魯甸6.5 級地震災后恢復重建水電鋁項目巖溶發育特征分析

秦勇光，賀建濤，許漢華，郝 勇，李紅林

（中國有色金屬工業昆明勘察設計研究院有限公司，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育[1]，而且巖溶類型齊全，品種豐富，多姿多彩，是全球少有的“天然巖溶檔案館”，巖溶作為復雜并且可能對工程建設和人員安全造成極大危害的不良地質現象，越來越受到工程界和學術界的關注[2]。巖溶學科領域應積極探索和發現新概念、新方法、新技術、新理論，為解決制約巖溶領域發展的關鍵科學問題做貢獻，同時充分利用我國巖溶學科領域科研優勢與資源特色，深度挖掘主要研究方向，進一步提升巖溶學科的國際影響力。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成分、結構、巖溶發育規律進行研究，并結合工程實際，對工程范圍內巖溶地面塌陷進行評價、預測，提出了在勘察設計過程中應進行規避和減少巖溶對結構工程的影響。趙明華等[4]針對巖溶及采空區橋梁樁基樁端持力巖層安全厚度的確定進行了較全面的探討，提出了一系列經濟合理、安全可靠、且便于工程應用的計算公式。牛定輝等[5]采用地質鉆探和高密度電法等綜合方法，對地質鉆探成果和高密度電法勘測成果進行對比分析，查明了該邊坡處巖溶發育情況及分布特征。易勇進等[6]總結了目前巖溶勘察主要有工程勘探、地面調繪、遙感技術、物探及其組合實施綜合勘察技術，未來應重點關注“空-天-地”多層次勘察技術及其分析解譯的定量化和精確化研究，構建巖溶區綜合勘察成套技術體系，以解決巖溶勘察的高深細度與高精細度要求等關鍵性核心科學問題。袁道先院士歸納出我國巖溶的四大特點：巖層古老堅硬；地處季風氣候區，雨熱配套，巖溶發育水動力強，水化學環境好；地質構造抬升運動強烈，巖溶發育多樣；西南巖溶區未經大陸冰蓋刨蝕，多樣的巖溶形態得以保持。袁道先院士引入地球系統科學的方法，從全球角度研究巖溶，在巖溶研究中抓住以碳、水、鈣為主的物質能量循環體系，從大氣圈—水圈—巖石圈—生物圈的相互關系上研究巖溶，創造性地總結了一套捕捉碳、水、鈣行蹤的工作方法，為建立完整的巖溶動力學基本理論作出重要貢獻，推動形成了一個強有力的國際合作群體。

1 工程地質條件

1.1 地形地貌

研究區位于昭通市昭陽區北部青崗嶺回族彝族鄉，屬構造侵蝕、溶蝕中山丘陵地貌區，區域內地形起伏變化大，總體為斜坡地形。研究區位于斜坡頂部一帶，受雨水沖刷、風化剝蝕等作用影響，區內緩坡、巖溶洼地等微地貌發育，原始地表多為旱地。區內溝谷較發育，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50°，地勢整體上呈南高北低之勢。

1.2 地質構造

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

1.3 地層巖性構成

研究區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）粉質黏土，下伏基巖為泥盆系中統紅崖坡組（D2h）砂質泥巖、灰質白云巖及泥質白云巖等地層組成。

2 水文地質條件

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

研究區上層滯水（即包氣帶水）主要賦存于第四系人工堆積素填土層中，該層地下水無統一穩定水位線，富水性弱，水量小，其水位及水量隨干濕季節更替而變化，主要接受大氣降水及地表水補給，排泄形式以下滲補給裂隙水、巖溶水及蒸發為主。基巖裂隙水主要賦存于泥盆系中統紅崖坡組（D2h）強風化砂質泥巖層中，其賦水性能與基巖裂隙的發育程度密切相關，且受季節性變化影響較大，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；即原始河谷區的風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風化裂隙水分布范圍和賦存量均有限，埋藏深度大，且隨季節變化較大，富水性弱；該層地下水主要靠大氣降水及地表水補給；地下水由于受地形及賦水條件控制，旱季以蒸發排泄為主，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，相對標高介于2073.17m～2075.98m，屬于混合地下水水位。

研究區碳酸鹽巖類巖溶水主要賦存于泥盆系中統紅崖坡組（D2h）灰質白云巖、泥質白云巖層中，為深層地下水。根據巖體巖溶裂隙的發育程度分為富水弱-中等；其中泥質白云巖泥質含量高，巖溶裂隙不發育，巖體較完整，富水弱，水量小；灰質白云巖中淺部具有硬、脆、碎特征，且節理、溶隙裂隙較發育，為地下水提供良好賦存空間，其富水性中等。巖體裂隙發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，漸變為微風化～新鮮巖帶隔水層。主要接受大氣降水及基巖裂隙水的補給，同時接受少量地表水的入滲補給；地下水由沖溝兩側向溝底、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組土試樣進行了室內滲透試驗：主要含水層素填土層的滲透系數介于5.17×10-5～4.47×10-4cm/s之間，屬弱～中等透水層；黏土層的滲透系數介于1.78×10-6～1.95×10-5cm/s之間，屬微～弱透水層；粉質黏土層的滲透系數介于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介于4.02×10-7～5.37×10-5cm/s之間，屬極微～弱透水層。

3 巖溶發育特征

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

巖溶強發育區（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 區鉆孔見洞隙率為50.7%，YR1-2 區鉆孔見洞隙率為57.9%，按《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2011)[7]表6.6.2 對研究區巖溶發育程度進行分級，該區巖溶發育程度為強發育。

巖溶中等發育區（YR2）：分布于除巖溶強發育區（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《建筑地基基礎設計規范》(GB50007-2011)[7]對研究區巖溶發育程度進行分級，該區巖溶發育程度為中等發育。

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

對影響基礎穩定的溶洞或裂隙發育帶，應將樁端穿過溶洞底板或裂隙之下進入穩定基巖中；部分地段巖體風化深度較大，開挖遇裂隙風化深度較大的樁基，應加大基礎埋深，將基礎置于下伏完整基巖內。

4 巖溶對場地穩定性影響評價

研究區巖溶基巖面起伏較大，鉆探深度范圍內發育的巖溶溶洞、溶隙形狀不等、大小不一，大部分有充填物；巖溶整體發育程度為中等發育，但局部地段巖溶發育程度為強發育。溶洞圍巖體受到水流長期溶蝕風化，巖芯較其它地段破碎，抗壓強度明顯偏小。溶洞內充填物力學性能較差，局部甚至出現無充填物的空洞、半空洞現象。因此，樁基礎設計時，應按相關規范要求樁端置入溶洞底板一定深度，滿足樁端應力擴散要求，同時考慮樁底持力層完整性，應適當加大嵌巖深度。施工中應加強基礎驗槽工作，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。