安徽工程勘察院，安徽 合肥 230011

1 概述

巖溶是指在地表水和地下水作用下，以化學(xué)溶蝕為主、機(jī)械剝蝕為輔，對(duì)可溶性巖石所產(chǎn)生的一種地質(zhì)作用及其產(chǎn)生的各種現(xiàn)象的總稱。

巖溶發(fā)育一般具備以下條件:巖石具有一定的可溶性，巖石的可溶性主要取決于其成分和結(jié)構(gòu)；巖石具有透水性，巖石的透水性主要由巖體裂隙和孔隙度決定，其中，裂隙比孔隙更為重要，連通性好的裂隙，是地下水流滲入可溶性巖體內(nèi)部的主要通道并促使巖溶發(fā)育；水具有一定的溶蝕能力，水蝕能力的大小主要由CO2的含量決定，CO2的含量越高，碳酸鹽類可溶性巖石的溶解度也就越高；和地下水流動(dòng)形式有關(guān)，巖溶地貌的位置、形態(tài)、延伸方向及規(guī)模大小主要取決于地下水的運(yùn)動(dòng)方式和強(qiáng)度。

為了探明巖溶發(fā)育情況，采用的方法有地質(zhì)勘探、物探和原位測(cè)試法等，亦可多種方法綜合利用。

以某場(chǎng)地為例，綜合利用地質(zhì)勘探和地震CT 的勘探方法，對(duì)該場(chǎng)地的巖溶發(fā)育情況進(jìn)行研究。工程項(xiàng)目場(chǎng)地位于三水盆地東北部，微地貌為綏江沖積平原一級(jí)階地，地面標(biāo)高相對(duì)較低，容易積水，地下水徑流活動(dòng)強(qiáng)烈。周圍褶皺及斷裂發(fā)育，被第四紀(jì)土層覆蓋，下伏基巖節(jié)理裂隙發(fā)育，局部地段存在破碎帶。因此場(chǎng)地受構(gòu)造、水文地質(zhì)條件影響，巖溶較為發(fā)育。

2 巖溶勘探方法及工作量

為了查明場(chǎng)地巖溶洞隙的分布、形態(tài)、規(guī)模和發(fā)育規(guī)律，查明巖溶填充物性狀，查明場(chǎng)地是否存在塌陷等，并對(duì)地基處理提出建議，擬采用工程物探和地質(zhì)鉆探相結(jié)合的綜合探測(cè)方法，物探主要采用彈性波CT。具體勘察方案如下：

工程鉆探：為鉆探孔及彈性波CT 試驗(yàn)孔，方格網(wǎng)布置，鉆孔間距22m 左右，共布置鉆孔36 個(gè)；要求進(jìn)入連續(xù)的（遇溶洞時(shí)，從溶洞底板重新起算）中等風(fēng)化或微風(fēng)化基巖10～15m；鉆孔須PVC 管護(hù)壁，防止塌孔，護(hù)壁的深度至中、微風(fēng)化灰?guī)r頂界面。

彈性波CT：彈性波CT 主要用來(lái)圈定巖溶發(fā)育的范圍，反映兩個(gè)測(cè)試孔之間的地質(zhì)情況。通過(guò)測(cè)定彈性波在兩個(gè)鉆孔之間的走勢(shì)和對(duì)兩孔之間的地層進(jìn)行網(wǎng)格劃分，建立模型，反演各個(gè)網(wǎng)格的彈性波速，通過(guò)波速的判斷，確定巖溶的位置。該CT 觀測(cè)系統(tǒng)采用跨孔式，在場(chǎng)地設(shè)置一個(gè)發(fā)射鉆孔的同時(shí)設(shè)置一個(gè)接收鉆孔，發(fā)射鉆孔設(shè)置一定數(shù)量激發(fā)點(diǎn)，接收鉆孔設(shè)置相應(yīng)的接收點(diǎn)，激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)的相互間距皆為1.0m，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)激發(fā)點(diǎn)產(chǎn)生的彈性波，在設(shè)置的所有接收點(diǎn)進(jìn)行接收。

完成的主要工作量為鉆探鉆孔36 個(gè)，總進(jìn)尺1746m；彈性波 CT 共計(jì)完成 57（彈性波CT 孔的對(duì)數(shù)）×12 檢波點(diǎn)（信號(hào)道）×20 炮（震源系統(tǒng)提升次數(shù)）×4 次（信號(hào)采集系統(tǒng)提升次數(shù)）＝54720 檢波點(diǎn).炮。

3 跨孔彈性波CT 法成果的地質(zhì)解譯方法

對(duì)于場(chǎng)地存在的溶洞、溶隙、溶槽等巖溶現(xiàn)象，巖土基巖面和微風(fēng)化巖體，跨孔彈性波CT 法成果地質(zhì)解譯的方法為：

對(duì)取得的彈性波CT 法成像圖進(jìn)行分析整理，再和地質(zhì)鉆探成果資料進(jìn)行比較，綜合確定不同巖土層在該次勘探條件下，所處的波速范圍值，最后對(duì)彈性波CT 影像反演，進(jìn)行地質(zhì)解譯。確定好各巖土層波速范圍，然后根據(jù)波速值對(duì)巖土層進(jìn)行分類。不同巖土層對(duì)應(yīng)不同范圍波速值，依此對(duì)CT 法成像圖進(jìn)行地質(zhì)解譯。

采用跨孔彈性波CT 法對(duì)各巖土層分類后，與地質(zhì)勘探巖土層揭露情況進(jìn)行相互比較結(jié)果如表1 所示：

表1 物探巖土層分類與地質(zhì)鉆探對(duì)比一覽表

4 巖溶勘測(cè)成果分析及結(jié)論

本次鉆探36 個(gè)鉆孔中33 個(gè)鉆孔發(fā)育溶洞。溶洞在垂直方向上呈串珠狀分布，鉆孔中溶洞沿深度方向分布散點(diǎn)圖見(jiàn)圖1。圖中橫坐標(biāo)為鉆孔編號(hào)，縱坐標(biāo)為溶洞底標(biāo)高。

灰?guī)r段總進(jìn)尺656.8m，揭露溶洞累計(jì)129.7m，鉆孔見(jiàn)溶率91.7%，鉆孔線巖溶率19.7%，場(chǎng)地巖溶發(fā)育程度為強(qiáng)烈發(fā)育。

根據(jù)圖1 及現(xiàn)階段勘測(cè)，鉆孔揭露深度范圍內(nèi)85%的溶洞底標(biāo)標(biāo)高在-30.0m 以上，呈串珠狀發(fā)育溶洞的灰?guī)r段主要分布于標(biāo)高-15.0～-30.0m 范圍，局部地段串珠狀的溶洞分布于-30.0m 標(biāo)高以下地段，終孔標(biāo)高分別為-45.26m、-38.15m。

根據(jù)本次鉆探，場(chǎng)地基巖面變化較大，最淺處基巖頂面標(biāo)高-13.5m，最深處基巖頂面標(biāo)高為-27.45m，且僅代表勘測(cè)點(diǎn)處基巖面標(biāo)高，存在石筍、石芽、溶蝕漏斗或凹槽等溶蝕現(xiàn)象。

圖1 各鉆孔溶洞分布散點(diǎn)圖

依據(jù)跨孔彈性波CT 解譯成果，確定各巖土層分類，第四系覆蓋土層和基巖的波速范圍值相差很大，很容易確定下伏巖層基巖面；巖溶等不良地質(zhì)作用發(fā)育區(qū)和周圍的巖石之間波速范圍值差異也比較大，波速影像反演后，很容易區(qū)分，一般在較大波速范圍值的基巖中出現(xiàn)較小波速范圍值的區(qū)域，可看做巖溶等不良地質(zhì)作用發(fā)育區(qū)。

彈性波CT 也反映出場(chǎng)地石筍、石芽、溶蝕漏斗或凹槽等溶蝕現(xiàn)象發(fā)育。

根據(jù)現(xiàn)階段勘測(cè)成果，可得出以下結(jié)論：

（1）溶洞規(guī)模一般較小，在水平向和垂直向均呈串珠狀分布，見(jiàn)圖1。局部發(fā)育規(guī)模較大的溶洞。溶洞垂直厚度最小0.1m，最大7.9m，平均1.1m；溶洞埋藏深度在17.80～54.30m 之間，平均埋深28.70m，溶洞頂面高程在-15.5～-4.96m 之間，屬深部巖溶。

（2）溶洞大部分呈現(xiàn)半充填～全充填狀態(tài)，少量為無(wú)充填狀態(tài)，大多數(shù)被軟可塑狀粘性土混少量中細(xì)砂，局部夾少量礫石、碎石，粒徑1～15mm，說(shuō)明洞隙水的水動(dòng)力條件較弱；

（3）溶洞頂板一般較薄且破碎，厚度很多小于1m。鉆探過(guò)程中發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)到溶洞時(shí)一般都有不同程度的漏水現(xiàn)象發(fā)生，說(shuō)明石灰?guī)r巖體裂隙較發(fā)育或巖溶洞隙連通性較好。

（4）根據(jù)此次勘測(cè)，鉆孔揭露深度范圍內(nèi)85%的溶洞底標(biāo)標(biāo)高在-30.0m 以上，呈串珠狀發(fā)育溶洞的灰?guī)r段主要分布于標(biāo)高-15.0～-30.0m，厚度一般10.0～15.0m。

（5）場(chǎng)地基巖面相差非常大，巖溶不良地質(zhì)作用發(fā)育強(qiáng)烈。

4 地基處理及基礎(chǔ)選型建議

依據(jù)此次綜合勘測(cè)，場(chǎng)地溶洞極發(fā)育，土洞發(fā)育較少，大部分地段溶洞對(duì)場(chǎng)地穩(wěn)定性不利，對(duì)樁基礎(chǔ)施工影響很大，需對(duì)溶洞采取一定的處理措施。

建議通過(guò)鉆孔向洞隙內(nèi)灌填片石或細(xì)石混凝土、瀝青及硅液等方法進(jìn)行處理。

場(chǎng)地由于上覆第四系厚度約20.0～30.0m，由于建（構(gòu)）筑物荷載較大，擬采用樁基礎(chǔ)，采用大直徑嵌巖樁時(shí)，勘探孔深度應(yīng)滿足進(jìn)入樁端以下完整巖體≮3 倍樁徑，且≮5m 要求。根據(jù)鉆孔溶洞分布散點(diǎn)圖，各鉆孔中所揭露的連續(xù)、完整5m 巖頂面標(biāo)高處于標(biāo)高-20～-30m 處，所占比例為75%，彈性波CT 也反映出場(chǎng)地地段存在溶洞、溶蝕凹槽。鑒于場(chǎng)地巖溶發(fā)育的不規(guī)律性，石筍、石芽、溶蝕漏斗或凹槽凹槽等溶蝕現(xiàn)象的存在，導(dǎo)致基巖面變化較大，建議以中等風(fēng)化或微風(fēng)化灰?guī)r作為樁端持力層的主要建（構(gòu)）筑物地段在施工前進(jìn)行施工勘測(cè)，即進(jìn)行超前鉆，并在超前鉆中進(jìn)行管波探測(cè)，以保證樁端放置在完整、穩(wěn)定的基巖上。