北盤江大橋橋址區(qū)巖溶發(fā)育特征及規(guī)律分析

李榮峰 李麗莉

(1.江蘇省水文地質(zhì)海洋地質(zhì)勘查院，江蘇淮安 223005;2.江蘇中祥建設(shè)集團有限公司，江蘇淮安 223200)

1 概述

我國碳酸鹽巖分布廣泛，面積約為2×106km2，其中裸露于地表的約為1.3×106km2。在貴州、四川、云南、廣西、湖南和湖北諸省面積達5×105km2，呈連續(xù)分布狀態(tài)［1］。巖溶發(fā)育主要受斷裂構(gòu)造控制，構(gòu)造運動升降作用導(dǎo)致了溶洞發(fā)育具多層性，地表水的徑流范圍等控制著巖溶的發(fā)育深度和規(guī)模。北盤江大橋位于六盤水市水城縣都格鄉(xiāng)都格村與云南省宣威市普立鄉(xiāng)臘龍村交界的北盤江大峽谷，為杭瑞高速公路貴州境畢節(jié)至都格段的重要工點。橋梁起點樁號為K218+903.406，終點樁號為K220+244.806，全長1 341.4 m，橋?qū)?7.9 m。查清橋址區(qū)巖溶發(fā)育特征和規(guī)律，關(guān)乎橋梁的安全穩(wěn)定，對橋梁設(shè)計、施工具有重要意義。

2 工程地質(zhì)特性［1］

2.1 氣候

橋址區(qū)屬亞熱帶至溫暖帶云貴高原濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，降水量充沛。據(jù)水城氣象站1988年～2005年氣象資料，橋址區(qū)年平均氣溫11℃～15℃，年平均最低氣溫0℃～4℃，垂直溫差較大。年平均降水量為1 141.9 mm，最大年降水量為1 353.1 mm(1997年)，最小年降水量為945.8 mm(1988年)，年內(nèi)降水分布不平均，6月～9月為雨季，其降水量占全年降水量的77%;11月～次年3月為枯水季節(jié)，其降水量僅占年降水量的10%。

2.2 地形地貌

橋址區(qū)位于貴州高原西部北盤江流域上游，由于流水長期侵蝕，地面巖溶較發(fā)育，河谷兩岸起伏陡峭。地貌屬溶蝕中山地貌，受構(gòu)造、巖性、氣候、水流等因素的綜合控制。地貌類型多樣，發(fā)育典型，山巒延綿起伏，溝壑深覆險峻，經(jīng)過多期地質(zhì)構(gòu)造運動，在內(nèi)、外應(yīng)力的作用下，產(chǎn)生了復(fù)雜多樣的構(gòu)造侵蝕～溶蝕中山地貌，形成陡峭的尖棱狀山峰和溝谷。改變地貌形態(tài)的外營力主要為水流下切作用，山區(qū)河曲發(fā)育，比降大，河流以深切、沖刷作用為主，地表水侵蝕作用強烈，河流溝谷發(fā)育多呈樹枝狀展布的“U”形和“V”形谷產(chǎn)出。河谷兩岸基本呈陡壁狀，陡壁高度超過200 m。陡壁向兩側(cè)地形稍緩，其中云南岸坡度一般在20°～30°之間，局部達45°;貴州岸地形坡度一般約30°。橋址區(qū)峽谷兩岸最大寬度約400 m，橋軸線河面標(biāo)高約958 m，10號橋臺處標(biāo)高1 507 m，最大高差約550 m。橋軸線附近河谷走向約145°。

2.3 地層巖性

區(qū)域巖層自泥盆系至侏羅系均有出露，第四系厚度不大，但分布較為廣泛。橋址區(qū)基巖以二疊系下統(tǒng)棲霞及茅口組灰?guī)r為主體，巖性為灰色、深灰色厚層、厚層間中薄層致密狀灰?guī)r，其中以敲擊有瀝青嗅味及含燧石條帶及結(jié)核為特征，地層產(chǎn)狀一般為132°～135°∠24°～25°，裂隙發(fā)育，溶蝕現(xiàn)象普遍分布。橋址區(qū)第四系殘坡積分布廣泛，山頂零星，厚度薄，山坡及凹谷內(nèi)厚度增大。由于灰?guī)r溶蝕后的古巖面起伏不平，在古巖溶塌陷后形成不同厚度的古巖溶洞穴堆積。在4號索塔和10號橋臺，最大揭露厚度分別達到38.2 m和60 m。

橋址區(qū)揭露的地層主要為第四系松散層和二疊系下統(tǒng)棲霞組—茅口組灰?guī)r。巖性自上而下主要為:含黏土碎石、碎石、塊石、微風(fēng)化燧石灰?guī)r(中厚層狀)、微風(fēng)化灰?guī)r(厚層～巨厚層狀)、微風(fēng)化灰?guī)r(中厚層狀)和微風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r(中薄層狀)夾層。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造

場區(qū)處于揚子準地臺—黔北臺隆—六盤水?dāng)嘞荨瞻残?gòu)造變形區(qū)西北部—布坑底背斜的南翼。橋址區(qū)位于布坑底背斜南翼，為一單斜構(gòu)造，發(fā)育一條小規(guī)模斷裂(f1)，該斷層位于都格村上寨組東側(cè)陡崖之西，為一被松散層覆蓋的隱伏斷層，走向310°～320°，傾向東北，傾角約 50°～80°，長度小于 800 m。其北東側(cè)陡崖與斷層附近地面標(biāo)高差約40 m，因長期風(fēng)化剝蝕崩落的結(jié)果，崖面很少留有構(gòu)造蹤跡。斷層所處的斜坡微地貌變化不明顯，斷層上覆3 m以上的松散坡積物沒有發(fā)現(xiàn)任何構(gòu)造運動蹤跡，該斷層在第四紀以來未活動。斷層兩側(cè)厚層灰?guī)r節(jié)理裂隙發(fā)育，部分密集成帶，走向315°左右，條帶狀溶溝、溶槽隨處可見。

橋址區(qū)節(jié)理裂隙一般以拉張節(jié)理為主，由于溶蝕作用，淺部地表以溶溝、溶槽出現(xiàn)，往下逐漸變窄至閉合。通過對溶溝、溶槽節(jié)理隨機測量數(shù)據(jù)分析可知，310°～320°走向者占比為50%，10°～30°走向者占比為15%。310°～320°方位的節(jié)理(裂隙)在橋址區(qū)為主要節(jié)理組，是溶洞、溶溝、溶槽等巖溶發(fā)育的優(yōu)勢面。

2.5 新構(gòu)造運動

場區(qū)地貌單元為強烈隆升的云貴高原向湖南丘陵過渡的斜坡地帶。新構(gòu)造運動表現(xiàn)以間歇性抬升為主，強烈期為新第三紀至第四紀初，晚更新世以來，新構(gòu)造運動趨于和緩、穩(wěn)定，具體表現(xiàn)為:河谷以V形下切，侵蝕作用強烈，河谷階地或夷平面斷續(xù)分布;山頂多錐形，山坡較陡，河谷沉積層不發(fā)育;松散堆積物較薄，基巖風(fēng)化層較薄;山坡沖溝枝狀分布，多有基巖出露;平頂甚至尖頂山坡面均有薄土層覆蓋，反映出近期上升較緩。

2.6 水文地質(zhì)條件

場區(qū)地表水屬珠江水系，地處北盤江的支流。北盤江自西北向東南流向，斷面陡狹，流速快，雨季洪水位暴漲，枯水位河床裸露。橋址區(qū)地下水主要為巖溶裂隙水。含水層為碳酸鹽巖層(二疊系棲霞、茅口組)，以降雨和側(cè)向徑流補給為主，在溶蝕裂隙中運移，以泉的形式排泄于北盤江中。由于地形陡峻，高差大，地表淺部未見地下水位，江邊發(fā)現(xiàn)下降泉水，流量較大，標(biāo)高1 200 m以淺分布潛水包氣帶。

3 巖溶發(fā)育特征

3.1 地表巖溶發(fā)育特征

橋址區(qū)巖溶較發(fā)育，從地表觀察，巖溶形態(tài)以溶溝、溶槽居多，少量為溶孔、溶隙，個別見有溶洞。溶溝、溶槽一般深0.5 m～1.5 m，寬0.2 m～1.0 m，長3 m～5 m，巖溶個體分布走向為310°～320°，與區(qū)內(nèi)主要節(jié)理組走向一致。貴州和云南兩岸均有315°方向展布的溶蝕裂隙帶，兩側(cè)懸崖岸卸荷裂隙帶裸露地表，走向為315°，與北盤江走勢近平行。

地表巖溶多為半充填型，向深部多被黏土混碎石充填，部分溶溝內(nèi)可見半膠結(jié)的礫巖被后期沖蝕再充填現(xiàn)象，未見軟化的黏土或淤質(zhì)物。在貴州岸1號輔助墩處懸崖壁見有較多溶蝕裂隙，壁面有0.1 mm～0.5 mm厚的淀積鈣膜，局部可見石鐘乳，多集中分布。

3.2 地下巖溶發(fā)育特征

在橋址區(qū)進行了鉆探和物探工作，沿橋軸線共布置43個鉆孔，其中貴州岸16個鉆孔，3個孔見溶洞，云南岸27個鉆孔，11個見溶洞;同時在大多數(shù)鉆孔中溶蝕裂隙、溶蝕破碎帶也較為發(fā)育。云南岸溶洞較貴州岸發(fā)育，按碳酸鹽巖巖溶發(fā)育程度分級:貴州岸巖溶發(fā)育程度弱，云南岸巖溶發(fā)育程度中等。鉆孔揭露的溶洞主要發(fā)育于厚層灰?guī)r中，數(shù)量較多，規(guī)模較小，大部分溶洞的直徑為2 m～3 m，且大多數(shù)被黏性土或角礫充填，發(fā)育深度多位于15 m～25 m。

沿橋軸線左右100 m內(nèi)、地表100 m以淺布置多條測線、采用高密度電法、大地電磁法、淺層地震法、電磁波CT掃描法等物探方法探查巖溶發(fā)育情況。在貴州岸共發(fā)現(xiàn)2個溶洞，9個溶蝕裂隙帶;在云南岸共發(fā)現(xiàn)2個溶洞和3個溶蝕破碎帶。溶洞數(shù)量較多，規(guī)模較大，溶洞直徑為10 m～20 m，大多數(shù)被黏性土或角礫充填，發(fā)育深度多位于20 m～30 m。

4 巖溶發(fā)育規(guī)律

4.1 節(jié)理裂隙與巖溶發(fā)育密切相關(guān)

橋址區(qū)節(jié)理裂隙在后期張性、張扭性應(yīng)力作用下，裂隙開張，加速溶蝕，形成溶蝕裂隙帶。315°～320°方向節(jié)理裂隙普遍分布，與地層產(chǎn)狀幾乎正交，其節(jié)理裂隙面為巖溶發(fā)育的優(yōu)勢面。

4.2 地層巖性是巖溶發(fā)育的基礎(chǔ)條件

厚層狀質(zhì)純灰?guī)r是最易溶蝕的，橋址區(qū)兩岸灰?guī)r具備了這一溶蝕條件。

4.3 山川水勢分布格局是巖溶發(fā)育的外在條件

周邊地勢隆起，中部的河溪匯流，順坡向的地層產(chǎn)狀，為巖溶發(fā)育奠定了有利條件。

4.4 地表及地下巖溶發(fā)育規(guī)律

橋址區(qū)地表巖溶以溶溝、溶槽居多，個別見有溶洞，多為半充填型，向深部多被黏土混碎石充填，部分溶溝內(nèi)可見半膠結(jié)的礫巖被后期沖蝕再充填現(xiàn)象，未見軟化的黏土或淤質(zhì)物。橋址區(qū)近垂直裂隙發(fā)育，且地下水位低，地表水多沿垂向裂隙下滲、溶蝕，地下巖溶多垂向發(fā)育。綜合分析鉆探和物探資料，巖溶多沿垂向裂隙面發(fā)育，水平向巖溶發(fā)育現(xiàn)象較少，僅層面有溶蝕現(xiàn)象。

4.5 巖溶發(fā)育趨勢預(yù)測

橋址區(qū)巖溶發(fā)展階段多，經(jīng)歷了沉積—不均勻抬升—河谷切割—重力卸荷等階段。但全新世以來，地殼趨于穩(wěn)定，山川水勢變化極為緩慢。由于地下水位低，地表100 m內(nèi)現(xiàn)有的巖溶僅靠地表水的入滲溶蝕，發(fā)育趨勢緩慢，可以認為基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

［1］杭瑞高速貴州省畢節(jié)至都格(黔滇界)公路BD-T17合同段北盤江大橋施工圖設(shè)計工程地質(zhì)勘察報告［R］.淮安:江蘇省水文地質(zhì)海洋地質(zhì)勘查院，2011.

［2］李智毅，楊裕云.工程地質(zhì)學(xué)概論［M］.北京:中國地質(zhì)大學(xué)出版社，1999.

［3］GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)［S］.