綜合勘探法在巖溶地區(qū)中應(yīng)用

■張翔

（深圳市巖土綜合勘察設(shè)計有限公司 廣東深圳 518172）

綜合勘探法在巖溶地區(qū)中應(yīng)用

■張翔

（深圳市巖土綜合勘察設(shè)計有限公司 廣東深圳 518172）

結(jié)合工程案例針對工程具體情況，綜合考慮現(xiàn)場工程地質(zhì)條件，采取了綜合和合理的有效勘察方法，并對工作區(qū)作出正確的評價，提出合理方案和建議。

地質(zhì)勘察方法巖溶地區(qū)特點

由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，在巖溶地區(qū)的工程建設(shè)項目也越來越多，在此類地質(zhì)條件下地質(zhì)勘察中遇到的問題也越來越多，由于可溶性碳酸鹽巖在國內(nèi)分布比較廣泛，要掌握其勘察方法就要了解巖溶發(fā)育規(guī)律及特性，針對不同的特點和規(guī)律采取對應(yīng)的勘察方法和技術(shù)。

1 巖土工程勘察方法及探測技術(shù)

在巖溶地區(qū)，巖土工程勘察分析方法及巖溶探測技術(shù)，除了常規(guī)的鉆探手段外，目前國內(nèi)主要采用以下方法或手段。

（1）工程地質(zhì)調(diào)查與測繪：包括巖溶地形地貌調(diào)查、地層巖性、水文地質(zhì)調(diào)查、測量及試驗等內(nèi)容的野外調(diào)查，能夠從宏觀上把握巖溶發(fā)育的分布和特點，并據(jù)此進(jìn)一步進(jìn)行工程地質(zhì)勘探工作，該方法簡單，方便實用，能獲得直觀的野外工程地質(zhì)基礎(chǔ)資料。

（2）地球物理勘探：適用于對巖體中復(fù)雜的巖溶洞穴進(jìn)行探測，除了電阻率（電剖面和電測深）法、高密度電法、無線電波透射法、地面地震反射波法、聲波透射法、微重力法、射氣測量等以外，80年代以后發(fā)展起來的探地雷達(dá)GPR（地質(zhì)雷達(dá)）、層析成像（CT）技術(shù)等在巖溶工程地質(zhì)勘察中也得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是在確定巖溶溶洞、土洞及塌陷等的分布、形態(tài)和充填情況時，發(fā)揮了很大的作用。針對巖溶塌陷的形成機(jī)理復(fù)雜，其發(fā)生具有突發(fā)性和隱蔽性，采用監(jiān)測地面沉降、地面和房屋開裂的方法來監(jiān)測塌陷，效果并不好，而采用地質(zhì)雷達(dá)等直接監(jiān)測和巖溶管道系統(tǒng)中水（氣）壓力的動態(tài)變化傳感器自動監(jiān)測的間接監(jiān)測技術(shù)來監(jiān)測塌陷則能取得較好的效果。在查明大范圍的區(qū)域巖溶發(fā)育和深部巖溶的分布規(guī)律方面，地球物理勘探是最理想的方法之一，但探測的準(zhǔn)確程度受場地的干擾、技術(shù)人員的解釋水平等因素影響。

（3）遙感技術(shù)：地球資源衛(wèi)星遙感（MSS、TM、SPOT）、航空遙感、熱紅外遙感、側(cè)視雷達(dá)遙感等在70年代引進(jìn)我國以后，具有調(diào)查面積大，重復(fù)性好等特點，對于研究巖溶地貌形態(tài)、巖溶層組劃分、地質(zhì)構(gòu)造等都能取得較好的效果，被廣泛應(yīng)用于巖溶地區(qū)的工程地質(zhì)勘察工作，該技術(shù)一般用于大型工程選址，而一般的工業(yè)與民用建筑用得不多。

（4）工程地質(zhì)原位測試技術(shù)：主要采用原位標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗、動力觸探試驗等測定溶洞和土洞中充填物、巖溶塌陷堆積物的工程地質(zhì)性質(zhì)和地基土承載力，該技術(shù)在各巖溶地區(qū)有較成熟的應(yīng)用經(jīng)驗，施工簡單，成本較低，應(yīng)用廣泛。

（5）示蹤試驗：用示蹤劑（熒光染料等）進(jìn)行巖溶地下水聯(lián)通試驗以及長期觀測的研究，以查明巖溶的發(fā)育程度和溶洞相互連通、分布情況，該方法簡單，較方便可靠，但不適用于無地下水的溶洞。

（6）模型試驗：采用一定尺寸規(guī)模的試驗裝置，模擬砂、土層在各種條件下（如不同水動力條件）的巖溶地基的穩(wěn)定性或巖溶塌陷過程，一般用于巖溶塌陷的研究。

（7）插釬：用一定長度鋼釬（筋）按一定的間距插人上覆土層，用來查明土層中是否發(fā)育有巖溶土洞，該方法還具有施工簡單，經(jīng)濟(jì)實用的特點。

（8）管波探測法：管波探測法是在鉆孔中利用“管波”作為探測物理場，探測孔旁一定范圍內(nèi)的溶洞、溶蝕裂隙、軟弱夾層等不良地質(zhì)體的最新孔中物探方法，即利用樁位中心的一個勘察鉆孔，通過發(fā)射管波，采集記錄并分析管波反射信號，就可探明整個樁位范圍內(nèi)的巖溶、軟弱夾層及裂隙帶的發(fā)育和分布情況，并評價嵌巖樁基樁持力層的完整性。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》，當(dāng)在施工勘察階段采用大直徑嵌巖樁時，應(yīng)對樁位進(jìn)行專門的樁基勘察，勘察點應(yīng)逐樁布置，勘探的深度應(yīng)不小于樁底以下樁徑的3倍并不小于5 m。目前，工程上一般采用一樁一孔或一樁多孔鉆探方式進(jìn)行樁位勘察，一樁一孔鉆探往往會遺漏孔旁的巖溶，一樁多孔鉆探則勘察成本高、工期長。而管波探測法作為輔助勘察的物探新方法，既準(zhǔn)確可靠，又大大降低了勘察成本，勘察工期也大幅縮減。

2 不同巖溶發(fā)育地區(qū)的勘察方法與技術(shù)

巖溶地區(qū)工程勘察還必須根據(jù)不同地段巖溶發(fā)育特點、類型，結(jié)合工程特點選擇勘察手段和方法，合理布置工作量，確定研究范圍，有針對性地進(jìn)行勘察和研究。

2.1 巖溶補(bǔ)給區(qū)和徑流區(qū)工程勘察方法和手段

巖溶補(bǔ)給區(qū)和徑流區(qū)工程勘察的總體原則是：先進(jìn)行地面調(diào)查，了解巖溶發(fā)育情況、分布特征，并結(jié)合物探方法（電測深，高密度電法，淺層地震，地質(zhì)雷達(dá)等），判斷可能存在覆蓋型落水洞的區(qū)域和地下溶洞、土洞的發(fā)育位置，再結(jié)合工程情況采取有效的方法和手段進(jìn)行重點勘探。

①一般工民建勘察：在地面調(diào)查和適宜物探的基礎(chǔ)上，對重點地段和具體建筑地基進(jìn)行高密度釬探和加密鉆探，適當(dāng)加深孔深，以滿足評價工程地質(zhì)穩(wěn)定性要求。

②橋梁樁基礎(chǔ)勘察：先進(jìn)行地面調(diào)查和物探，對巖溶發(fā)育進(jìn)行評價，再進(jìn)行勘探。在巖溶發(fā)育區(qū)，由于地下巖溶發(fā)育位置不易確定，最好每棵樁位打一或多個勘探孔，孔深要大于樁長，以確保樁基穩(wěn)定。

③水庫庫區(qū)和壩區(qū)勘察：一般不宜在巖溶地區(qū)建水庫，必須修建時在地面調(diào)查和物探的基礎(chǔ)上，采用系統(tǒng)的鉆探、壓水試驗和必要的連通試驗，評價庫區(qū)滲漏情況，壩區(qū)勘探布孔范圍要比一般非巖溶地區(qū)大，并注意充填古溶洞，因其在庫水壓力下有產(chǎn)生潛蝕管涌的可能。

2.2 巖溶排泄區(qū)工程勘察

巖溶排泄區(qū)多為盆地邊緣裸露型巖溶排泄帶或盆地覆蓋型巖溶，其工程地質(zhì)問題是一個復(fù)雜的系統(tǒng)環(huán)境工程地質(zhì)問題，要采用系統(tǒng)的方法進(jìn)行勘察研究。一般局部的、淺部的工程勘察很難發(fā)現(xiàn)和評價可能產(chǎn)生的巖溶危害。

①裸露型巖溶排泄區(qū)（帶）的勘察，遵循先調(diào)查再重點集中勘探的原則。一般裸型巖溶工程地質(zhì)問題比較清楚，以調(diào)查為主再結(jié)合必要的物探。__

②盆地埋藏型巖溶區(qū)工程勘察。覆蓋型巖溶區(qū)工程勘察不能限于局部勘探，要進(jìn)行較大范圍的系統(tǒng)分析研究。在調(diào)查和收集有關(guān)勘探資料，水文工程地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，對可能產(chǎn)生巖溶危害的地段采用物探（淺層地震，地質(zhì)雷達(dá)，高密度電法等）、抽水試驗和鉆孔勘探等綜合方法進(jìn)行勘察研究。除了進(jìn)行一般的工程地質(zhì)評價外，還要專門對可能產(chǎn)生的巖溶危害問題進(jìn)行評價，以提供處理方案。

2.3 巖溶地區(qū)進(jìn)行工程勘察綜合方法的運用

在巖溶地區(qū)進(jìn)行工程勘察工作，不能機(jī)械的應(yīng)用某一種方法解決問題，應(yīng)根據(jù)實際情況綜合運用各種勘察手段，充分全面地對巖溶地區(qū)的工程場地作出正確評價和判斷，為工程的下一步工作提供全面正確的地質(zhì)勘察資料，下面是一個綜合方法運用的實例。

某水庫勘察，該水庫位于南河流域仁和坪向斜南翼“U”形河谷內(nèi)，溶洞、洼地、落水洞較發(fā)育，河流兩岸群峰聳立，峽谷切割深度大，兩岸陡峭。近期開發(fā)河段河床底部基巖大都裸露，河床覆蓋厚度3～5 m。水庫巖溶勘探方案為：在全面地質(zhì)測繪的基礎(chǔ)上，采用物探先行、物探指導(dǎo)鉆探和巷探的成果驗證物探效果的勘探方法。具體方法是：首先進(jìn)行1個月的全面地質(zhì)測繪工作，確定出不同壩址線巖溶可能發(fā)育的兩條物探線；然后采用地震反射法和瞬變電磁法這兩種物探方法，在2個勘探線上布置12個鉆孔和3個平硐，其中前期布置了9個鉆孔，在后期的物探和已有鉆探的基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有的地質(zhì)條件，又增加了3個鉆孔，原有的9個鉆孔中有3個也改變了原先確定的位置，確實從勘探工作中不斷改變勘探計劃，做到優(yōu)化施工，使水庫的安全性和經(jīng)濟(jì)性得到保證。根據(jù)物探資料，在右壩肩埋深50～80m電阻率高等值線內(nèi)出現(xiàn)較多低電阻率值封閉曲線，說明在該深度范圍內(nèi)灰?guī)r完整性較差，溶蝕作用強(qiáng)烈，巖溶發(fā)育，即在高程480～520m出現(xiàn)一期巖溶發(fā)育，后經(jīng)鉆探資料證實，在鉆孔8和鉆孔9中，深度為50～60m，高程為480～500m，有溶洞出現(xiàn)，證實高程480～500m以上為強(qiáng)滲漏帶，各方勘探成果表明，在480m高程以下巖體透水性弱，按70m壩高設(shè)計，庫水位高程470～480m，正處在透水性較差的巖性段，可以判斷右岸滲漏條件較好，不可能形成大的滲漏通道。本工程根據(jù)據(jù)綜合勘察資料分析對該庫區(qū)作出如下工程評價：①山體內(nèi)部巖溶下限高程在440m（或450m）以上，其上為巖溶比較強(qiáng)烈發(fā)育段，其下是巖溶不發(fā)育或微弱發(fā)育段；②地下水平巖溶發(fā)育地段：下壩址右岸，物探異常顯示在470～520m高程之間，這與鉆孔揭露的巖洞情況完全一致，下壩址左岸，物探異常顯示在450～480m高程之間，而鉆孔揭露巖洞情況也證實了其一致性，該區(qū)在上述高程范圍內(nèi)是巖溶最發(fā)育時期；③470～520m高程段，顯示該時期河谷右岸上、下壩址河間地塊巖溶現(xiàn)象比左岸更發(fā)育，450～480m高程段河谷右岸上、下壩段間地塊巖溶現(xiàn)象欠發(fā)育，而左岸的羊子洞一帶該高程溶蝕發(fā)育，這種差別可能與當(dāng)時河流展布有關(guān)；④540～560m高程的巖溶系統(tǒng)與當(dāng)?shù)厝芪g洼地、槽谷高程相當(dāng)，此高程的巖溶系統(tǒng)被溶蝕剝蝕作用破壞，只在較高處殘留水平溶洞；⑤450 m左右及以下，是本區(qū)地殼快速上升發(fā)育期，相應(yīng)形成陜谷陡崖地貌，從幾個鉆孔中都證實此高程以下巖石很完整，沒有發(fā)現(xiàn)溶洞，1、2、3號平硐揭示，山體內(nèi)巖體十分完好，很少見到巖石溶蝕現(xiàn)象，壓水試驗也證實，其巖體透水性很小；⑥臨谷坡幾個溶洞形態(tài)及沉淀物特征指示表明，這些水平溶洞都是地下水集中向南河河谷排泄的出口，溶洞大多順層發(fā)育；⑦南河河床高程處發(fā)育的溶洞為最新一期巖溶產(chǎn)物，洞體規(guī)模不大，從幾個鉆孔揭示及物探探測資料來看，結(jié)合平硐展示圖，在此高程左右山體內(nèi)部沒有發(fā)現(xiàn)巖石強(qiáng)烈溶蝕痕跡。可以推測，該期溶洞向山體內(nèi)延伸有限，除個別特殊條件外（如魚洞），可能沒有形成大范圍的巖溶系統(tǒng)。

由此可得出結(jié)論：

①巖溶工程地質(zhì)是一個復(fù)雜的工程地質(zhì)問題，溶洞間的相互關(guān)系復(fù)雜，通過綜合勘探方法可取得較好的效果；

②在勘察中要充分發(fā)揮物探技術(shù)的先進(jìn)性、全面性及鉆探的直觀性特點，并使其能相互滲透、互為補(bǔ)充，使各種勘探手段有序的進(jìn)行，不斷在工作過程中調(diào)整方案、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，提高地質(zhì)的勘探水平。

3 總結(jié)語

綜合勘探在巖溶地區(qū)地質(zhì)勘察中是科學(xué)可行的。巖溶地區(qū)的巖溶發(fā)育狀況是一個比較復(fù)雜的問題，在實際工作中，我們應(yīng)針對工程具體情況，綜合考慮現(xiàn)場工程地質(zhì)條件，采取綜合的和合理有效的勘察方法，對場地巖溶的發(fā)育規(guī)律和趨勢了解清楚，并對工作區(qū)作出正確的評價，提出合理方案和建議。同時，應(yīng)加強(qiáng)與后期施工的聯(lián)系，對每次工程勘察中出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行分析，及時總結(jié)經(jīng)驗。

P539.4[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-11-258-2