趙 磊 馬玉歡

(山西省地質(zhì)勘查局二一二地質(zhì)隊(duì)，山西 長(zhǎng)治 046000)

0 引言

巖溶是一種不良地質(zhì)作用，巖溶場(chǎng)地處多存在空洞，巖溶塌落充填區(qū)。如建設(shè)場(chǎng)地下部巖溶發(fā)育，建筑物建設(shè)在巖溶場(chǎng)地上時(shí)，在建筑物荷載的作用下，地基會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降，從而威脅建筑物的安全，因此在巖溶場(chǎng)地處建設(shè)建筑物時(shí)需詳細(xì)查明場(chǎng)地下部的巖溶發(fā)育規(guī)律及分布特征，從而采取相應(yīng)的防治措施，常用的巖溶勘察手段有鉆探和物探兩種。鉆探取芯能直觀的觀察到巖溶的埋深、巖溶充填物及分布特征，由于巖溶發(fā)育較為復(fù)雜，鉆探僅能判斷鉆孔附近區(qū)域的巖溶特征，無(wú)法對(duì)整個(gè)場(chǎng)地的巖溶分布進(jìn)行判斷，因此需采用物探的手段對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行勘察，物探勘察手段中以高密度電法最為常見(jiàn)。

1 工程概況

某工程擬在建設(shè)場(chǎng)地內(nèi)修建一座長(zhǎng)度約為117 m，寬度為90 m，地上5層、地下1層，高度約為31.5 m的辦公樓，該建筑物結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)類型為樁基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約為6.0 m，基底壓力為250 kPa。

2 工程地質(zhì)條件概況

2.1 地形地貌

該場(chǎng)地地貌為構(gòu)造剝蝕低山丘陵地貌，場(chǎng)地西部高，東部低，北部高，南部低。根據(jù)對(duì)場(chǎng)地的走訪調(diào)查可知，本場(chǎng)地在近年間進(jìn)行了大面積的填方，填土形成時(shí)間約為3年～4年?，F(xiàn)僅場(chǎng)地東南部區(qū)域仍為原始地貌，其余區(qū)域被周邊工程建設(shè)堆放廢棄的土石所覆蓋。

2.2 地層巖性

本次勘察揭露地層分別為第四系全新統(tǒng)(Q4)、中更新統(tǒng)(Q2)，石炭系太原組(C3t)，石炭系本溪組(C2b)，奧陶系峰峰組(O2f)?，F(xiàn)將地層由新到老分述如下：

1)第四系全新統(tǒng)(Q4)：該地層在本場(chǎng)地主要為周邊建設(shè)堆放的廢土石形成的雜填土、素填土。其中雜填土以堆棄的廢石塊、灰?guī)r塊、泥巖碎塊、磚塊為主；素填土主要為堆棄的廢土，土體中夾雜有少量的石塊。該全新統(tǒng)地層厚0 m～13.5 m，平均厚度為4.95 m。

2)第四系中更新統(tǒng)(Q2)：該組地層巖性主要為黃紅色、紅褐色的粉質(zhì)黏土，底部為褐色、褐紫色，含大量的風(fēng)化砂巖碎塊，在場(chǎng)地東南部地區(qū)含薄層的全風(fēng)化泥巖。該地層厚3.00 m～17.00 m，平均厚度為9.56 m。

3)石炭系上統(tǒng)太原組(C3t)：該組地層在場(chǎng)地內(nèi)為全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化的灰色粉砂巖，粉砂巖呈碎塊狀、碎片狀，不完整，夾雜少量泥巖。地層厚度為1.00 m～7.00 m，平均厚度為2.87 m。

4)石炭系中統(tǒng)本溪組(C2b)：該組地層巖性上部為強(qiáng)風(fēng)化碎塊狀的灰色、灰白色鋁土質(zhì)泥巖，下部為強(qiáng)風(fēng)化碎塊狀的砂巖。該層厚1.00 m～13.00 m，平均厚度為5.13 m。

5)奧陶系中統(tǒng)峰峰組(O2f)：在場(chǎng)地內(nèi)鉆孔揭露地層巖性主要為灰黑色、灰色的中風(fēng)化石灰?guī)r。該層最大揭露厚度34.0 m。該層在場(chǎng)地內(nèi)存在巖溶跡象，在巖溶空洞中充填雜亂的碎石、泥土等充填物。

2.3 水文地質(zhì)條件

建設(shè)場(chǎng)地位于白水街北部，現(xiàn)場(chǎng)地西部存在一條由北西向南東延伸的河渠，該河渠現(xiàn)有水，水深約為1 m～2 m，該河渠原始為干涸的河道，后人工在河道內(nèi)防水形成現(xiàn)今河渠。通過(guò)勘察發(fā)現(xiàn)該場(chǎng)地上部第四系地層中局部地區(qū)存在上層滯水，該水體無(wú)固定水位。整個(gè)建設(shè)場(chǎng)地?zé)o固定水源。

2.4 場(chǎng)地地表特征

現(xiàn)該場(chǎng)地地表已被周邊工程建設(shè)回填的填土所覆蓋，建設(shè)場(chǎng)地周邊調(diào)查未發(fā)現(xiàn)巖溶下陷形成的地面塌陷。由于巖溶造成的地表變形在本場(chǎng)地不明顯。

3 場(chǎng)地勘察及成果分析

3.1 勘察方法及工作布置

本次對(duì)該場(chǎng)地采用高密度電法、鉆探結(jié)合的方法進(jìn)行勘察。

1)高密度電法。

高密度電法勘察在場(chǎng)地內(nèi)按照?qǐng)龅亻L(zhǎng)度方向，每隔20 m布置一條測(cè)線，每條測(cè)線上每隔5 m布置一處測(cè)點(diǎn)，通過(guò)地面下部不同巖層的電阻率變化情況，確定下部巖層分布情況。

由相關(guān)經(jīng)驗(yàn)可知，第四系地層電阻率值在20 Ω·m左右，在電阻率剖面圖上表現(xiàn)為低阻；石灰?guī)r電阻率值大于100 Ω·m，表現(xiàn)為高阻；巖溶充填物電阻率值小于20 Ω·m，表現(xiàn)為低阻，巖溶區(qū)空間展布特征不夠明顯，空間分布不均勻。

2)鉆探。

鉆探按照巖土工程勘察的要求，在建設(shè)場(chǎng)地內(nèi)按照網(wǎng)格狀布置勘探點(diǎn)，勘探點(diǎn)間距約為18 m～21 m。鉆孔深度根據(jù)設(shè)計(jì)要求，達(dá)到設(shè)計(jì)樁端持力層以下，并進(jìn)入完整巖石深度5 m為止。根據(jù)勘察中鉆探所取巖芯情況，揭露場(chǎng)地下部巖溶分布情況、下部巖溶的發(fā)育深度及巖溶充填物情況。

3.2 勘察成果分析

1)高密度電法。

本次選取高密度電法26號(hào)剖面進(jìn)行分析，并用鉆探對(duì)高密度電法結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，由測(cè)試斷面圖1可知，地表為破碎的巖石及第四系粉質(zhì)黏土層，該部分地層電阻率在15 Ω·m～35 Ω·m左右。在測(cè)線位置90 m～111 m左右地面下深度為30 m～40 m之間區(qū)域，該部分地層電阻率在15 Ω·m～20 Ω·m 左右；其上部、下部均存在高阻區(qū)，高阻電阻率值約為110 Ω·m～140 Ω·m，推測(cè)存在高阻的地區(qū)為石灰?guī)r區(qū)；因此上下石灰?guī)r之間的區(qū)域?yàn)閹r溶發(fā)育地區(qū)，存在小范圍的巖溶溶洞，推測(cè)溶洞已被充填物充填。

在該高密度電阻率26號(hào)剖面110 m處地區(qū)施工勘察鉆孔，根據(jù)鉆探結(jié)果顯示，該處上部第四系地層厚度為10 m，主要成分為雜填土及粉質(zhì)黏土；第四系地層與溶洞頂部之間的區(qū)域?yàn)閺?qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化的砂泥巖，溶洞頂部存在厚度約為2 m～3 m的未塌落的石灰?guī)r頂板。在下部巖溶溶洞內(nèi)鉆探揭露充填以全風(fēng)化的砂泥巖碎塊、土體為主的混雜巖溶充填物，該充填物呈中密～密實(shí)狀。充填物下部仍為較為堅(jiān)硬的灰?guī)r。鉆探揭露地層情況與高密度電法揭露的地層基本一致，證明該場(chǎng)地下部存在巖溶發(fā)育區(qū)，巖溶發(fā)育區(qū)分布不均勻。

2)鉆探。

鉆探作為主要的勘察手段，可直接揭露巖溶場(chǎng)地下部巖溶的埋深及充填、空洞特征，通過(guò)鉆探揭露的地層情況可圈定巖溶的分布區(qū)域。以6—6號(hào)剖面鉆孔為例對(duì)本場(chǎng)地巖溶分布情況及特征進(jìn)行敘述，見(jiàn)圖2。

6—6號(hào)剖面沿建設(shè)場(chǎng)地寬度方向布置，剖面總長(zhǎng)約70.5 m，剖面上布置鉆孔5個(gè)，鉆孔間距為7.2 m～21.7 m。鉆孔揭露在該場(chǎng)地中部地表下深度約為24.1 m～49.3 m范圍內(nèi)，存在一寬度約為50 m的巖溶發(fā)育區(qū)。巖溶發(fā)育區(qū)內(nèi)充填以破碎的砂泥巖碎塊、粉質(zhì)黏土、灰?guī)r殘塊為主的混雜物，該充填物呈中密～密實(shí)狀，充填物成分混雜不一。由鉆探結(jié)果可知，該場(chǎng)地存在巖溶發(fā)育區(qū)，曾存在巖溶溶洞，大部分地區(qū)巖溶頂部塌落，現(xiàn)溶洞已被充填物所充填。

4 巖溶分布特征及發(fā)育規(guī)律

4.1 巖溶分布發(fā)育區(qū)域

通過(guò)對(duì)整個(gè)建設(shè)場(chǎng)地采用兩種方法的勘察手段進(jìn)行勘察后，發(fā)現(xiàn)該場(chǎng)地下部存在巖溶發(fā)育區(qū)。

該發(fā)育區(qū)平面上在整個(gè)場(chǎng)地內(nèi)不規(guī)則分布。其整體由西北向東南延伸，東西向展布，并向建設(shè)場(chǎng)地南部外延伸。該發(fā)育區(qū)整體位于奧陶系中統(tǒng)峰峰組(O2f)地層內(nèi)，該組地層主要以石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r為主，該組地層極易發(fā)育巖溶溶洞。該發(fā)育區(qū)在頂部埋深在整個(gè)場(chǎng)地內(nèi)為20 m～35 m，其中在場(chǎng)地西北角埋深最大，約42 m；底部埋深在整個(gè)場(chǎng)地內(nèi)為30 m～50 m，其中在場(chǎng)地西北角埋深最大，約60 m。

巖溶在本場(chǎng)地表現(xiàn)為發(fā)育巖溶空洞區(qū)，該空洞區(qū)現(xiàn)被破碎的砂泥巖塊、粉質(zhì)黏土混雜的充填物充填，通過(guò)鉆孔揭露充填物的厚度推測(cè)巖溶發(fā)育區(qū)在本場(chǎng)地內(nèi)的發(fā)育高度，由勘察結(jié)果可知，巖溶區(qū)發(fā)育高度在場(chǎng)地內(nèi)東西兩側(cè)小，中部高度大，南部小，北部大，其中在西北部高度最大，為20 m。在整個(gè)場(chǎng)地內(nèi)呈U形。

4.2 巖溶成因分析

通過(guò)對(duì)建設(shè)場(chǎng)地周邊調(diào)查訪問(wèn)可知，該場(chǎng)地中部原為由南東向北西延伸的沖溝，后周邊場(chǎng)地建設(shè)時(shí)對(duì)該沖溝進(jìn)行了回填。建設(shè)場(chǎng)地西部地區(qū)現(xiàn)仍存在一條由北西向南東延伸的河渠，建設(shè)場(chǎng)地區(qū)域上歷史為白水河支流，且為構(gòu)造抬升區(qū)，其南部約3 km地區(qū)奧陶系中統(tǒng)峰峰組(O2f)石灰?guī)r出露。

建設(shè)場(chǎng)地處為白水河支流區(qū)，根據(jù)勘察揭露巖溶分布位置及埋藏深度，推測(cè)建設(shè)場(chǎng)地處原存在一條由南向北西延伸的地下暗河，根據(jù)建設(shè)場(chǎng)地南高北低的地勢(shì)，地下暗河的流向?yàn)橛赡舷虮?。地下暗河的侵蝕在建設(shè)場(chǎng)地下部的奧陶系石灰?guī)r內(nèi)形成巖溶空洞，后由于地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，該區(qū)域地殼上升，使暗河高于河流水面，暗河干涸，溶洞頂部大部分地區(qū)由于長(zhǎng)期的構(gòu)造剝蝕，頂部巖石剝離、破碎，巖石發(fā)生塌落，局部地區(qū)溶洞頂部灰?guī)r被完全剝蝕，在降雨、流水的搬運(yùn)下使溶洞內(nèi)充填頂部塌落的砂泥巖碎塊、土體。溶洞被砂泥巖、土體充填滿后，在地質(zhì)歷史過(guò)程中，洞頂上部進(jìn)行正常的沉積，從而在洞頂上部形成較為完整的地層序列，形成新的砂泥巖地層，砂泥巖地層上部進(jìn)行土體堆積，形成現(xiàn)今建設(shè)場(chǎng)地上的第四系地層。

通過(guò)勘察結(jié)果的分析，對(duì)建設(shè)場(chǎng)地下部巖溶發(fā)育區(qū)的成因進(jìn)行分析、了解，為后續(xù)對(duì)建設(shè)場(chǎng)地的巖溶發(fā)育區(qū)進(jìn)行治理提供一定的依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

本工程實(shí)踐證明，通過(guò)高密度電法對(duì)建設(shè)場(chǎng)地下部巖溶發(fā)育區(qū)進(jìn)行大面積的勘察，可以首先了解到巖溶發(fā)育區(qū)的分布范圍及大致埋藏深度，再次通過(guò)鉆探對(duì)巖溶發(fā)育區(qū)具體的巖溶埋深，巖溶充填情況進(jìn)行驗(yàn)證。通過(guò)上述兩種方法的使用，有助于全面了解建設(shè)場(chǎng)地下部巖溶分布及充填情況，有助于后續(xù)對(duì)巖溶發(fā)育區(qū)的治理提供一定的基礎(chǔ)資料，根據(jù)巖溶發(fā)育區(qū)的特征，選取與其相適應(yīng)的治理手段。

通過(guò)本項(xiàng)目對(duì)巖溶區(qū)的勘察，對(duì)該項(xiàng)目起到了良好的效果，該勘察手段及勘察思路可作為類似巖溶項(xiàng)目勘察的借鑒。