可溶性巖層的幾種工程地質勘察方法研究

周興濤

摘 要：巖溶的發育給工程建設帶來了一定的復雜性，確保建筑物的基礎可靠地建立在巖溶體上，這是一項非常有意義的工作。該文從鄂西地區常見的巖溶地質出發，探討了巖溶地區工程地質勘察的方法，論文研究探討了鉆探，遙感技術等四種新方法，全文是筆者長期工作基礎上的理論升華，相信對從事相關工作的同行有著重要的參考價值和借鑒意義。

關鍵詞：巖溶地區 工程地質勘察 地球物理 勘探

中圖分類號：P5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（b）-0010-02

巖溶又名喀斯特，是可溶性巖層（石灰巖、白云巖、石膏、巖鹽等）以被水溶解為主要的化學溶蝕作用，并伴隨以機械作用而形成溝槽、裂隙、洞穴等一系列現象和作用的總稱。我國的巖溶地區分布十分廣泛，以廣西、四川、云南、貴州最為發育，其余如湖南、廣東、浙江、江蘇、山東、山西等地均存在規模大小不同的巖溶地區。由于地表水和地下水的溶蝕作用，發育著各種類型的巖溶地貌和巖溶形態，破壞了巖石的完整性，大幅度地降低了巖石的強度和穩定性，從而影響著建筑物的安全。另外，巖溶的發育給工程建設帶來了一定的復雜性。而巖溶問題與許多工程有關，諸如水利水電工程、公路和鐵路工程、橋梁工程、工業與民用建筑工程、地質災害的防治與環境保護工程、旅游資源的綜合開發工程等等。例如，在水利水電建設中，因庫壩位址選擇不當，巖溶洞穴導致水庫滲漏，影響水庫的效益和正常使用；在巖溶區修建隧道、地下洞庫和開采礦產，一旦揭穿高壓巖溶管道水時，就會造成大量突水，有時挾有泥沙噴射，給施工帶來嚴重困難，甚至淹沒坑道，造成機毀人亡等事故；在地下洞室施工中遇到巨大溶洞時，洞中高填或橋跨施工困難，造價昂貴，有時不得不另辟新道，因而延誤工期；在覆蓋型巖溶區，土洞的發育及地表塌陷對農田和各種建筑物造成嚴重破壞。由此可見巖溶與工程建設的關系十分密切。在巖溶地區首先掌握巖溶的形態特征、發育規律及分布狀況，認識不同巖溶作用的特點，以便充分利用有利條件，對不利因素采取相應的措施，確保建筑物的基礎可靠地建立在巖溶體上，這是一項非常有意義的工作。

1 研究的現狀

由于巖溶發育的不均一性和復雜性，隨著樁基礎在巖溶地區的普遍應用，使勘察、設計、施工都面臨著許多新問題。有不少工作者已經在這些方面總結出很多工程建設實踐經驗，一些學者也做了不少的研究工作。例如，對溶洞頂板穩定性的研究，有學者提出了視溶洞頂板為梁板（懸臂梁、簡支梁、兩端固定梁）、塌落拱、壓力拱等的溶洞頂板穩定厚度計算方法；有學者根據彈性體內存在孔洞，在雙向均勻應力場的作用下孔洞邊界上的應力集中現象，按橢圓形水平坑道的計算公式求解溶洞周邊的切向應力，以此來判斷溶洞頂板的穩定性，有學者用平面問題的有限單元法對溶洞進行應力分析。有學者采用有限元—— 無界元耦合分析的方法，對巖溶臨空面穩定性進行了研究。有學者對覆蓋型巖溶區的樁基礎穩定性進行評價。本文通過調查收集資料，并對這些資料進行整理、分析和研究，總結出巖溶地區工程地質勘察的合理方法。

從空間問題角度，在理論上為溶洞頂板穩定性的分析以及樁基嵌巖臨界深度問題提供一條研究途徑。

2 巖溶工程地質合理的勘察方法

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，如溶洞、溶溝、溶槽、地下暗河等。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，因此在進行巖溶勘察時，僅靠傳統的地質方法（如槽探、坑探）難以得到滿意結果。因為對巖溶認識不足勘察方法不對路，工程處理不當，在一些城市（如濟南、廣州、南海等）發生了工程失誤現象，造成極大的損失，因而了解巖溶地區的地質，查清地下巖溶的分布情況，為工程提供可靠的地質資料是至關重要的。由此可見，巖溶地區工程地質勘察有著十分重要的作用，而合理的勘察方法也就成為人們所關注的問題。本文通過廣泛地收集工程資料和前人的研究資料，對這些資料進行整理、分析和研究，總結出適用于巖溶地區工程地質勘察的方法，如鉆探、遙感技術、地球物理勘探、靜力觸探等。現分述如圖1。

2.1 鉆探

鉆探是廣泛應用于工程地質勘察的勘探手段。除地形條件對機具安置有影響外，幾乎任何條件下均可使用鉆探方法。鉆探工作的目的是要了解一定深度范圍內的巖溶發育情況，尤其當地表無巖溶現象或有覆蓋層時，要在地質調查和物探成果的基礎上，結合工程要求去指導鉆孔布置。工程地質勘察中使用的鉆探方法較多，因而要根據具體情況選用適宜的鉆探方法，此外，為了利用鉆孔更好地了解地下地質情況，配合鉆探，往往要進行鉆孔壓水試驗或抽水試驗等水文地質工作。條件允許時，還可采用物探測井、鉆孔攝影、井下電視等技術手段，以配合了解鉆孔周圍的地質情況。

2.2 遙感技術的應用

遙感技術是根據電磁輻射的理論，應用現代技術中的各種探測器，對遠距離目標輻射來的電磁波信息進行接受，傳送到地面接收站加工處理成遙感資料（圖象或數據）用來探測識別目標物的整個過程。它是建立在現代物理學、數學、電子計算機技術和地學規律基礎之上的。具有調查面積大，重復性好等特點，遙感圖像能宏觀而真實地反映地表特征和各種地質現象的空間關系，遙感影像視域廣闊、信息量大，在識別巖溶地貌形態、巖溶層組劃分及地質構造特征等方面，具有其它勘測方法所不及的優點，尤其更適用于我國南方裸露型巖溶地區。

地球資源衛星遙感（MSS.TM，SPOT）、

航空遙感、熱紅外遙感、側視雷達遙感等，在20世紀70年代引進我國以后，被廣泛應用于巖溶地區工程地質勘察。遙感在新建鐵路選線、水利水電工程區域穩定性評價、巖溶水庫滲漏分析等方面都發揮了重要作用，在紅水河、清江流域規劃和大瑤山鐵路隧道選線中獲得了較好的效果。

2.3 地球物理勘探

地球物理勘探（簡稱物探）理場的各種參數進行地質解譯，是通過獲得天然的或人工的物具有一定的“透視性”。它不僅可以在地面測量，而且可以在地下測量（例如在鉆孔中、中或其間）以及地下（鉆孔勘察所研究空間的巖溶分布、隧道等）與地面之間的測量隧道以洞穴進行探測。由于信息技術特別適用于對巖體中復雜的巖溶、電子計算機技術的引進，使物探方法得到了很大的發展。目前，適用于巖溶勘察的物探方法主要有電阻率法、微重力法、鉆孔電磁波透視法、五極縱軸電測深法、地震層析成像技術、瞬變電磁法、地質雷達等。本文在總結資料的基礎上，對各種方法的優缺點、勘察效果和適用條件如表1所示。endprint

由表1可以看出，每一種方法的應用都有其應用的前提，只有在滿足前提條件下的勘察效果才會是好的。因此，在確定使用何種方法之前，正確地分析判斷建筑場地的地質情況是非常重要的。同時，根據大量實踐的經驗認為，在不同的地質條件下，進行不同的勘察，采用綜合物探，可以取得更好的效果。從上述的總結可以看出，將物探應用到工程地質勘察中，能降低勘察成本，縮短勘察工期，提高勘察工作質量。盡管如此，我們還是不能忽略鉆探作為最基本的工程地質勘察的勘探手段所發揮的重要作用。如柳州市銀都大廈所處的位置是典型的巖溶發育區，因為存在一種錯誤的觀念，認為鉆探是“一孔之見”，所以不相信鉆探，于是出現了用物探替代設計要求的孔底作超前鉆孔檢測基巖情況的決策失誤，結果導致做補充勘察和補強基礎，造成工期延長，投資增大。每種方法都有各自的優缺點及適用條件，應取長補短，互為補充。大量的工程實踐表明，物探定性配合鉆探定量，能更好地了解工程地質情況，為設計提供準確的依據。

2.4 靜力觸探

靜力觸探手段在工程地質勘察中主要是用來確定軟土、粘性土和砂類土的承載力。把靜力觸探用于覆蓋型巖溶工程地質勘察，在長（春）大（連）鐵路瓦房店路基塌陷病害整治工程提供了實踐經驗。在一定的地層條件下，靜力觸探手段解決了其他勘探手段未能解決的問題，取得了良好的效果。在覆蓋型巖溶工程地質勘察中，靜力觸探手段主要是查明第四系覆蓋層中有無隱蔽土洞存在；土洞的規模及埋藏位置；疏松裂隙帶的分布及其范圍等。其方法是：在依據鉆探物探資料進行了初步穩定性分區的基礎上有針對性的布置靜力觸探孔，結合具體情況，解釋靜力觸探PS-h（PS：貫入阻力，h：探測深度），有是否出現異常值來推測有無土洞或裂隙帶。靜力觸探方法得到的成果分析資料的準確性和可靠性，在勘探期間和緊接著的設計與施工中，都得到充分的證實。

覆蓋型巖溶工程地質勘察，在鉆探、物探手段受到技術上和經濟上的限制以及場地的限制，無法滿足要求時，為了探明覆蓋層中潛蝕作用的分布范圍和強度，可以采用靜力觸探方法。根據不同勘察設計階段、不同工程性質及地層條件，在綜合勘探中合理使用靜力觸探手段可以提高勘測質量、縮短勘測周期。通過靜力觸探與地質雷達相結合來探明土層中隱伏土洞與擾動土層的效果顯著。

參考文獻

[1] 張小克.巖溶地區地質結構分析[J].科技資訊，2009（11）.

[2] 李文華.鄂西巖溶地區工程地質勘查進展[J].科技創新導報，2011（22）.endprint

由表1可以看出，每一種方法的應用都有其應用的前提，只有在滿足前提條件下的勘察效果才會是好的。因此，在確定使用何種方法之前，正確地分析判斷建筑場地的地質情況是非常重要的。同時，根據大量實踐的經驗認為，在不同的地質條件下，進行不同的勘察，采用綜合物探，可以取得更好的效果。從上述的總結可以看出，將物探應用到工程地質勘察中，能降低勘察成本，縮短勘察工期，提高勘察工作質量。盡管如此，我們還是不能忽略鉆探作為最基本的工程地質勘察的勘探手段所發揮的重要作用。如柳州市銀都大廈所處的位置是典型的巖溶發育區，因為存在一種錯誤的觀念，認為鉆探是“一孔之見”，所以不相信鉆探，于是出現了用物探替代設計要求的孔底作超前鉆孔檢測基巖情況的決策失誤，結果導致做補充勘察和補強基礎，造成工期延長，投資增大。每種方法都有各自的優缺點及適用條件，應取長補短，互為補充。大量的工程實踐表明，物探定性配合鉆探定量，能更好地了解工程地質情況，為設計提供準確的依據。

2.4 靜力觸探

靜力觸探手段在工程地質勘察中主要是用來確定軟土、粘性土和砂類土的承載力。把靜力觸探用于覆蓋型巖溶工程地質勘察，在長（春）大（連）鐵路瓦房店路基塌陷病害整治工程提供了實踐經驗。在一定的地層條件下，靜力觸探手段解決了其他勘探手段未能解決的問題，取得了良好的效果。在覆蓋型巖溶工程地質勘察中，靜力觸探手段主要是查明第四系覆蓋層中有無隱蔽土洞存在；土洞的規模及埋藏位置；疏松裂隙帶的分布及其范圍等。其方法是：在依據鉆探物探資料進行了初步穩定性分區的基礎上有針對性的布置靜力觸探孔，結合具體情況，解釋靜力觸探PS-h（PS：貫入阻力，h：探測深度），有是否出現異常值來推測有無土洞或裂隙帶。靜力觸探方法得到的成果分析資料的準確性和可靠性，在勘探期間和緊接著的設計與施工中，都得到充分的證實。

覆蓋型巖溶工程地質勘察，在鉆探、物探手段受到技術上和經濟上的限制以及場地的限制，無法滿足要求時，為了探明覆蓋層中潛蝕作用的分布范圍和強度，可以采用靜力觸探方法。根據不同勘察設計階段、不同工程性質及地層條件，在綜合勘探中合理使用靜力觸探手段可以提高勘測質量、縮短勘測周期。通過靜力觸探與地質雷達相結合來探明土層中隱伏土洞與擾動土層的效果顯著。

參考文獻

[1] 張小克.巖溶地區地質結構分析[J].科技資訊，2009（11）.

[2] 李文華.鄂西巖溶地區工程地質勘查進展[J].科技創新導報，2011（22）.endprint

由表1可以看出，每一種方法的應用都有其應用的前提，只有在滿足前提條件下的勘察效果才會是好的。因此，在確定使用何種方法之前，正確地分析判斷建筑場地的地質情況是非常重要的。同時，根據大量實踐的經驗認為，在不同的地質條件下，進行不同的勘察，采用綜合物探，可以取得更好的效果。從上述的總結可以看出，將物探應用到工程地質勘察中，能降低勘察成本，縮短勘察工期，提高勘察工作質量。盡管如此，我們還是不能忽略鉆探作為最基本的工程地質勘察的勘探手段所發揮的重要作用。如柳州市銀都大廈所處的位置是典型的巖溶發育區，因為存在一種錯誤的觀念，認為鉆探是“一孔之見”，所以不相信鉆探，于是出現了用物探替代設計要求的孔底作超前鉆孔檢測基巖情況的決策失誤，結果導致做補充勘察和補強基礎，造成工期延長，投資增大。每種方法都有各自的優缺點及適用條件，應取長補短，互為補充。大量的工程實踐表明，物探定性配合鉆探定量，能更好地了解工程地質情況，為設計提供準確的依據。

2.4 靜力觸探

靜力觸探手段在工程地質勘察中主要是用來確定軟土、粘性土和砂類土的承載力。把靜力觸探用于覆蓋型巖溶工程地質勘察，在長（春）大（連）鐵路瓦房店路基塌陷病害整治工程提供了實踐經驗。在一定的地層條件下，靜力觸探手段解決了其他勘探手段未能解決的問題，取得了良好的效果。在覆蓋型巖溶工程地質勘察中，靜力觸探手段主要是查明第四系覆蓋層中有無隱蔽土洞存在；土洞的規模及埋藏位置；疏松裂隙帶的分布及其范圍等。其方法是：在依據鉆探物探資料進行了初步穩定性分區的基礎上有針對性的布置靜力觸探孔，結合具體情況，解釋靜力觸探PS-h（PS：貫入阻力，h：探測深度），有是否出現異常值來推測有無土洞或裂隙帶。靜力觸探方法得到的成果分析資料的準確性和可靠性，在勘探期間和緊接著的設計與施工中，都得到充分的證實。

覆蓋型巖溶工程地質勘察，在鉆探、物探手段受到技術上和經濟上的限制以及場地的限制，無法滿足要求時，為了探明覆蓋層中潛蝕作用的分布范圍和強度，可以采用靜力觸探方法。根據不同勘察設計階段、不同工程性質及地層條件，在綜合勘探中合理使用靜力觸探手段可以提高勘測質量、縮短勘測周期。通過靜力觸探與地質雷達相結合來探明土層中隱伏土洞與擾動土層的效果顯著。

參考文獻

[1] 張小克.巖溶地區地質結構分析[J].科技資訊，2009（11）.

[2] 李文華.鄂西巖溶地區工程地質勘查進展[J].科技創新導報，2011（22）.endprint