某岩溶场地勘察方法及发育规律研究

赵 磊 马玉欢

(山西省地质勘查局二一二地质队，山西 长治 046000)

0 引言

岩溶是一种不良地质作用，岩溶场地处多存在空洞，岩溶塌落充填区。如建设场地下部岩溶发育，建筑物建设在岩溶场地上时，在建筑物荷载的作用下，地基会产生不均匀沉降，从而威胁建筑物的安全，因此在岩溶场地处建设建筑物时需详细查明场地下部的岩溶发育规律及分布特征，从而采取相应的防治措施，常用的岩溶勘察手段有钻探和物探两种。钻探取芯能直观的观察到岩溶的埋深、岩溶充填物及分布特征，由于岩溶发育较为复杂，钻探仅能判断钻孔附近区域的岩溶特征，无法对整个场地的岩溶分布进行判断，因此需采用物探的手段对场地进行勘察，物探勘察手段中以高密度电法最为常见。

1 工程概况

某工程拟在建设场地内修建一座长度约为117 m，宽度为90 m，地上5层、地下1层，高度约为31.5 m的办公楼，该建筑物结构类型为框架结构，基础类型为桩基础，基础埋深约为6.0 m，基底压力为250 kPa。

2 工程地质条件概况

2.1 地形地貌

该场地地貌为构造剥蚀低山丘陵地貌，场地西部高，东部低，北部高，南部低。根据对场地的走访调查可知，本场地在近年间进行了大面积的填方，填土形成时间约为3年～4年。现仅场地东南部区域仍为原始地貌，其余区域被周边工程建设堆放废弃的土石所覆盖。

2.2 地层岩性

本次勘察揭露地层分别为第四系全新统(Q4)、中更新统(Q2)，石炭系太原组(C3t)，石炭系本溪组(C2b)，奥陶系峰峰组(O2f)。现将地层由新到老分述如下：

1)第四系全新统(Q4)：该地层在本场地主要为周边建设堆放的废土石形成的杂填土、素填土。其中杂填土以堆弃的废石块、灰岩块、泥岩碎块、砖块为主；素填土主要为堆弃的废土，土体中夹杂有少量的石块。该全新统地层厚0 m～13.5 m，平均厚度为4.95 m。

2)第四系中更新统(Q2)：该组地层岩性主要为黄红色、红褐色的粉质黏土，底部为褐色、褐紫色，含大量的风化砂岩碎块，在场地东南部地区含薄层的全风化泥岩。该地层厚3.00 m～17.00 m，平均厚度为9.56 m。

3)石炭系上统太原组(C3t)：该组地层在场地内为全风化～强风化的灰色粉砂岩，粉砂岩呈碎块状、碎片状，不完整，夹杂少量泥岩。地层厚度为1.00 m～7.00 m，平均厚度为2.87 m。

4)石炭系中统本溪组(C2b)：该组地层岩性上部为强风化碎块状的灰色、灰白色铝土质泥岩，下部为强风化碎块状的砂岩。该层厚1.00 m～13.00 m，平均厚度为5.13 m。

5)奥陶系中统峰峰组(O2f)：在场地内钻孔揭露地层岩性主要为灰黑色、灰色的中风化石灰岩。该层最大揭露厚度34.0 m。该层在场地内存在岩溶迹象，在岩溶空洞中充填杂乱的碎石、泥土等充填物。

2.3 水文地质条件

建设场地位于白水街北部，现场地西部存在一条由北西向南东延伸的河渠，该河渠现有水，水深约为1 m～2 m，该河渠原始为干涸的河道，后人工在河道内防水形成现今河渠。通过勘察发现该场地上部第四系地层中局部地区存在上层滞水，该水体无固定水位。整个建设场地无固定水源。

2.4 场地地表特征

现该场地地表已被周边工程建设回填的填土所覆盖，建设场地周边调查未发现岩溶下陷形成的地面塌陷。由于岩溶造成的地表变形在本场地不明显。

3 场地勘察及成果分析

3.1 勘察方法及工作布置

本次对该场地采用高密度电法、钻探结合的方法进行勘察。

1)高密度电法。

高密度电法勘察在场地内按照场地长度方向，每隔20 m布置一条测线，每条测线上每隔5 m布置一处测点，通过地面下部不同岩层的电阻率变化情况，确定下部岩层分布情况。

由相关经验可知，第四系地层电阻率值在20 Ω·m左右，在电阻率剖面图上表现为低阻；石灰岩电阻率值大于100 Ω·m，表现为高阻；岩溶充填物电阻率值小于20 Ω·m，表现为低阻，岩溶区空间展布特征不够明显，空间分布不均匀。

2)钻探。

钻探按照岩土工程勘察的要求，在建设场地内按照网格状布置勘探点，勘探点间距约为18 m～21 m。钻孔深度根据设计要求，达到设计桩端持力层以下，并进入完整岩石深度5 m为止。根据勘察中钻探所取岩芯情况，揭露场地下部岩溶分布情况、下部岩溶的发育深度及岩溶充填物情况。

3.2 勘察成果分析

1)高密度电法。

本次选取高密度电法26号剖面进行分析，并用钻探对高密度电法结果进行验证，由测试断面图1可知，地表为破碎的岩石及第四系粉质黏土层，该部分地层电阻率在15 Ω·m～35 Ω·m左右。在测线位置90 m～111 m左右地面下深度为30 m～40 m之间区域，该部分地层电阻率在15 Ω·m～20 Ω·m 左右；其上部、下部均存在高阻区，高阻电阻率值约为110 Ω·m～140 Ω·m，推测存在高阻的地区为石灰岩区；因此上下石灰岩之间的区域为岩溶发育地区，存在小范围的岩溶溶洞，推测溶洞已被充填物充填。

在该高密度电阻率26号剖面110 m处地区施工勘察钻孔，根据钻探结果显示，该处上部第四系地层厚度为10 m，主要成分为杂填土及粉质黏土；第四系地层与溶洞顶部之间的区域为强风化～中风化的砂泥岩，溶洞顶部存在厚度约为2 m～3 m的未塌落的石灰岩顶板。在下部岩溶溶洞内钻探揭露充填以全风化的砂泥岩碎块、土体为主的混杂岩溶充填物，该充填物呈中密～密实状。充填物下部仍为较为坚硬的灰岩。钻探揭露地层情况与高密度电法揭露的地层基本一致，证明该场地下部存在岩溶发育区，岩溶发育区分布不均匀。

2)钻探。

钻探作为主要的勘察手段，可直接揭露岩溶场地下部岩溶的埋深及充填、空洞特征，通过钻探揭露的地层情况可圈定岩溶的分布区域。以6—6号剖面钻孔为例对本场地岩溶分布情况及特征进行叙述，见图2。

6—6号剖面沿建设场地宽度方向布置，剖面总长约70.5 m，剖面上布置钻孔5个，钻孔间距为7.2 m～21.7 m。钻孔揭露在该场地中部地表下深度约为24.1 m～49.3 m范围内，存在一宽度约为50 m的岩溶发育区。岩溶发育区内充填以破碎的砂泥岩碎块、粉质黏土、灰岩残块为主的混杂物，该充填物呈中密～密实状，充填物成分混杂不一。由钻探结果可知，该场地存在岩溶发育区，曾存在岩溶溶洞，大部分地区岩溶顶部塌落，现溶洞已被充填物所充填。

4 岩溶分布特征及发育规律

4.1 岩溶分布发育区域

通过对整个建设场地采用两种方法的勘察手段进行勘察后，发现该场地下部存在岩溶发育区。

该发育区平面上在整个场地内不规则分布。其整体由西北向东南延伸，东西向展布，并向建设场地南部外延伸。该发育区整体位于奥陶系中统峰峰组(O2f)地层内，该组地层主要以石灰岩、白云质灰岩为主，该组地层极易发育岩溶溶洞。该发育区在顶部埋深在整个场地内为20 m～35 m，其中在场地西北角埋深最大，约42 m；底部埋深在整个场地内为30 m～50 m，其中在场地西北角埋深最大，约60 m。

岩溶在本场地表现为发育岩溶空洞区，该空洞区现被破碎的砂泥岩块、粉质黏土混杂的充填物充填，通过钻孔揭露充填物的厚度推测岩溶发育区在本场地内的发育高度，由勘察结果可知，岩溶区发育高度在场地内东西两侧小，中部高度大，南部小，北部大，其中在西北部高度最大，为20 m。在整个场地内呈U形。

4.2 岩溶成因分析

通过对建设场地周边调查访问可知，该场地中部原为由南东向北西延伸的冲沟，后周边场地建设时对该冲沟进行了回填。建设场地西部地区现仍存在一条由北西向南东延伸的河渠，建设场地区域上历史为白水河支流，且为构造抬升区，其南部约3 km地区奥陶系中统峰峰组(O2f)石灰岩出露。

建设场地处为白水河支流区，根据勘察揭露岩溶分布位置及埋藏深度，推测建设场地处原存在一条由南向北西延伸的地下暗河，根据建设场地南高北低的地势，地下暗河的流向为由南向北。地下暗河的侵蚀在建设场地下部的奥陶系石灰岩内形成岩溶空洞，后由于地质构造运动，该区域地壳上升，使暗河高于河流水面，暗河干涸，溶洞顶部大部分地区由于长期的构造剥蚀，顶部岩石剥离、破碎，岩石发生塌落，局部地区溶洞顶部灰岩被完全剥蚀，在降雨、流水的搬运下使溶洞内充填顶部塌落的砂泥岩碎块、土体。溶洞被砂泥岩、土体充填满后，在地质历史过程中，洞顶上部进行正常的沉积，从而在洞顶上部形成较为完整的地层序列，形成新的砂泥岩地层，砂泥岩地层上部进行土体堆积，形成现今建设场地上的第四系地层。

通过勘察结果的分析，对建设场地下部岩溶发育区的成因进行分析、了解，为后续对建设场地的岩溶发育区进行治理提供一定的依据。

5 结语

本工程实践证明，通过高密度电法对建设场地下部岩溶发育区进行大面积的勘察，可以首先了解到岩溶发育区的分布范围及大致埋藏深度，再次通过钻探对岩溶发育区具体的岩溶埋深，岩溶充填情况进行验证。通过上述两种方法的使用，有助于全面了解建设场地下部岩溶分布及充填情况，有助于后续对岩溶发育区的治理提供一定的基础资料，根据岩溶发育区的特征，选取与其相适应的治理手段。

通过本项目对岩溶区的勘察，对该项目起到了良好的效果，该勘察手段及勘察思路可作为类似岩溶项目勘察的借鉴。