPa，鉆孔超聲波速測試得巖體波速值Vp=3 917 m/s，室內巖塊波速測試得巖塊波速值Vpo=5 632 m/s，巖體完整性系數為0.48，查建筑地基基礎設計規范得折減系數Ψr=0.165，室內試驗計算得巖石承載力特佂值fa=4 044 kPa，根據靜載荷試驗及室內試驗對比分析，其基巖承載力特征值提高了40%，大大節約了工程成本。

2.5 巖體結構面剪切試驗

考慮到深切溶溝對周邊巖體的影響，周邊巖體可能沿巖體結構面向深切溶溝滑移破壞，為了準確分析巖溶地基巖體的穩定性，在場地中取樣進行室內巖石結構面剪切試驗(有條件的場地宜進行現場原位試驗)，獲取巖體結構面的力學強度指標內聚力C和內摩擦角φ。

為了定量分析地基巖體的穩定性，在場地中取得6組巖石進行室內結構面剪切試驗，主要試驗指標為結構面的力學強度指標內聚力和內摩擦角，據試驗報告統計，其試驗結果統計見表3。

表3 巖石抗剪強度統計表

取巖體內摩擦角折減系數為0.80，得巖體結構面內摩擦角φ=37.4°，由于巖體主控裂隙為兩組，結構面結合程度為結合一般，硬性結構面，結構面力學指標為C=90 kPa～130 kPa，Φ=27°～35°，結合室內試驗統計指標，取C=100 kPa，Φ=35°。利用結構面參數及基礎上部荷載16 000 kN/柱，可以理論計算分析基礎底面應加深到哪個標高才能保證地基的穩定性。由于地基受臨空面影響呈平面滑動，滑面越往下越長，提供的抗滑力越大，若無理論計算參數，都按最深潛在滑面定性分析，會有大部分地段基樁超過30 m以上，局部基礎需加深到60 m～70 m左右，嵌石深度達30 m～40 m，這就可能造成工程浪費。

3 結語

強巖溶場地地質條件極為復雜，除了采用常規勘察手段外，還需采用關鍵技術。工程地質測繪是強巖溶地基勘察的先期工作，是對巖溶地基的初步判斷，同時對工程鉆探的布置具有指導意義，工程鉆探是強巖溶地基勘察中最為關鍵的勘察手段，能了解鉆探深度范圍內巖溶的發育情況及巖石的完整情況，高密度電法與常規電法的基本原理相同，只是在觀測中設置了較高密度的測點，能發現地場區內的大型溶洞、裂隙、巖體松弛圈等不良地質體，對場地的不良地質成因及防治提供實物技術依據，同時對工程鉆探具有指導意義，為了節約工程成本，更大限度地挖掘地基承載力，在強巖溶地基勘察中布置靜載荷試驗具有十分重要的意義，承載力特征值與常規取樣室內試驗值會提高1/3～1/2，可以想象，對工程成本節約十分可觀，巖體結構面剪切試驗指標為理論分析強巖溶地基穩定性提供定量計算依據，避免了按定性分析一刀切的標準將所有受臨空面影響的基礎都落到潛在滑面以下而造成工程浪費的現象。隨著科學技術的發展和城市建設的需要，強巖溶地基的勘察將會使用新的技術方法，如遙感技術、地質雷達、空腔掃描、三維激光掃描等手段，這些先進手段將會為強巖溶地基的勘察提供科學保障、為強巖溶地基穩定性分析提供可靠依據，對工程成本的節約具有十分重要意義。