公路工程巖溶區勘察方法研究

于 卿

(北京市軌道交通建設管理有限公司，北京 100037)

隨著我國經濟技術的發展及西部大開發戰略的不斷深入，西南地區高等級公路項目不斷上馬，而西南地區普遍巖溶發育，全面準確的查明巖溶區工程地質條件對公路工程建設尤為重要，因此本文對巖溶區巖溶的發展機理及主要勘察方法進行了簡要闡述。

1 巖溶及巖溶發育的影響因素

1.1 巖溶與巖性的關系

巖石成分、成層條件和組織結構等直接影響巖溶的發育程度和速度。一般來說，硫酸鹽類和鹵素類巖層巖溶發育速度較快;碳酸鹽類巖層則發育速度較慢。質純層厚的巖層，巖溶發育強烈且形態齊全，規模較大;含泥質或其他雜質的巖層，巖溶發育較弱。結晶顆粒粗大的巖石巖溶較為發育;結晶顆粒細小的巖石巖溶發育較弱。

1.2 巖溶與地質構造的關系

大地構造和地質構造因素控制巖層的分布，決定地下水的循環和運動特征，影響巖溶的發育格局。

1)節理裂隙:裂隙的發育程度和延伸方向通常決定了巖溶的發育程度和發展方向。在節理裂隙的交叉處或密集帶，巖溶最易發育。2)斷層:在斷裂構造發育地質，斷層往往成為地下水的良好通道，所以沿斷裂帶是巖溶顯著發育地段，常是控制巖溶形成和發育格局的主要因素。3)褶皺:褶皺軸部一般巖溶較為發育。在單斜地層中，巖溶一般順層面發育。在不對稱褶曲中，較陡峭一翼巖溶比平緩一翼發育。4)地層組合及產狀的影響:地層的不同組合特征構成不同的水文地質斷面，同時也控制了巖溶的空間分布格局。可溶性巖與非可溶性巖接觸帶或不整合面巖溶往往發育。

1.3 巖溶與新構造運動的關系

地殼強烈上升地區，巖溶以垂直方向發育為主;地殼相對穩定地區，巖溶以水平方向發育為主;地殼下降地區，既有水平發育又有垂直發育，巖溶發育較為復雜。

1.4 巖溶與地形的關系

地形陡峭、巖石裸露的斜坡上，巖溶多呈溶溝、溶槽、石芽等地表形態發育;地形平緩地帶，巖溶多以漏斗、豎井、落水洞、塌陷洼地、溶洞等形態為主。

1.5 水對巖溶發育的影響

河流水系是內陸巖溶區巖溶水的排泄基準面，水體同巖層產狀關系對巖溶發育亦有一定影響，當水體與層面反向或斜交時，巖溶易于發育;水體與層面順向時，巖溶不發育。總的來說，巖溶發育程度和規模呈向地表深處減弱、漸小的趨勢。

1.6 巖溶與氣候的關系

氣候對巖溶發育的影響，主要表現在降水量和氣溫的變化及氣候對植被生長的影響上。在高溫多雨、植被茂盛地區，巖溶作用強烈，普遍發育成大型的溶蝕洼地、坡立谷、孤峰、峰林和洞穴系統為特征的巖溶地貌;而在中、高緯度的干旱和半干旱地區，巖溶發育一般較弱。

2 巖溶的不良影響

對工程來說，巖溶發育的不良影響主要有以下幾個方面:

1)巖溶發育石芽、溝槽等地貌，造成基巖面起伏較大，導致其上覆土質地基壓縮變形不均。在土層較厚的溶溝、槽底部，往往又有軟弱土存在，更加劇了地基的不均勻性。2)巖溶洞穴頂板變形造成地基失穩，尤其是一些淺埋、扁平狀、跨度大的洞體，其頂板巖體受數組結構面切割，在自然或人為作用下，有可能坍塌陷落造成地基的局部破壞。3)巖溶水的動態變化對建、構筑物的使用造成不良影響。旱季時，在某一深度的巖體可能呈干燥狀態，雨季可突發涌水，水位和水量驟變，如補給源位置較高，管狀裂隙水流在巨大動水壓力作用下可突然涌出，沖毀公路路基，對公路正常運營造成影響。另外，由于地下水的升降變化造成土洞現象的發生也會對公路正常運營造成隱患及影響。

3 巖溶勘察方法

不同地質時代的可溶性巖層，在漫長的地質作用下形成的巖溶形態千差萬別、錯綜復雜，由于巖溶在空間上發育的不均一性，造成巖溶地區的地質情況非常復雜，因此在進行巖溶區勘察時，通常采用工程地質調繪、地球物理勘探、工程地質鉆探等幾種方法綜合運用來進行，以期取得較為滿意的成果，下面主要結合工程實例進行說明。

3.1 工程地質調繪

工程地質調繪是工程地質勘察中最主要、最基本的勘察方法。在巖溶地區公路工程地質勘察中，應主要查明該地區的地層巖性、地質構造、巖溶地下水狀況、巖溶發展狀況等，是巖溶地區公路工程地質勘察工作的關鍵，通常采用地表測繪及洞穴調查相結合的方法進行。

3.1.1 地表測繪

貴州省沿河—德江高速公路地處貴州省東北部，線路所經區域地層巖性主要為白云巖、灰巖，巖溶較為發育，K87+600～K87+500馬頭山隧道段巖性主要為婁山關群第三段(∈2-3ls3)白云巖，隧道進口段溶溝、溶槽等地表溶蝕現象發育，且溶洞等存在5個集中段落;出口段左側見“V”形陡崖且出口段分布大面積巖溶洼地，經工程地質調繪進出口段基本處于同一高程，因此可推測穿越隧道段可能存在地下暗河等巖溶通道。

3.1.2 洞穴調查

甘南州合作市—冶力關鎮公路工程巴拉什3號大橋2號墩，施工人工挖孔樁期間揭露埋藏型溶洞，對橋梁樁基持力層的選取等造成不良影響。經進入溶洞實地勘察，發現溶洞底板基巖面呈20°傾角單向傾斜且存在直徑約60 cm落水洞向深部延伸，因此若該溶洞底板下仍存在溶洞等巖溶空洞，則落水洞附近底板應為最薄弱處，應重點查明該處底板是否滿足樁基持力層要求。

3.2 地球物理勘探

地面物探方法適用于工程前期勘察階段，應充分利用被探測對象的物性條件合理使用，并與其他勘探方法相配合，對所測得的物探資料進行綜合分析。調查表層巖溶的方法主要有:電法、探地雷達、地震勘探、地溫法等;探測孔間巖溶的物探方法有:層析成像、綜合測井。

重慶酉陽—沿河高速公路重慶段，K19+000～K19+400段為三疊系嘉陵江組(T1j)灰巖及白堊系正陽組(K2z)礫巖交界處，巖溶發育強烈，對高速公路建設造成很大影響，必須查明該區域溶洞頂板厚度等參數為路基施工圖設計提供依據。詳細勘察過程中，沿路線主線布設2條縱向、以60 m間距布設橫向高密度電法測線對該段進行地球物理勘探(見圖1)，經測試并解譯，貫穿整個剖面發現有3條條帶狀低阻異常，3條帶異常兩兩相交，編號為WT-1，推測可能為巖性差異或巖石破碎或巖溶發育引起;距測線約34 m～42 m，埋深約為10 m～17 m處發現一低阻異常，編號為WT-2，推測可能為巖石破碎或巖溶發育引起。經過對物探結果結合鉆探成果進行綜合驗證、判別，對該段巖溶發育狀況進行了揭示，為路基施工圖設計提供了較為詳實的參考資料。

圖1 高密度電法電阻率等值線圖

圖2 馬頭山隧道100 m～105 m巖芯

3.3 工程地質鉆探

在巖溶區勘察中，工程地質鉆探主要目的是了解一定深度范圍內的巖溶發育狀況，以便更好的查明場區巖溶發育情況。貴州省沿河—德江高速公路馬頭山隧道(見圖2)，經地球物理勘探揭露洞身段存在部分高阻及低阻異常帶，推測為巖溶空洞及溶蝕裂隙較發育地帶，經工程地質鉆探鉆孔揭露，92 m～105 m段巖芯均較為破碎，與物探解譯成果所揭示低阻異常帶符合較好，為該隧道圍巖分級提供了依據。

［1］工程地質手冊編委會.工程地質手冊［M］.第4版.北京：中國建筑工業出版社，2006.

［2］貴州省交通廳.巖溶地區公路工程地質勘察方法指南［Z］.

［3］JTG C20-2011，公路工程地質勘察規范［S］.

［4］GB 50021-2001，巖土工程勘察規范［S］.