貴州水城地區巖溶水文與工程地質問題研究

楊明江　余芳芳　董柏材　曾亞亞　陳小兵　李小雪

【摘 要】水城地區位于貴州省西部，由于特殊的地理條件，該地區有著典型的巖溶地貌，其中最具代表性的是淺部以巖溶洞穴，以及大型溶蝕裂隙。由于巖溶環境的存在，直接影響了水城地區的農業生產和工程建設，對水城地區的經濟發展造成了直接影響。本文從水城巖溶水文環境的特點出發，結合工程地質問題，探討了水城縣地質災害發生的原因，并提出相應的防治措施，對同類水文地質條件下工程建設具有一定的參考意義。

【關鍵詞】巖溶;地基穩定性;地下水;工程地質

中圖分類號： TU195;TU46 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）34-0229-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.34.108

0 引言

巖溶也被稱為喀斯特，英文詞匯為karst，指的是可以溶于水的可溶性巖石，其中較為具有代表性的是碳酸鹽類巖石，比如常見的石膏和石灰巖，這一類的巖石會受到化學作用影響，形成比較薄弱和脆弱的沉積巖，從而形成熔巖地貌。這一地貌的形成條件比較特別，形成的形狀也不盡相同，有時會形成洞穴、溶洞、地下河以及各種峭壁等等。喀斯特地貌在全世界都有分布，特別是地球頻繁的地殼運動和劇烈的氣候變化，喀斯特地貌變得越來越常見[1]。巖溶作用從本質上是一種化學作用，其過程是通過地下水為主要影響條件，地表水為次要影響條件，結合地理的機械過程，實現對可溶性巖石的改變。

在我國云貴高原以及湖南南部在內的多個地區都具有明顯喀斯特地貌的特征。本文以貴州西部水城地區為研究對象，該地區具備了典型的喀斯特地貌特質，從地理位置上這一地區處在云貴高原一、二級臺地斜坡上，地區內的巖溶地貌類型比較豐富和完備[2]。

1 水城地區巖溶的分布規律及發育特征

1.1 水城地區巖溶的分布規律

水城縣地處貴州西部，具有高而陡的山區環境，坡度較大，山谷較深，地理條件相對惡劣，幾乎每年都有自然災害的發生。該區域內分布著較多的碳酸鹽巖，另外該地區還是貴州省煤炭開采的重點區域。該地區的生態環境比較脆弱，而且人為對環境的干預也較為強烈，特別是煤炭開采活動，造成該地區的災害的類型比較多。從地層及構造區域上看，水城地區所處的環境位于三個構造變形區的交錯位置，三個變形區之間互為依托和影響，導致該地區的地質構造相對而言比較破碎，而且巖體不穩定，這些條件都為該地區的自然災害的發生提供了直接影響。

1.2 水城縣巖溶發育特征

水城縣上覆土層的軟土層占的比例比較大，土層不均勻，地下水位明顯較高，下覆基巖所形成的地基條件也非常的不統一。巖溶環境下地下水和地表水都對可溶性的巖石具有腐蝕作用，使得水城區域內形成了比較多的溶洞、地下洞穴、溶溝和落水洞。由于這些紛繁復雜的巖溶地貌的形成，有些形成了具有觀賞性的巖溶巖。

2 巖溶地區工程地質問題及解決方案

2.1 主要工程地質問題

由于巖溶發育形成的各種地質構造，特別是該地區出現的巖溶管道，直接對當地的水庫滲漏造成永久性的影響，由此產生了連鎖反應，導致了許多工程項目都遭受牽連，不得不停工甚至報廢。巖溶的發育，還直接對橋梁、房屋穩定性造成威脅，甚至還導致了地面的下沉塌陷，建筑的坍塌問題也因此產生。另外，土層構造的不穩定性導致水城地區幾乎每年都會發生山體滑坡，造成的經濟損失難以估量。從工程建設的角度看，不均勻的土層結構直接導致施工難度大大增加，施工風險也隨之而來。水城地區常見的地質問題主要包括：

1）水庫建造等過程中出現的滲漏問題。

2）地下溶洞等導致的地基不穩的問題。

3）地下洞室的穩定性和突然涌泥、涌水等問題。

2.2 解決滲漏問題的處理方案

2.2.1 滲漏問題產生原因

滲漏問題主要集中在水庫建造以及使用過程中，發生了水體的滲漏，導致水庫遭受損失的情況。水庫滲漏問題在新修水利工程時最為常見[3-4]。對水庫滲漏問題進行研究，對滲漏的原因進行深入分析，并采取相應的防治措施，直接關系到整個工程的成功與失敗。

工程地質條件直接對建筑工程產生影響，特別是在巖溶地區，容易發生滲漏的工程地質以及環境條件的各類條件對巖溶發育的影響更為明顯。在巖溶地區，要修建一座水庫，其面臨的工程難度相較于其他的地質環境更高。因此，在建造水庫之前進行全方位的地質探討和考察，面對巖溶地區的特殊情況制定相應風險管控措施，特別是對巖溶發育規律進行充分探討，盡最大可能防止水庫滲漏的發生，將直接關乎整個工程的長遠利益。

水庫使用過程中，滲漏問題主要表現在壩體滲漏、壩基滲漏、繞壩滲漏等。壩體滲漏的原因與建筑所采用的土料質量和施工質量有關。另外，動物破壞也是水庫壩體滲漏的重要原因。壩基滲漏主要原因在于沒有按標準清理壩基，未設置截水槽等。繞壩滲漏與建造水庫所處的地質條件惡劣，壩岸接頭的防滲處理沒有達到標準;或者在建造過程中岸坡沒有設置截水槽等因素有關。

2.2.2 滲漏問題處理方案

防滲方法概括起來就是“避、堵、隔、圍、鋪、截、排（導）、觀”。

在對水壩進行選址時，避開有巖溶產生的地理環境，將選址之中存在的溶洞進行堵住，在施工過程之中設置防滲截流墻等設施。一般在壩址區多采用堵、鋪、截、導（排）的方法，在水庫庫區多采用堵、隔、圍的方法。可以根據現實需求進行單一方法的選擇或者結合多種方法進行處理。盡可能地減少巖體透水性，從外部或者內部堵截滲透通道。

2.3 地基穩定性問題及處理方案

地基的穩定性問題是在施工過程之中必須要考慮的關鍵因素，特別是在巖溶環境下，進行地基的穩定處理十分關鍵和必要[5]。

2.3.1 地基不穩及塌陷問題

地表水的存在導致和加速了巖溶作用的進程。石灰巖由于巖溶作用，其表層會形成不規則的溶溝，在這些溶溝間會形成石芽，這些現象的最終導致地基高低不平，落差較大。另外，在石芽間和縫隙間會有軟土進入填充，這些軟土大大降低了整個地基的壓縮性，最終導致地基不平穩，直接影響整個建筑的基礎，建筑完成后的可靠性和穩定性也因此大大降低，以及不同程度的地表塌陷，地基滑動等。

2.3.2 地基穩定性處理方法

1）填墊法：將混凝土漿或化學制劑進行充填或鋪墊的方法。

2）加固法：通常包括灌漿法、頂柱法、強夯法、擠密法、漿砌法等。

3）跨越法：包括板跨法、梁跨法、拱跨法等。

4）樁基法：此種方法經常用于大型的溶洞、容易發生坍塌的地基環境。在遇到地基巖石不平整，或者不均勻，其上覆土層厚度不足、土質較差時，可以運用鉆孔的方式，或者沖孔灌注樁插入巖基中，也可以配合摩擦樁同步使用。

2.4 地下洞室穩定性及處理方案

圍巖的頂、底板是拉應力分布的位置;周邊轉角處存在很大的剪應力;另外，洞室的高度直接決定了圍巖應力的分布情況。巖體土層結構也會影響洞室的穩定性，當發生破壞與變形之后，圍巖會出現膨脹、隆起、坍塌等情況。通常而言，為了使圍巖穩定性得以保證，首先要確保原巖的完好;另外需要增加保護裝置。為了確保施工過程中和施工完成后的穩定性和可靠性，要采用多種方式相結合進行合理的施工，比如部分進行開挖，或者分部襯砌，導洞全面開挖、全面開挖等。加固方式也可以采用多種形式的人工加固，比如添加支撐裝置、噴填混凝土、灌入化學制劑或黏土等。

3 結語

貴州水城是貴州省工業重心之一，對水城地區的地質問題總結和探討，并且針對這些問題提出有效的防治方案和治理措施，使得資源得以充分開發利用，工程建設的可靠性和穩定性大大提高，為巖溶區域地面塌陷的防治提出有效解決方案，對促進城市社會經濟的持續發展提供了有力保障。

【參考文獻】

[1]周建普，李獻民，張可能.巖溶地基處理方法[J].礦冶工程，2002，2（1）：32-33.

[2]吳長敏，周亞馳.畢節地區巖溶區水庫滲漏類型及處理辦法[J].中國農村水利水電，2009（10）：125-129.

[3]趙瑞，許模.水庫巖溶滲漏及防滲研究綜述[J].地下水，2011，33（2）：20-22.

[4]李會中，郭飛，潘玉珍.水庫滲漏分類與處理措施研究[J].資源環境與工程，2017，31（4）：493-496.

[5]肖攀，萬軍偉，喻望.貴州水城盆地巖溶地面塌陷成因分析及防治對策[J].桂林理工大學學報，2015，35（2）：263-268.