圍繞巖、土、水的閩西巖溶地區工程勘察分析

陳金來

（漳州市水利水電勘測設計有限公司，福建漳州 363000）

1 引言

我國巖溶分布廣泛，在福建，巖溶地貌發育于閩西南拗陷帶的將樂、沙縣、三明、明溪、寧化、清流、永安、上杭、連城、武平、龍巖等地。巖溶的發育作用下產生了土洞，它的分布同樣受巖性、地下水和地質構造等因素的影響。地下洞穴開發區通常是巖溶開發區。在土溶洞的形成過程中，溶洞底部的部分塌陷物質被清除，另一部分留在溶洞中，或者在巖溶地下水或水面滲入的作用下從其他渠道進入洞穴，然后浸入水中以形成塑性流動，并以軟塑性狀態填充地面。為了保障地基的穩定和工程質量安全，有必要采用勘察鉆探技術對巖溶地區的工程進行勘察。本文主要針對巖溶地區勘察鉆探技術的應用效果進行分析，總結其中的實踐經驗為類似工程提供借鑒。

2 勘察方法

勘察方法有常規工程鉆探、物探（高密度多極電法勘探、地質雷達、淺層地震、重力勘探）等，但考慮到城市房屋建筑工程勘察場地面積較小，周邊生活生產環境影響較大，采用物探有局限性（如地質雷達不能識別巖土類型）和探測效果差（如淺層地震測試對周邊震動噪聲要求較高），只能作為一種輔助勘探手段，根據地區工程經驗，主要以常規工程鉆探為主[1]。鉆探點的密度按擬建建筑物特征對特殊區域（例如，地面沉降、地下水消失區域、石芽發育的區域、軟土層不均勻的區域、土壤溶洞和喀斯特溶洞的分布等）進行關鍵勘探并加密勘探點。鉆探點的深度控制除了滿足一般的巖土勘探要求，對于可能影響現場地基穩定性的土洞和喀斯特溶洞，探孔應伸入完整的基巖中不少于5 m。根據地區經驗，對重要建筑物基礎或巖面起伏較大地段，考慮到樁端全斷面進入，還應當加深勘探孔深度，一般控制進入完整基巖約8 m[2]。由于巖溶地區受其他因素的影響，現場鉆探和施工更加困難。存在如下問題：

1）含角礫黏性土較多。由于包含角礫黏性土具有較大的空間間隙，因此，在鉆孔過程中會導致漏水。如果泥漿保護作用較弱或孔壁坍塌，礫石的粒徑將增加，甚至旋轉度也將增加，嚴酷的條件使鉆探變得困難。

2）掉鉆。鉆頭掉落通常發生在地下溶洞或巖溶溶洞的發育區域。如果在喀斯特洞穴的頂部鉆孔，則應降低鉆孔速度，如果鉆孔速度太快，則會發生鉆孔掉落的情況。

3）出現無規律溶洞。如果空間中有不規則的喀斯特溶洞，將無法正常鉆探，需要加長鉆具結合套管護壁鉆進。

4）漏水。由于巖溶區的特殊性，在鉆探過程中，若控制不當，則在石灰巖地層或附近石灰巖中鉆探時會發生漏水。如果沒有返漿，將導致坍塌事故，形成造成埋鉆。所以，巖溶區鉆探下套管護壁鉆進很重要，有時要下雙套管或是第三套套管護壁鉆進。

3 區域地質

巖溶地區的巖土工程勘察，最重要的是要先了解建設場地區域的地質構造，先整體后局部地定位區域地層。龍巖地區在構造上屬于閩西南坳陷帶，主要大斷裂帶有政和—大浦NNE 向斷裂帶，大田—龍巖坳陷帶通過閩西南，南延永定。龍巖盆地北端和南端有泥盆紀陶子坑組—石炭系林地組，這是一組粗碎屑沉積物（冰水沉積）。東西兩側出露二疊系翠屏山組、童子巖組、文筆山組，主要由海陸相交的細碎煤礦床組成；棲霞組灰巖分布在中部和山前，主要為第四系散堆積物覆蓋（全新統沖洪積、沖積、坡積以及河流沖淤積地層）。晚侏羅世火山巖、侵入巖在區內零星或小范圍出露。以紅炭山安置小區工程為例進行分析總結，巖土層的結構及巖性特征如下：

上覆為沖洪積二級階地及冰水沉積，下覆巖性為二疊系童子巖組，喜馬拉雅期（β6）巖脈侵入及二疊系棲霞組（P2q）等。場地大部分地段土洞、溶洞揭露，屬強發育區。

場地巖土層自上而下依次為：人工成因（Q4ml）的①素填土、②雜填土、②1 老填土；沖洪積二級階地成因（Q4al+pl）的③粉質黏土；冰水沉積（Qfgl）成因的④含角礫粉質黏土、⑤粉質黏土、⑥含角礫粉質黏土；二疊系（P2t）童子巖組⑦碎塊狀強風化泥巖、⑧全風化砂巖、⑨碎塊狀強風化砂巖、⑩全風化炭質粉砂巖、碎塊狀強風化炭質粉砂巖；喜馬拉雅期（β6）輝綠巖巖脈侵入及二疊系棲霞組（P2q）1 破碎石灰巖、中風化石灰巖。工程地質剖面圖如圖1 所示。

圖1 工程地質剖面圖

根據碳酸鹽巖的出露條件及其對地基穩定性的影響，巖溶地基可分為3 種：裸露型、覆蓋型、埋藏型。場地覆蓋層厚度介于22.80～76.85 m，場地屬覆蓋型巖溶埋藏區，下伏基巖為石灰巖，巖面起伏較大，巖溶地區的土層具有厚度變化大和孔隙率高的特點。因此，地基容易產生不均勻沉降，導致建筑物傾斜甚至毀壞。對于巖溶地區，有必要研究巖石的組成和結構，以及非溶性巖石夾層的巖性、厚度和分布，并對巖溶層的類型進行分類。

4 水文地質條件

閩西（龍巖市）屬于亞熱帶季風氣候，區域地勢由東北向西南傾斜，呈東高西低，平均海拔460.0 m，水資源較為豐富，根據東興水文數據1961—2012 年平均降雨量1 706.4 mm，龍巖盆地地表水系較為發育，屬于九龍江流域，主要河流為九龍江北溪上游雁石溪及其支流小溪等，屬山地型河流。在此基礎上，巖溶地下水可分為3 類：巖溶山地地下水（裸露型巖溶），巖溶平原、盆地的巖溶地下水（覆蓋型巖溶）和江河沿岸地區的巖溶地下水[3]。對于第四紀覆蓋層，包括黏性土層，要注意其含水量和分布，以及與巖溶地下水的水力聯系以及水負荷的差異。巖溶區的黏性土層的地質成因通常是坡積、殘積，他們大多是垂直裂隙發育的含砂礫質。因此，它們的含水量不均勻，常常形成薄弱的含水層。塌陷區發現有隱伏土洞，土洞最發育是基巖面附近和地下水的季節變動帶2 個部分。因此，第四系黏性土不能作為相對隔水層，需要分析其滲透性和含水性。豐富的巖溶地下水，加上具有一定滲透性和含水性的第四系覆蓋層，是溶洞及土洞形成和發育必不可少條件之一。巖溶裂隙水主要受巖溶通道及地形控制。通過對巖溶地下水綜合分析，結合必要的抽水試驗，對擬建場地提供合理抗浮設計水位等基坑設計參數，更好地指導后期基坑支護和開挖[4]。

5 施工勘察

巖溶發育存在著不確定性、隱蔽性和空間位置變化大的特點，又常常使用樁基礎，給工程建設帶來了極大的麻煩。巖溶地區勘察的首要目標是保障勘察結果的準確性，為確保方案的合理性與適用性，必須加強后續的施工勘察工作。

勘察報告中建議地基方案應考慮不同區域對施工的影響，土洞、充填物及臨空面等不良地質作用、溶洞及破碎巖體對樁基影響較大，如果持力層（中風化基巖）沒有控制好，把樁端放在溶洞及破碎巖體上，會使基礎產生不均勻沉降，在上部荷載增加下，使巖體頂板坍塌造成地基突然失穩，直接影響樁基穩定性，造成建筑物破壞[5]。進行一樁一孔施工勘察，可以比較全面、精準地了解場地不良地質條件的發育情況，如土洞，溶洞及持力層（中風化基巖）分布及埋深情況（呈陡坡狀、呈漏斗狀或是呈石筍狀）。為設計單位提供每根樁詳細的地質資料，更好地對每根樁的樁長、樁徑、單樁承載力進行設計計算，也更好地指導后期樁基施工及驗收工作。

6 結語

勘察工作應細致、周到，勘察前，盡可能收集與工程有關的探墓、防空洞、周圍建筑物、地下管線及道路等詳細資料，現場勘探施工應根據鉆探情況，結合區域地質資料。本文主要對巖溶地區巖土工程勘察需要注意的幾點問題進行了分析，首先介紹了巖溶地區的形成原理，闡述該地區的地質特征；其次在巖溶地區形成特征上，針對勘察中經常遇到的幾項問題進行了分析，同時提出了相關的應對方法。以保障巖溶地區勘察工作質量。