圍繞巖、土、水的閩西巖溶地區(qū)工程勘察分析

陳金來(lái)

（漳州市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，福建漳州 363000）

1 引言

我國(guó)巖溶分布廣泛，在福建，巖溶地貌發(fā)育于閩西南拗陷帶的將樂(lè)、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(fā)育作用下產(chǎn)生了土洞，它的分布同樣受巖性、地下水和地質(zhì)構(gòu)造等因素的影響。地下洞穴開發(fā)區(qū)通常是巖溶開發(fā)區(qū)。在土溶洞的形成過(guò)程中，溶洞底部的部分塌陷物質(zhì)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(jìn)入洞穴，然后浸入水中以形成塑性流動(dòng)，并以軟塑性狀態(tài)填充地面。為了保障地基的穩(wěn)定和工程質(zhì)量安全，有必要采用勘察鉆探技術(shù)對(duì)巖溶地區(qū)的工程進(jìn)行勘察。本文主要針對(duì)巖溶地區(qū)勘察鉆探技術(shù)的應(yīng)用效果進(jìn)行分析，總結(jié)其中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為類似工程提供借鑒。

2 勘察方法

勘察方法有常規(guī)工程鉆探、物探（高密度多極電法勘探、地質(zhì)雷達(dá)、淺層地震、重力勘探）等，但考慮到城市房屋建筑工程勘察場(chǎng)地面積較小，周邊生活生產(chǎn)環(huán)境影響較大，采用物探有局限性（如地質(zhì)雷達(dá)不能識(shí)別巖土類型）和探測(cè)效果差（如淺層地震測(cè)試對(duì)周邊震動(dòng)噪聲要求較高），只能作為一種輔助勘探手段，根據(jù)地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn)，主要以常規(guī)工程鉆探為主[1]。鉆探點(diǎn)的密度按擬建建筑物特征對(duì)特殊區(qū)域（例如，地面沉降、地下水消失區(qū)域、石芽發(fā)育的區(qū)域、軟土層不均勻的區(qū)域、土壤溶洞和喀斯特溶洞的分布等）進(jìn)行關(guān)鍵勘探并加密勘探點(diǎn)。鉆探點(diǎn)的深度控制除了滿足一般的巖土勘探要求，對(duì)于可能影響現(xiàn)場(chǎng)地基穩(wěn)定性的土洞和喀斯特溶洞，探孔應(yīng)伸入完整的基巖中不少于5 m。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)重要建筑物基礎(chǔ)或巖面起伏較大地段，考慮到樁端全斷面進(jìn)入，還應(yīng)當(dāng)加深勘探孔深度，一般控制進(jìn)入完整基巖約8 m[2]。由于巖溶地區(qū)受其他因素的影響，現(xiàn)場(chǎng)鉆探和施工更加困難。存在如下問(wèn)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(guò)程中會(huì)導(dǎo)致漏水。如果泥漿保護(hù)作用較弱或孔壁坍塌，礫石的粒徑將增加，甚至旋轉(zhuǎn)度也將增加，嚴(yán)酷的條件使鉆探變得困難。

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

3）出現(xiàn)無(wú)規(guī)律溶洞。如果空間中有不規(guī)則的喀斯特溶洞，將無(wú)法正常鉆探，需要加長(zhǎng)鉆具結(jié)合套管護(hù)壁鉆進(jìn)。

4）漏水。由于巖溶區(qū)的特殊性，在鉆探過(guò)程中，若控制不當(dāng)，則在石灰?guī)r地層或附近石灰?guī)r中鉆探時(shí)會(huì)發(fā)生漏水。如果沒(méi)有返漿，將導(dǎo)致坍塌事故，形成造成埋鉆。所以，巖溶區(qū)鉆探下套管護(hù)壁鉆進(jìn)很重要，有時(shí)要下雙套管或是第三套套管護(hù)壁鉆進(jìn)。

3 區(qū)域地質(zhì)

巖溶地區(qū)的巖土工程勘察，最重要的是要先了解建設(shè)場(chǎng)地區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造，先整體后局部地定位區(qū)域地層。龍巖地區(qū)在構(gòu)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(guò)閩西南，南延永定。龍巖盆地北端和南端有泥盆紀(jì)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(cè)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(xì)碎煤礦床組成；棲霞組灰?guī)r分布在中部和山前，主要為第四系散堆積物覆蓋（全新統(tǒng)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(qū)內(nèi)零星或小范圍出露。以紅炭山安置小區(qū)工程為例進(jìn)行分析總結(jié)，巖土層的結(jié)構(gòu)及巖性特征如下：

上覆為沖洪積二級(jí)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(chǎng)地大部分地段土洞、溶洞揭露，屬?gòu)?qiáng)發(fā)育區(qū)。

場(chǎng)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(jí)階地成因（Q4al+pl）的③粉質(zhì)黏土；冰水沉積（Qfgl）成因的④含角礫粉質(zhì)黏土、⑤粉質(zhì)黏土、⑥含角礫粉質(zhì)黏土；二疊系（P2t）童子巖組⑦碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥巖、⑧全風(fēng)化砂巖、⑨碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖、⑩全風(fēng)化炭質(zhì)粉砂巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)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?guī)r、中風(fēng)化石灰?guī)r。工程地質(zhì)剖面圖如圖1 所示。

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

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

4 水文地質(zhì)條件

閩西（龍巖市）屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，區(qū)域地勢(shì)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(jù)東興水文數(shù)據(jù)1961—2012 年平均降雨量1 706.4 mm，龍巖盆地地表水系較為發(fā)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(chǔ)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(qū)的巖溶地下水[3]。對(duì)于第四紀(jì)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(lián)系以及水負(fù)荷的差異。巖溶區(qū)的黏性土層的地質(zhì)成因通常是坡積、殘積，他們大多是垂直裂隙發(fā)育的含砂礫質(zhì)。因此，它們的含水量不均勻，常常形成薄弱的含水層。塌陷區(qū)發(fā)現(xiàn)有隱伏土洞，土洞最發(fā)育是基巖面附近和地下水的季節(jié)變動(dòng)帶2 個(gè)部分。因此，第四系黏性土不能作為相對(duì)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(fā)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(guò)對(duì)巖溶地下水綜合分析，結(jié)合必要的抽水試驗(yàn)，對(duì)擬建場(chǎng)地提供合理抗浮設(shè)計(jì)水位等基坑設(shè)計(jì)參數(shù)，更好地指導(dǎo)后期基坑支護(hù)和開挖[4]。

5 施工勘察

巖溶發(fā)育存在著不確定性、隱蔽性和空間位置變化大的特點(diǎn)，又常常使用樁基礎(chǔ)，給工程建設(shè)帶來(lái)了極大的麻煩。巖溶地區(qū)勘察的首要目標(biāo)是保障勘察結(jié)果的準(zhǔn)確性，為確保方案的合理性與適用性，必須加強(qiáng)后續(xù)的施工勘察工作。

勘察報(bào)告中建議地基方案應(yīng)考慮不同區(qū)域?qū)κ┕さ挠绊懀炼础⒊涮钗锛芭R空面等不良地質(zhì)作用、溶洞及破碎巖體對(duì)樁基影響較大，如果持力層（中風(fēng)化基巖）沒(méi)有控制好，把樁端放在溶洞及破碎巖體上，會(huì)使基礎(chǔ)產(chǎn)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(wěn)，直接影響樁基穩(wěn)定性，造成建筑物破壞[5]。進(jìn)行一樁一孔施工勘察，可以比較全面、精準(zhǔn)地了解場(chǎng)地不良地質(zhì)條件的發(fā)育情況，如土洞，溶洞及持力層（中風(fēng)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(shè)計(jì)單位提供每根樁詳細(xì)的地質(zhì)資料，更好地對(duì)每根樁的樁長(zhǎng)、樁徑、單樁承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，也更好地指導(dǎo)后期樁基施工及驗(yàn)收工作。

6 結(jié)語(yǔ)

勘察工作應(yīng)細(xì)致、周到，勘察前，盡可能收集與工程有關(guān)的探墓、防空洞、周圍建筑物、地下管線及道路等詳細(xì)資料，現(xiàn)場(chǎng)勘探施工應(yīng)根據(jù)鉆探情況，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料。本文主要對(duì)巖溶地區(qū)巖土工程勘察需要注意的幾點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了分析，首先介紹了巖溶地區(qū)的形成原理，闡述該地區(qū)的地質(zhì)特征；其次在巖溶地區(qū)形成特征上，針對(duì)勘察中經(jīng)常遇到的幾項(xiàng)問(wèn)題進(jìn)行了分析，同時(shí)提出了相關(guān)的應(yīng)對(duì)方法。以保障巖溶地區(qū)勘察工作質(zhì)量。