魯?shù)?.5 級地震災(zāi)后恢復(fù)重建水電鋁項目巖溶發(fā)育特征分析

秦勇光，賀建濤，許漢華，郝 勇，李紅林

（中國有色金屬工業(yè)昆明勘察設(shè)計研究院有限公司，云南 昆明 650051）

我國是世界上巖溶面積分布最廣泛的國家之一，巖溶面積約占國土面積的1/3，其中以廣西、云南、四川、湖北等地巖溶最為發(fā)育[1]，而且?guī)r溶類型齊全，品種豐富，多姿多彩，是全球少有的“天然巖溶檔案館”，巖溶作為復(fù)雜并且可能對工程建設(shè)和人員安全造成極大危害的不良地質(zhì)現(xiàn)象，越來越受到工程界和學(xué)術(shù)界的關(guān)注[2]。巖溶學(xué)科領(lǐng)域應(yīng)積極探索和發(fā)現(xiàn)新概念、新方法、新技術(shù)、新理論，為解決制約巖溶領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)問題做貢獻(xiàn)，同時充分利用我國巖溶學(xué)科領(lǐng)域科研優(yōu)勢與資源特色，深度挖掘主要研究方向，進(jìn)一步提升巖溶學(xué)科的國際影響力。曾德建等[3]以鄭萬高速鐵路漢江特大橋為研究對象，通過對覆蓋型巖溶覆蓋層物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)、巖溶發(fā)育規(guī)律進(jìn)行研究，并結(jié)合工程實際，對工程范圍內(nèi)巖溶地面塌陷進(jìn)行評價、預(yù)測，提出了在勘察設(shè)計過程中應(yīng)進(jìn)行規(guī)避和減少巖溶對結(jié)構(gòu)工程的影響。趙明華等[4]針對巖溶及采空區(qū)橋梁樁基樁端持力巖層安全厚度的確定進(jìn)行了較全面的探討，提出了一系列經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、且便于工程應(yīng)用的計算公式。牛定輝等[5]采用地質(zhì)鉆探和高密度電法等綜合方法，對地質(zhì)鉆探成果和高密度電法勘測成果進(jìn)行對比分析，查明了該邊坡處巖溶發(fā)育情況及分布特征。易勇進(jìn)等[6]總結(jié)了目前巖溶勘察主要有工程勘探、地面調(diào)繪、遙感技術(shù)、物探及其組合實施綜合勘察技術(shù)，未來應(yīng)重點關(guān)注“空-天-地”多層次勘察技術(shù)及其分析解譯的定量化和精確化研究，構(gòu)建巖溶區(qū)綜合勘察成套技術(shù)體系，以解決巖溶勘察的高深細(xì)度與高精細(xì)度要求等關(guān)鍵性核心科學(xué)問題。袁道先院士歸納出我國巖溶的四大特點：巖層古老堅硬；地處季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱配套，巖溶發(fā)育水動力強(qiáng)，水化學(xué)環(huán)境好；地質(zhì)構(gòu)造抬升運(yùn)動強(qiáng)烈，巖溶發(fā)育多樣；西南巖溶區(qū)未經(jīng)大陸冰蓋刨蝕，多樣的巖溶形態(tài)得以保持。袁道先院士引入地球系統(tǒng)科學(xué)的方法，從全球角度研究巖溶，在巖溶研究中抓住以碳、水、鈣為主的物質(zhì)能量循環(huán)體系，從大氣圈—水圈—巖石圈—生物圈的相互關(guān)系上研究巖溶，創(chuàng)造性地總結(jié)了一套捕捉碳、水、鈣行蹤的工作方法，為建立完整的巖溶動力學(xué)基本理論作出重要貢獻(xiàn)，推動形成了一個強(qiáng)有力的國際合作群體。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

研究區(qū)位于昭通市昭陽區(qū)北部青崗嶺回族彝族鄉(xiāng)，屬構(gòu)造侵蝕、溶蝕中山丘陵地貌區(qū)，區(qū)域內(nèi)地形起伏變化大，總體為斜坡地形。研究區(qū)位于斜坡頂部一帶，受雨水沖刷、風(fēng)化剝蝕等作用影響，區(qū)內(nèi)緩坡、巖溶洼地等微地貌發(fā)育，原始地表多為旱地。區(qū)內(nèi)溝谷較發(fā)育，屬老年期，沖刷、侵蝕作用較弱，原始地形自然坡度一般介于15°～35°，局部地段達(dá)50°，地勢整體上呈南高北低之勢。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

研究區(qū)及其周邊影響范圍內(nèi)無活動性斷層通過，發(fā)育有白沙背斜，背斜軸部大致由本區(qū)2 號通廊通過。受白莎背斜的影響，巖層產(chǎn)狀主要為：2 號通廊以西，產(chǎn)狀介于244°～290°∠12°～24°之間，整體傾向北西；2 號通廊以東，產(chǎn)狀介于80°～95°∠10°～14°之間，傾向東；總體上巖層傾角由東西兩側(cè)向2 號通廊逐漸變緩。本標(biāo)段處在白沙背斜軸部偏西地段。

1.3 地層巖性構(gòu)成

研究區(qū)分布的主要地層由第四系人工堆積層（Q4ml）素填土、第四系沖洪積層（Q4al+pl）黏土、坡殘積層（Q4dl+el）粉質(zhì)黏土，下伏基巖為泥盆系中統(tǒng)紅崖坡組（D2h）砂質(zhì)泥巖、灰質(zhì)白云巖及泥質(zhì)白云巖等地層組成。

2 水文地質(zhì)條件

研究區(qū)地表水主要為各沖溝的季節(jié)性流水，沿沖溝向下游滲流，雨季水量大，枯季水量貧乏。沖溝溝頭位于場區(qū)段已被整平，及下游正常情況下未見地表水流淌。研究區(qū)沖溝屬季節(jié)性沖溝，僅雨季連續(xù)降雨時會形成地表徑流，水量隨降雨量的大小而改變，旱季溝內(nèi)無水。為避免雨水、生產(chǎn)、生活廢水入滲降低填方強(qiáng)度而導(dǎo)致填土邊坡變形，應(yīng)對填方體修筑、完善截排水設(shè)施。

研究區(qū)上層滯水（即包氣帶水）主要賦存于第四系人工堆積素填土層中，該層地下水無統(tǒng)一穩(wěn)定水位線，富水性弱，水量小，其水位及水量隨干濕季節(jié)更替而變化，主要接受大氣降水及地表水補(bǔ)給，排泄形式以下滲補(bǔ)給裂隙水、巖溶水及蒸發(fā)為主。基巖裂隙水主要賦存于泥盆系中統(tǒng)紅崖坡組（D2h）強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖層中，其賦水性能與基巖裂隙的發(fā)育程度密切相關(guān)，且受季節(jié)性變化影響較大，其富水性、水位埋藏主要受地形控制，總體水量較小，富水性弱-中等；即原始河谷區(qū)的風(fēng)化裂隙中地下水賦水能力、富水性中等，而原始溝谷兩岸山體斜坡區(qū)風(fēng)化裂隙水分布范圍和賦存量均有限，埋藏深度大，且隨季節(jié)變化較大，富水性弱；該層地下水主要靠大氣降水及地表水補(bǔ)給；地下水由于受地形及賦水條件控制，旱季以蒸發(fā)排泄為主，雨季則在場地外低洼的溝谷地段有少量滲水排泄。勘察時僅在沖溝右側(cè)坡腳及溝谷地段揭露有地下水，水位埋深介于32.50m～35.10m 之間，相對標(biāo)高介于2073.17m～2075.98m，屬于混合地下水水位。

研究區(qū)碳酸鹽巖類巖溶水主要賦存于泥盆系中統(tǒng)紅崖坡組（D2h）灰質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖層中，為深層地下水。根據(jù)巖體巖溶裂隙的發(fā)育程度分為富水弱-中等；其中泥質(zhì)白云巖泥質(zhì)含量高，巖溶裂隙不發(fā)育，巖體較完整，富水弱，水量小；灰質(zhì)白云巖中淺部具有硬、脆、碎特征，且節(jié)理、溶隙裂隙較發(fā)育，為地下水提供良好賦存空間，其富水性中等。巖體裂隙發(fā)育程度隨深度增加而呈遞減的趨勢，且深部巖體裂隙多呈閉合狀，漸變?yōu)槲L(fēng)化～新鮮巖帶隔水層。主要接受大氣降水及基巖裂隙水的補(bǔ)給，同時接受少量地表水的入滲補(bǔ)給；地下水由沖溝兩側(cè)向溝底、由東南向北西方向徑流，最終向低洼的灑漁河及溝谷地段以泉點的形式排泄。

本次研究共采取了42組土試樣進(jìn)行了室內(nèi)滲透試驗：主要含水層素填土層的滲透系數(shù)介于5.17×10-5～4.47×10-4cm/s之間，屬弱～中等透水層；黏土層的滲透系數(shù)介于1.78×10-6～1.95×10-5cm/s之間，屬微～弱透水層；粉質(zhì)黏土層的滲透系數(shù)介于3.66×10-6～1.46×10-4cm/s之間，屬微～中等透水層；溶洞充填土層的滲透系數(shù)介于4.02×10-7～5.37×10-5cm/s之間，屬極微～弱透水層。

3 巖溶發(fā)育特征

研究區(qū)位于構(gòu)造侵蝕、溶蝕中山丘陵地貌區(qū)，下伏有中～厚層狀灰質(zhì)白云巖、泥質(zhì)白云巖層，其為巖溶的發(fā)育提供了可溶介質(zhì)，場區(qū)內(nèi)雨量較充沛，大氣降水大部分通過溶蝕裂隙滲入地下，為巖溶的發(fā)育提供了有利條件，本文根據(jù)巖溶發(fā)育程度將研究區(qū)劃分為巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)（YR1）和巖溶中等發(fā)育區(qū)（YR2）。

巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)（YR1）：主要分布于1 號通廊南部（YR1-1）及電解車間C 軸中部至2 號通廊段（YR1-2）。YR1-1 區(qū)鉆孔見洞隙率為50.7%，YR1-2 區(qū)鉆孔見洞隙率為57.9%，按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2011)[7]表6.6.2 對研究區(qū)巖溶發(fā)育程度進(jìn)行分級，該區(qū)巖溶發(fā)育程度為強(qiáng)發(fā)育。

巖溶中等發(fā)育區(qū)（YR2）：分布于除巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)（YR1）以外地段，在451 個鉆孔中共有87 個鉆孔遇洞，鉆孔見洞隙率為19.3%，按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(GB50007-2011)[7]對研究區(qū)巖溶發(fā)育程度進(jìn)行分級，該區(qū)巖溶發(fā)育程度為中等發(fā)育。

巖溶總是趨向于易于溶蝕的方向發(fā)育，研究區(qū)地層破碎，裂隙發(fā)育，為地下水的存儲提供了良好的空間，在接近原始沖溝、地下水排泄區(qū)范圍內(nèi)，溶洞發(fā)育，溶蝕規(guī)模較大，具有一定連通性，其余地段溶蝕現(xiàn)象不多，規(guī)模不大，且多孤立；受巖溶作用的影響，場區(qū)內(nèi)基巖面起伏大，起伏面最大可達(dá)20m，巖溶（隙）的發(fā)育在沿巖層面走向的方向上有一定規(guī)律，主要發(fā)育在灰質(zhì)白云巖層內(nèi)及巖層界面處，巖溶一般以溶孔、溶溝（槽）、溶洞為主，未見落水洞、地下河發(fā)育，為覆蓋性巖溶。大部分溶洞有充填物，少數(shù)無任何充填物或充填不滿。該軟弱夾層可能會對基礎(chǔ)造成不利影響，設(shè)計時應(yīng)按相關(guān)要求進(jìn)行。

對影響基礎(chǔ)穩(wěn)定的溶洞或裂隙發(fā)育帶，應(yīng)將樁端穿過溶洞底板或裂隙之下進(jìn)入穩(wěn)定基巖中；部分地段巖體風(fēng)化深度較大，開挖遇裂隙風(fēng)化深度較大的樁基，應(yīng)加大基礎(chǔ)埋深，將基礎(chǔ)置于下伏完整基巖內(nèi)。

4 巖溶對場地穩(wěn)定性影響評價

研究區(qū)巖溶基巖面起伏較大，鉆探深度范圍內(nèi)發(fā)育的巖溶溶洞、溶隙形狀不等、大小不一，大部分有充填物；巖溶整體發(fā)育程度為中等發(fā)育，但局部地段巖溶發(fā)育程度為強(qiáng)發(fā)育。溶洞圍巖體受到水流長期溶蝕風(fēng)化，巖芯較其它地段破碎，抗壓強(qiáng)度明顯偏小。溶洞內(nèi)充填物力學(xué)性能較差，局部甚至出現(xiàn)無充填物的空洞、半空洞現(xiàn)象。因此，樁基礎(chǔ)設(shè)計時，應(yīng)按相關(guān)規(guī)范要求樁端置入溶洞底板一定深度，滿足樁端應(yīng)力擴(kuò)散要求，同時考慮樁底持力層完整性，應(yīng)適當(dāng)加大嵌巖深度。施工中應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)驗槽工作，同時對重要或荷載較大的工程，可在槽底布置觸探、釬探或采用小口徑鉆探。