xx某廠區巖溶勘察研究與分析1

引言

xx一期工程是國家“八五”重點工程，已經建成投產，廠區面積達4km2。該一期工程廠區處在活動性斷裂帶形成的構造復雜、巖溶發育的右江南岸巖溶準平原上，因而在建廠的可行性和適宜性上都存在過疑問。因此一期工程一開始就面臨兩大巖土勘察技術難題：一是場地構造穩定性問題；二是場地巖溶地基能否處理。鑒于這兩大問題在性質上各有不同，因而采取了分二個階段進行勘察研究。前一階段勘察結果表明：場地內的斷層自晚更新世以來沒有活動，且破碎帶膠結情況較好（地震基本烈度為7度）。這個結論明確回答了建廠的可行性問題，于是將工作重點轉入第二階段，即廠區巖溶問題的研究與分析。

2

巖溶勘察研究的步驟及方法

2·1研究步驟

xx一期工程廠區巖溶勘察研究工作主要分為初期、詳勘二大步。首先是在選址勘察和穩定性初勘的已有資料基礎上，進行“巖溶初勘”，著重查明巖溶發育的地質背景條件及其發育分布的特性和規律，確定原則性的工程對策，解決建廠適宜性評價和治理戰略問題。第二步進行巖溶詳勘，具體解決各建設項目地基巖溶的評價和治理方法問題。

2·2研究方法

在各階段的巖溶勘察工作中，依據有關規范和國內已有資料及經驗的基礎上，結合工程具體情況，實行了一套多種勘探測試技術相結合，宏觀研究與微觀研究相結合、生產與科研相結合，以及邊實踐邊總結邊充實邊改進等求實的勘察工作方法，收到了良好效果。以巖溶初勘為例，進行了大、中、小比例尺配套的綜合工程地質測繪（1：2.5萬，1：5千，1：2千）；多種物探；多種勘探（鉆探為主，輔以井槽探，鉆探中還進行了孔內地下水位連續觀測）；多種室內試驗（如c14法測定溶洞充填物絕對年齡）等工作，從而對巖溶發育的特性和規律取得了較完整的認識。3

巖溶初勘研究及其結論

3·1區域巖溶發育的地質背景

xx位于xx山字型構造前弧西冀外的北西向右江構造帶（右江系）中，發育有那豆復背斜、果化復向斜和大隆復背斜，兩個復背斜主要是由三迭系、二迭系、石炭系和泥盆系的碳酸鹽構成，形成低山～峰叢地貌。一期工程廠區所在的果化復向斜為三迭系下統的白云質灰巖、白云巖，又存在高椅山傾伏向斜和局祥傾伏背斜兩個次一級構造單元。右江大斷裂在果化復向斜中通過，形成長條形斷陷槽地～巖溶準平原地貌（簡稱溶原），按巖溶的埋藏條件分類，屬裸露型巖溶。

3·1·1

新構造運動與巖溶發育史

該區域從晚第三紀新構造運動以來，地殼一直處于間歇性的上升運動中，因此當地巖溶發育史又可分為高峰期、低峰期、準平原期、右江巖灘期和右江河床期等五個巖溶期。其中以右江巖灘期巖溶與一期工程建設關系密切。

3·1·2

區域水文地質條件

該區域地處濕熱氣候區，年平均降水量1374.2mm,年蒸發量1572.6mm，平均氣溫21.08c°，極適合于巖溶發育。其地下水由大氣降水補給。低山～峰叢區是補給區，溶原區是徑流——排泄區，右江是泄水道。在枯水季節，地下水通過巖灘期地下水通道穿越溶原區直接泄入右江。但在雨季，峰叢區的巖溶水可以大量地在邊緣部沿著準平原期巖溶通道以暗河出口或上升泉形式涌出地面，再沿溶原中的“干溝”流動一段或長或短距離后又與溶原區本身接受的降水—道沿落水洞或溶蝕裂隙下滲，再次轉化為地下徑流，再沿巖灘期暗河通道泄入右江，形成地面——地下——地面——地下多次轉化的徑流景觀。

溶原中的地下水主要是以管道流形式沿巖灘的巖溶通道存在和運動。地面以下至右江巖灘期巖溶頂面為垂直巖溶帶，右江巖灘期巖溶以下為水平循環帶。長期觀測獲得的水位年變化幅度達10米左右，豐水期高水位可接近地表。初勘期間有過遇到大雨后一天之內落水洞中水位從15米深度涌出地面的記錄，但不會發生右江水沿地下通道倒灌廠區的現象。

巖溶初期查明，當地巖溶發育的基本特點是受巖性、構造、地下水、右江（區域巖溶水排泄基面）和新構造運動等因素的綜合控制，由于這些因素存在多種多樣的組合形態，才導致了復雜多樣的巖溶現象。

3·2

廠區巖溶發育的特性和規律

3·2·1構造控制作用明顯。受了強烈擠壓構造作用的白云質灰巖構造裂隙極為發育，形成以溶蝕裂隙和溶槽為主的巖溶形態，落水洞和暗河通道也多呈不規則的裂隙狀形態。巖溶的平面發育方向與構造線方向密切相關。

3·2·2總的發育深度較淺。由于溶原區的地下巖溶屬右江巖灘期，而現代河床從右江巖灘期開始下切深度不大，因此巖溶埋深僅在地面以下15～25米之間，其發育深度較淺。

3·2·3發育有小型淺層的樹枝狀暗河網。它具有規模小而數量多，并且連接或交匯的特點。其延伸方向明顯地受構造控制，由于主體構造大體平行右江，次要構造線方向大體垂直右江，因此暗河最終向右江排泄，但并非直線流向右江。作為暗河通道的洞體形態復雜多變，很不規則，多呈窄溝形，形態完整的水平溶洞不多，空間很大的“地下廳”或洞穴僅在高椅山4#暗河見到。

巖溶初勘認為，就總體而言廠區巖溶比較發育，形態復雜，又有小型暗河網分布等不利因素，但同時存在如下有利因素：

3·2·3·1巖溶形態一般規模較小，且埋藏較淺。在地基處理時不存在特殊困難，不會因此而大量增加處理投資或拖延工期。

3·2·3·2巖溶發育已處于相對穩定狀態。在工程使用年限內的新發展可以忽略不計，即現有巖溶發育并不危及建筑物的穩定性。

3·2·3·3

場地巖溶基本上屬裸露型，不存在覆蓋巖溶區的塌陷問題和土洞問題。

3·2·3·4巖溶發育的規律已經基本掌握。暗河水流問題及局部巖溶復雜區可以通過調整設計來避免，實在不能避免的亦有辦法解決。

3·3巖溶初勘結論和建議

巖溶初勘的基本結論是：廠區巖溶雖然發育，但都是可以處理的。就是說，對這種巖溶的處理不會帶來難以解決的技術難題，也不會因此而導致大量增加工程造價或延長工期等問題。

根據巖溶初期結論，對設計的總圖布置提出了以下建議：

3·3·1

總圖平面布置上，應繞避將深基坑的建（構）筑物分布在主要暗河通道上，以免堵塞暗河通道。

3·3·2

總圖豎向設計應盡量避免深挖方，以避免揭露暗河。

3·3·3

在可能條件下，主要建筑物宜避免布在強溶區中，以減少地基處理量。4

巖溶詳勘研究與地基處理建議

4·1廠區巖溶詳勘研究及巖溶特性認識的深化

通過系統的詳勘，進一步查明廠區巖溶發育形態，主要有溶溝，溶槽、石芽、溶蝕孤石、溶蝕裂隙及溶洞。以電解車間為例，對773個鉆孔資料統計可以看到這些巖溶現象較普遍存在（見表1）。

這些巖溶現象，其分布與特征歸納起來有以下幾點：

4·1·1

地表溶溝、溶槽、石芽叢生，基巖面凹凸不平。

場地基巖裸露，象大片“石?！?，期間發育著大小形態各異的裸露溶溝、溶槽和石芽，構成地表相對凹凸不平的雜亂景觀。在低凹處多填充有粘土或碎石，往往具有順層面、沿裂隙延伸的特點。

4·1·2

地下巖溶多被充填，空間形態較為復雜。

大量鉆探資料反映，在鉆孔內遇到的各類巖溶現象大部分被粘性土充填，且充填物單一，局部夾極小量碎塊石。同時經探井開挖基坑驗證，充填粘性土的巖溶主要以溶蝕裂隙和張裂隙為主，也有不少溶蝕弧石被粘性土包裹著。以電解車間701個鉆孔所遇巖溶充填情況列入表2：

從統計數值可分析，這些被充填的巖溶與地表有較好的聯通，是由于地表水流和大氣降水垂直下滲將基巖表面覆蓋粘性土攜帶到巖溶中而形成的。

4·1·3

巖溶的垂直形態

巖溶在垂直方向上的表現，其發育程度與巖性、構造有關，形態以溶溝、溶槽、溶蝕裂隙為主，吻合于區域巖溶發育規律：即在可溶巖中發育強，沿斷層發育，順巖層層面發育。在可溶巖中發育強烈表現為在白云質灰巖、灰巖中的巖溶數量比在構造巖中多；沿斷層發育表現出多在構造巖（主要為角礫巖）及受斷層影響形成的碎裂巖與圍巖的接觸處，往往形成了溶蝕帶；順巖層層面發育則表現在巖溶沿不同巖性的交接帶，沿層面走向延伸呈夾層狀展布，還有形成條帶狀、水平狀、拱狀的形態各異巖溶分布。

綜上所述，廠區范圍內地下巖溶總的特點是以淺部發育為主，以垂直形態多見。大量勘察數據表明，地面以下0～6m深度內巖溶發育，向下巖溶發育程度明顯減弱。如電解車間資料統計（見表3）：

廠區內這些發育的巖溶雖然形態復雜，但從工程角度上說，這些巖溶較易治理。根據統計資料，這些巖溶現象中以溶蝕孤石、溶溝、溶槽和溶蝕裂隙形態為主，占70.92%。從而使復雜的巖溶治理簡化到集中淺部處理，為地基基礎設計及處理提供了可靠的依據和較為有利的條件。就巖石的地基而言，其力學性質指標及承載力是足夠的，只是因為有了斷層、巖溶的存在才破壞了巖體的完整，影響建筑物的安全。這些淺表巖溶，大多可直接處理。因其可見度高，只需使巖溶化巖體與完整基巖連成一個牢固的整體。所以從工程角度上講，可以避免大規模處理的昂貴費用及難度，達到安全可靠的目的。

4·2廠區巖溶地基處理

根據巖溶詳勘的深化認識，對設計的地基處理提出以下建議：

4·2·1

一般處理原則

4·2·1·1

基礎下有巖溶發育的地基，當設計要求進行處理后，可按“地基為巖層”看待，并充分利用基巖的承載力。

4·2·1·2對巖溶的處理必須不影響場地地基的穩定，在場地范圍及附近不得大量抽取地下水，以相對保持場地地下水的平衡，以免造成地表沉陷。

4·2·1·3

廠區的地層出露有白云巖，而強風化白云巖遇水軟化，極易風化，故要求在地基開挖后應盡快地及時處理，以免基巖裸露或浸水時間過長而降低地基承載力。

4·2·2

對有溶洞存在的不良地基的處理

廠區溶洞處理方法是：當基底下溶頂板厚度1m以內者，原則上挖開處理，即剔除溶洞、溶槽裂隙中的充填土，用100#毛石混凝土灌滿填實，作為基礎的墊層；當基底下溶洞頂板厚度大于3m，可不予處理；當基底下溶洞頂板在1～3m之間者，經確認頂板厚度大于洞徑的，可以不處理，小于洞徑的，則處理。

4·2·3

對溶溝、溶槽不良地基的處理

勘察結果表明廠區巖溶為淺部發育，發育形態以溶溝、溶槽為主。因此，對溶溝、溶槽不良地基的處理工作量較大，基本處理方法是：在基坑中存在溶溝時，當溝寬<300mm者不必處理，溝寬300～600mm者可挖去溝寬深度的土，表面用木夯夯實，填100#砼即可，因為小于600mm寬溶溝內留下的充填土，在荷載作用下溝側及底部巖石對土的限制，其壓縮變形很小，不會對基礎產生影響。

溝寬>600mm者，或者溝寬雖<600mm，但基坑底面積雖小而需要處理的面積>20%，應采用鋼筋網跨越的方法處理。

4·2·4對斷層泥地基的處理

廠區的斷層經鑒定認為是不活動的，廠房可建于斷層破碎帶上。但是，落在斷層上的基礎在開挖過程中，有時會遇到斷層泥，因斷層泥類似碎裂巖石，所以對此類地基的處理可參照處理溶溝、溶槽的方法進行。5

巖溶勘察研究幾點認識

由于廠區巖溶地基的復雜性和隱蔽性，要對其進行清楚的認識和作出正確的評價，勘察研究工作是關鍵性環節。如何做好巖溶勘察，總結起來有下面幾點認識：

5·1

應高度重視從宏觀上進行巖溶發育規律和特性的研究，因此就需認真做好基礎地質工作，在一個較大范圍內查明巖溶發育的各種地質背景條件和發育歷史。

5·2

合理運用多種勘察方法和探測技術進行綜合勘察研究。在地質測繪、物探、鉆探“三結合”的綜合勘察方法中，地質是基礎，據此指導物探，物探又可以指導鉆探。在鉆探布置時，勘探線垂直構造線（即巖溶發育帶）布置，并沿地質測繪和物探所示異常分布帶進行布孔。該疏則疏，該密則密，不作均布。

5·3

勘察工程既要滿足設計要求，又要符合有關規程規范，但不能生搬硬套，而是根據實際情況，合理掌握。如鉆孔布置與基礎的重要性或荷載大小有關，一般重要的設備基礎按設計要求需一孔或多孔，對荷重大于200噸或有特殊要求的柱基要求每柱一孔。對一般柱基或條形基礎可按有關規范定：20～25m間距沿柱列線或條形基礎中心線布孔。對無鉆孔的部