淺談多種勘探方法在巖溶地基勘察中的應(yīng)用

李華秀，馬超，李新吉

（重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局107地質(zhì)隊，重慶401120）

引言

重慶市碳酸鹽巖出露面積達(dá)29600km2，占幅員面積的36%。在這些地區(qū)進(jìn)行工民建項目有其特有的巖土工程問題。由于人類的工程活動頻繁，巖溶引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害問題嚴(yán)重影響了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和安全，為避免不可預(yù)料的經(jīng)濟(jì)損失，確保工程質(zhì)量及人身安全，在工程勘察中需要開展地基基礎(chǔ)巖溶探測工作。僅采用工程地質(zhì)鉆探，孔深一般十余米至數(shù)十米，能直觀地觀察巖心，但無法確定深部的巖溶發(fā)育特征、規(guī)模和空間分布格局。而地球物理勘探（簡稱物探），具有“透視性”、效率高、成本低等優(yōu)點。因此，應(yīng)采取多種勘探手段，相互驗證。

重慶某職教中心實訓(xùn)基地工程位于重慶市某縣板溪鄉(xiāng)，位于碳酸鹽巖地區(qū)，地表巖溶較發(fā)育(見圖1)。為探明地下隱伏巖溶發(fā)育情況，為地基基礎(chǔ)評價及持力層的選擇提供依據(jù)，本次工作采用地球物理勘探方法探測巖溶，結(jié)合地面地質(zhì)調(diào)查及鉆探相印證，為地基基礎(chǔ)施工工作提供可靠保證及科學(xué)依據(jù)。

1 地球物理勘探方法

根據(jù)場地實際情況，結(jié)合現(xiàn)在常用的方法，主要采用直流電法（高密度電法）和地質(zhì)雷達(dá)等方法，查明場地內(nèi)巖溶的分布范圍、規(guī)模大小、埋深情況及巖溶個體相互關(guān)系，分析研究巖溶特征和發(fā)育情況，有針對性地對地基基礎(chǔ)進(jìn)行正確評價，以提供科學(xué)依據(jù)。

1.1 高密度電法[3]

原理上屬于電阻率法的范疇，是電測深與電剖面的組合，其觀測點密度高，獲得信息量豐富，可同時探測水平和垂直方向上的電性變化的一種電法勘探方法。

1.2 地質(zhì)雷達(dá)

地質(zhì)雷達(dá)[2]是一種利用高頻電磁波來確定地下介質(zhì)分布的一種地球物理方法。它是沿用對空雷達(dá)的原理，由發(fā)射天線向地下發(fā)射脈沖電磁波，其中一部分是沿著空氣與介質(zhì)（巖土體）分界面?zhèn)鞑サ闹边_(dá)波，經(jīng)過時間t0后到達(dá)接受天線，為接收機(jī)所接收。另一部分傳入介質(zhì)內(nèi)，在其中若遇電性不同的另一介質(zhì)體（如其他巖土體、洞穴等），就發(fā)生反射和折射，經(jīng)過時間ts后回到接收天線，稱為回波。根據(jù)所接收到兩種波的傳播時間來判斷另一個介質(zhì)體的存在并測算其埋藏深度。事后經(jīng)GRESWIN地質(zhì)雷達(dá)軟件處理，從而達(dá)到對地下隱蔽目標(biāo)物的探測。

2 工程地質(zhì)概況[1]

場地位于溶蝕中低山地貌，總體地勢北西高，南東低，由3個微地貌組成。北西部地形坡角為25～30o，屬陡坡；中部原始地形坡角為5～10o，屬緩坡，現(xiàn)狀因開挖呈階梯狀地形，部分形成高邊坡；南東部地形坡角為65～80o，屬陡崖，崖頂標(biāo)高為630～655m，崖底標(biāo)高為564～588m，陡崖高90～110m，長約1700m，主坡向約100～120o，因溶蝕作用及河流強(qiáng)烈下切作用形成，陡崖壁上發(fā)育6處危巖。

經(jīng)地面調(diào)查，區(qū)內(nèi)巖體中發(fā)育有構(gòu)造裂隙、卸荷裂隙、溶蝕裂隙三類：①構(gòu)造裂隙主要發(fā)育有二組：L1組，產(chǎn)狀70～90°∠64～68°，延伸長度3～8m，發(fā)育間距3～5m，張開寬度3～10mm，無充填或少量巖屑充填，節(jié)理面較平直，為硬性結(jié)構(gòu)面，結(jié)合程度差；L2組，產(chǎn)狀0～10°∠74～82°，延伸長度2～5m，發(fā)育間距1.5～3.0m，多數(shù)閉合，局部張開3～20mm，少量巖屑充填，節(jié)理面較平直，為硬性結(jié)構(gòu)面，結(jié)合程度差。

②卸荷裂隙主要是陡崖應(yīng)力釋放回彈形成，沿陡崖帶邊緣斷續(xù)延伸，形成卸荷帶寬8～15m，延伸長度一般3～15m，可見深度一般0.5～2.5m,最深達(dá)10.50m，張開度為10～80mm不等，底部有少量巖屑充填。其延伸方向為30～63°，與陡崖帶一致，呈北東走向，傾角近于直立。

③溶蝕裂隙是沿原構(gòu)造裂隙、卸荷裂隙的縫隙溶蝕作用進(jìn)一步加寬、加深所形成，空間特征隨時間呈動態(tài)變化，其發(fā)育方向一般與構(gòu)造裂隙、卸荷裂隙的方向一致，一般沿裂隙兩壁充填鈣、泥質(zhì)物。

場地地表大部被第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）及殘坡積（Q4el+dl）粘土覆蓋，僅在場地內(nèi)人工切坡處見寒武系中統(tǒng)平井組(∈2p)白云質(zhì)灰?guī)r出露。①第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ml），灰白色、紫紅色，由粘土及灰?guī)r碎塊石組成，碎塊石粒徑2～110cm，硬質(zhì)物含量60%～80%。松散，稍濕。為場地整平拋填而成，回填時間半年以內(nèi)。層厚0.00～9.00m，場地內(nèi)廣泛分布。②第四系全新統(tǒng)殘坡積層粘土（Q4el+dl）：黃褐色，可塑狀，層厚0.00～5.00m，主要分布在場地的北西側(cè)。③寒武系中統(tǒng)平井組(∈2p)白云質(zhì)灰?guī)r：巖質(zhì)堅硬，巖溶發(fā)育，地表溶溝較發(fā)育。

場地地下水賦存形式主要為巖溶裂隙水。殘坡積粘土層為隔水層，透水性差，不含地下水。巖溶裂隙水主要賦存于碳酸鹽巖裂隙中，受降雨和地表水補(bǔ)給，經(jīng)裂隙向低處排泄。

場地內(nèi)及附近無滑坡、崩塌、塌陷、泥石流、采空區(qū)、地面沉降等不良地質(zhì)現(xiàn)象；場地所處斜（邊）坡穩(wěn)定，無變形跡象；場地的基巖為可溶性巖，場地的不良地質(zhì)作用主要是巖溶。

3 實踐應(yīng)用

3.1 物探工作

該次高密度電法采用的儀器為重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的DUK-2A高密度電法測量系統(tǒng)（表1）。

表1 該次高密度電法所采用儀器及各自數(shù)量

測量方式及存儲方式如圖2:

圖2 測量方式及存儲方式

A，M，N，B（其中A、B為供電電極，M、N為測量電極），隨著極距系數(shù)由n（MIN）逐漸增大到n(MAX)，四個電極之間的間距也均勻拉開。

地質(zhì)雷達(dá)采用的儀器為SIR-3000地質(zhì)雷達(dá)及配套設(shè)施（美國勞雷公司）。

高密度電法共布設(shè)了8條物探剖面，總長998m，電極距3m，測試點數(shù)3299點。布置地質(zhì)雷達(dá)探測剖面共90條，總長3018m,測點距0.1m，共30180個點（工作量見表2和表3）。

表2 高密度電法工作量統(tǒng)計表

表3 地質(zhì)雷達(dá)工作量統(tǒng)計表

3.2 異常驗證

高密度電法Wn4剖面(圖3：ZK14～ZK23方向)，長度180m。從高密度電法推測地質(zhì)解譯成果圖可知：

圖3 14號樓WN4剖面高密度探測成果

測線總體土層較淺，地表為碎石和基巖。巖體視電阻率約為130Ω·m～1500Ω·m。在測線起點位置至30～50m左右埋深5m以下有一不規(guī)則低阻異常，推斷為破碎帶，布設(shè)鉆孔ZK25對此異常進(jìn)行驗證。在距起點105m至150m左右埋深10m至20m左右存在一低阻異常，推斷為溶洞，為帶狀。

地質(zhì)雷達(dá)第14#—10#位置：

圖4 14#樓10#位置雷達(dá)探測剖面圖

由圖4可以看出：從地面以下0～25m范圍內(nèi)雷達(dá)波反射較紊亂，說明地下巖層較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，在10m處有小溶洞存在。布設(shè)鉆孔ZK103對此異常進(jìn)行驗證。

圖5 鉆孔柱狀圖

由鉆探驗證結(jié)果（圖5）可知：ZK25鉆孔深度為15.1m，孔深8.80～11.50mm為溶洞，充填黃色粘土。ZK103鉆孔深度為20.0m，孔深6.50～9.60m為溶洞，充填黃色粘土。可見，鉆探驗證情況與物探成果基本吻合。

3.3 地基處理建議

通過物探測試和鉆探驗證表明：擬建場地內(nèi)13號樓～16號樓，19-1號樓、19-2號樓、20-1號樓、20-2號樓地基均存在大面積的巖溶破碎帶。針對場地內(nèi)發(fā)育的溶洞和特殊性巖土，需進(jìn)行適當(dāng)?shù)靥幚怼Ｌ幚斫ㄗh為：

(1)對于淺埋的溶洞，首先清除其中的粘土，填入碎石、塊石，將洞底與基巖面的通道堵塞，回填混凝土或灌漿處理。

(2)對于深埋的溶洞，建議基礎(chǔ)采用樁基，通過鉆孔對溶洞進(jìn)行注漿或基礎(chǔ)穿過溶洞，進(jìn)入下部穩(wěn)定基巖。

4 結(jié)語

（1）地球物理勘探方法與鉆探相結(jié)合，可以彌補(bǔ)鉆探工作以點代面的缺陷；同時鉆探的驗證也彌補(bǔ)了物探方法的定量精度低及多解性問題。

（2）對于巖溶地區(qū)采用多種勘探方法，可有效地查明巖溶地基的巖溶發(fā)育情況，綜合成果對所探測的巖溶問題提出具體的地基處理建議，避免了下一步地基基礎(chǔ)處理的盲目性。

[1]馬超，李新吉.重慶市某職教中心實訓(xùn)基地工程巖土工程勘察報告[R].重慶市江北地質(zhì)工程勘察院,2010.

[2]劉傳正.地質(zhì)災(zāi)害勘查指南[M].北京：地質(zhì)出版社，2008：283-303.

[3]《工程地質(zhì)手冊》編委會.工程地質(zhì)手冊 （第四版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008：81-82.