南水北調淇河第三系巖溶（溶蝕孔洞）成因分析

□韓桃明（河南省水利勘測有限公司）

1.概述

南水北調淇河建筑物屬南水北調中線一期工程總干渠穿淇河河渠交叉建筑物，當施工基坑開挖至建基面時發現多處充填軟塑～流塑狀軟土的孔洞，經進一步分析為巖溶（溶蝕孔洞），需進一步詳細勘察，并查明其成因、組成成分、分布范圍和發展趨勢，評價對建筑物的影響，提出處理建議。

2.水文地質概況

淇河為常年性河流，由于河流的側向侵蝕，兩岸不對稱，右岸為侵蝕岸，發育有Ⅱ級階地，岸坡陡峭，崖最高15m左右。左岸為堆積岸，發育有漫灘和Ⅰ、Ⅱ級階地，岸坡呈臺階狀。

工程區勘察深度范圍內主要為第四系全新統、上更新統、中更新統、下更新統和上第三系中新統鶴壁組地層，為土巖雙層結構。上覆第四系松散層主要為黃土狀土、壤土和卵礫石組成；下伏上第三系軟巖由泥灰巖、粘土巖及砂礫巖組成。

工程場區地下水按其賦存條件及水動力特征可分為潛水和上第三系基巖裂隙巖溶承壓水。潛水∶主要賦存于第四系卵石層及上第三系泥灰巖中，形成統一的含水層。一般豐水期河水補給地下水，枯水期地下水補給河水。地下水位隨季節而變化，其動態類型主要為入滲－徑流型。含水層主要接受大氣降水和側向徑流補給，通過蒸發和向下游徑流排泄。上第三系基巖裂隙巖溶承壓水，承壓水主要賦存于泥灰巖中。

3.巖溶發育情況

當南水北調淇河建筑物施工基坑開挖至上第三系泥灰巖時，發現有4處充填軟塑～流塑狀粘土質軟土的溶蝕孔洞。在通過物探和鉆探相結合的方法對場區內溶蝕孔洞的分布進行了勘察，在2217m2基礎上共發現物探異常13處，鉆探異常8個，主要位于上第三系泥灰巖中，影響面積可劃分為6處分區，溶蝕影響面積約29～250m2不等，溶蝕影響面積總計達617m2，占總面積的29%，溶蝕孔洞內充填軟塑～流塑狀粘土質軟土，強度很低。

4.巖溶（溶蝕孔洞）成因分析

巖溶是指水和可溶性巖石相互作用而產生的一種物理地質作用和現象。巖溶是不斷流動的地表水、地下水與可溶巖相互作用的產物。巖溶是溶蝕作用和巖溶現象的總稱。因此第一具有可溶性巖石；第二具有溶蝕能力的水（或水必須具有侵蝕能力）；第三巖石的透水性和水在其中能不斷流動被稱為巖溶發展的4個基本條件。只有具備這4個條件，巖溶作用才能進行。結合工程場區的地形地貌、水文氣象、地層巖性、地質構造和水文地質條件等對淇河場區巖溶（溶蝕孔洞）形成機理分析如下：

場區下伏上第三系軟巖主要為泥灰巖和粘土巖，泥灰巖主要礦物為碎屑礦物和粘土礦物，其中碎屑礦物含量60%～80%，成分主要為石英和方解石，以方解石為主；粘土礦物含量20%～40%，粘土礦物主要成分有蒙脫石和伊利石，以蒙脫石為主。泥灰巖主要礦物成分為方解石，為可溶性巖石。因此場區具備了具有可溶性巖石的條件。

場區泥灰巖微裂隙發育，泥灰巖屬中等透水性，賦存承壓水，地下水循環交替條件和滲透性一般屬中等程度,承壓水水化學類型為HCO3-Ca-Mg型水，pH值6.5，屬弱酸性水，對混凝土具分解類一般酸性型弱腐蝕性。因此場區具備了巖石中等透水性及具有溶解能力的水的條件。

場區位于太行山東麓丘陵與沖洪積平原的交接部位，具河谷地貌形態。淇河為常年性河流，四季流水不斷，洪水期河水補給地下水，枯水期兩岸地下水補給河水。場區上部松散層（卵礫石層）賦存潛水，下伏上第三系泥灰巖及砂礫巖賦存承壓水，場區上部潛水循環交替徑流條件較好，下部泥灰巖承壓水徑流（循環交替）條件略差。因此場區具備了水在巖石中能不斷流動的條件，但流動性相對稍差。

因此場區泥灰巖（可溶巖體）屬中等透水性及具有溶解能力的水（具弱酸性的承壓水）是巖溶作用的物質基礎。承壓水在泥灰巖中循環及交替條件，是控制巖溶發育程度的根本條件。巖溶是在漫長的地質年代中發育、形成的。在一定地質環境條件下，可溶性泥灰巖被地下水溶蝕、遷移、沉積的全過程即巖溶作用的過程，場區溶蝕孔洞及其充填軟土是巖溶作用的結果。巖溶孔洞中充填的軟塑～流塑狀由粘土礦物組成的軟土是泥灰巖和粘土巖溶蝕風化潛蝕產物或為地下水運動帶進孔洞的沉積物。

5.發展趨勢

巖溶發育的特點和強度除與可溶性巖石及水的化學成分有很大關系外，在相當大的程度上取決于水的循環交替條件的特點，而水的循環交替條件往往受該區地形地貌、水文氣象、地層巖性、地質構造和水文地質條件決定。結合工程場區的地質環境條件，對本區巖溶發育特點、強度和發展趨勢簡單分析如下：泥灰巖地層中分布有一定范圍的巖溶孔洞，呈垂直或水平方向片狀分布。巖石特性是巖溶發育的內在因素，泥灰巖巖性以方解石為主，但含20%～40%粘土礦物，該層泥灰巖巖性不純，含較多粘土礦物雜質，故巖溶發育強度受到一定的限制，相對石灰巖較弱。泥灰巖深埋淇河河床以下14～25 m之間，該層泥灰巖僅微裂隙發育，屬中等透水性，故地下水（承壓水）逕流強度及滲透速度（循環交替條件）為弱～中等程度。承壓水中游離的CO2和侵蝕CO2含量都很低。綜合分析判斷工程場區泥灰巖巖溶發育和溶蝕孔洞分布范圍及深度有限，僅局部發育，為局部性危害，僅需在建筑物場區內進行處理。

6.處理建議

泥灰巖存在6處溶蝕孔洞分布區，加之承壓地下水的浸泡、施工擾動，使具中等～強膨脹性的泥灰巖地基強度明顯下降，需采取綜合性的加固處理措施：采取將建基面以下2m范圍內泥灰巖全部挖除，換填加筋水泥土等處理措施，換填部位以下的基礎只清除巖溶和溶蝕孔洞內充填物，用C10混凝土進行回填，為防止工程運行后溶蝕繼續發展對地基產生影響而危及建筑物，需采取措施減緩泥灰巖中地下水流動，采用厚度0.5 m的截滲墻對建基面以下至相對不透水層進行全封閉處理。