闫治利
[中路黄河（山西）交通科技集团有限公司，山西 太原 030006]
岩溶区的分布范围多在溶洞、地下河等水源丰富的区域。岩溶地貌的形态和发展具有隐蔽、复杂的特征，若不进行有效勘察，则可能导致地表塌陷，从而影响整个施工项目的安全。岩溶区的勘测方法多种多样，但要根据实际情况选用适宜的地质勘探技术，以达到更好的勘探效果。通过对岩溶区成因、类型、规模、结构形态、分布范围、岩溶发育程度和水文特征等方面进行研究，应用科学的勘测技术和合理的施工方案，提供可靠的设计和施工数据。
岩溶发育的主要区域是云南、贵州、广西和广东等地区，地貌特征复杂、生态环境脆弱，在施工中应根据岩溶区的具体状况进行勘察。在物理化学条件下，可溶性盐类具有独特的地形特征，因而在土建工程施工中往往会产生稳定性差、渗水等问题。在施工前不进行彻底检查，会对项目的进度造成很大的影响[1]。当前，岩溶区地区面临的最大问题是石漠化，其成因是人为的过度开发和非正常的劳动方式。岩溶区地区地形易受破坏，将增加土建工程的难度。
根据地质勘察的需要，可将岩溶区地质划分为下列类型。
2.1 覆盖型
碳酸盐岩石的表层厚度一般在十多米到几十米之间，30m 以下的被称为浅表，超过30m 的被称为深度覆盖。每一种土壤和砂砾都可以被称为包覆层。为了确保这种基础的稳定，必须充分考虑上层建筑的结构和底层的承载能力。
2.2 裸露型
这些岩石一般都是由土壤和少量的植物所覆盖，大多数岩石都是裸露在外的，只有极薄的土壤。同时，还可以划分为石芽基和溶洞基坑，这些基坑大多位于峡谷和河流谷地，因此基岩表面的起伏较大，容易造成地面建筑物的基础滑移、不均匀沉降，从而影响工程建设。溶洞基础的稳定与地表结构、岩溶性质、溶洞分布范围等因素有关，溶洞顶板对其安全性起着至关重要的作用。
2.3 埋藏型
岩溶区地貌是随时间演变而成的，其地表往往高低不平、沟壑纵横，加之地下水和地表水体的冲刷，使其强度受到了严重的损害，并在水流的动态变化中出现了不同程度的裂缝和凹陷，从而对地表建筑物的稳定造成一定的影响[2]。这些岩石位于深层，一般会被其他非溶解岩石所覆盖，而埋藏式岩石则是更好的基础。
3.1 项目概要
项目含多条国防光缆、一座天然气及一座桥梁跨越省道。大桥的设计时速为60km，其上部结构为预应力混凝土预制小箱梁，长度505m，设计15 个桥墩。桩基为桩基，其桩身直径为1.8m，最大承载量为11500kN。根据工程的调查任务和设计需求，进行了初勘、详勘和工程勘测。
3.2 在不同测量期内的必要要求
首先对喀斯特地区的地质进行调查，依据其稳定性和适应性对喀斯特地区的洞穴分布、发育情况进行调查。其次，在工程地质调查中对岩溶洞穴的位置、规模、深度、岩溶堆积体型进行分析，并对岩溶工程的地质特点进行研究，为岩溶工程的地基规划和岩溶防治工作奠定理论依据。最后，在工程勘测中对具体地区和具体问题进行勘察。在采用大直径桩时，需要对其进行专门的检测。
3.3 钻探勘察与布置
钻探勘察：收集有关地区地质图、水文地质、管线分布等数据，根据现有的地质情况，综合分析该地区的地质情况，并对该地区的地形地貌、地层岩性、地质构造、地质不良及特殊岩土分布等情况进行调查和分析。根据现场调查的成果和《公路工程地质勘察规范》（JTG C20—2011），将5 个具有代表性的钻眼分别设置在桥墩基础桩处，采用钻探、现场测试和实验室测试等方法进行现场勘察[3]。
详细勘察：项目区域有多条国防光缆、一座天然气管道、一座桥梁横跨省。因施工现场环境复杂且受到多种因素的制约，在详查桥跨方案中，依据初步勘察的钻探数据、暂定桥跨的初步设计，采取了逐墩布孔的方法，将孔位设在桩上，但受限于场地施工的条件导致部分孔不能达到要求，并根据实际情况进行了相应的调节（在相邻的桩位置），确保各孔均到位，共计11 孔。调查方法包括钻探、现场测试和实验室测试。
施工调查：项目总体设计已基本完工，桩基已进场，场地也已基本平整。在勘察阶段，依据设计的桩直径和单桩荷载，结合不同区域的溶洞发展状况，进行有针对性的施工调查。3～10 号桥墩的基岩为灰岩，岩溶发育，高11.3m，岩层上下波动大，采用一桩一孔的方式进行施工；
11～15 号墩台下伏岩层为碳质，岩溶不发育，不排除存在溶洞的可能性。
桥位确定后，首先沿桥位轴线布置物探，然后在物探异常区布置钻探予以验证。物探方法宜采用高密度电法，该法适用于地质体电性差异比较大的地区。通过物探测试和钻探验证，较完整灰岩的地电阻率一般较高，溶蚀裂隙和洞穴大致有空洞、充土和充水三种情况。充土和充水的溶蚀裂隙和洞穴的电阻率一般极低，而空洞部位电阻率异常偏高，在此基础上进行钻探验证，勘探工作效率提高的同时，溶洞裂隙位置的准确性也得到了提升。
4.1 地形
施工场地地形地貌多种多样，地质条件复杂。桥址多为丘间谷，部分为低洼丘陵。山岭谷地地势开阔，地势平坦，标高在68.0～70.0m 之间；
低矮岗地的坡度比较平缓，以林木的冷杉幼树为主要类型，在71.0～83.0m 范围内。
4.2 岩性
第四系（Q)：（1）人工填土（Q42ml）：呈现棕灰色、杂色，略带湿润、土质疏松，颗粒组成以黏土和少量的砂砾为主，夹含少量的植物根茎。该层厚度0～1.2m，多见于丘间河谷及水田。（2）全新统冲洪积层（）：呈现棕黄色、黄色，硬塑，中等韧性，中等干强度，中等压缩性，夹角砾岩，其占比15%～20%，呈角形-半角形，粒径为1.0～3.0mm，标准穿孔次数为N=12～17 次。
在5～15 号 桥 墩 处，其 厚 度 为0～17.5m。（3）上更新统残坡积层（Q3el+dl）：呈现棕黄色，略微湿润，中密，砾石组成以灰石碎屑为主，粒度在2.0mm 以上者占60%，最大直径为15.0mm，具有明显的棱角，级配良好，磨圆度较差，缝隙填料以黏性土为主，重力触探实测击数N63.5=7～27 击。该层主要分布于9、11～15 号桥墩，最大厚度为55.5m。
石炭系下新统石磴子段（C1d1），（1）强风化石灰岩：岩体表面有较大的起伏，其岩体质量等级为V。最大揭露厚度为3.5m，主要集中在5～9 号桥墩。（2）中风化石灰岩：灰黑色，原岩构造清楚，有细碎的碎块，有较大的撞击声响，岩层有较大的起伏，岩溶较强烈，岩层的平均空隙比68.9%、34%、34%，天然抗压强度32.1～44.5MPa。已探测到的最大岩石厚度是16.4m，主要分布在2～10 号墩段。（3）溶洞：大部分是完全充填的，部分是半充填的，充填的是软黏土、角砾等，棕红、棕灰色，杂色，洞顶高度为0.8～23.9m，其主要分布在2～10 号墩段。（4）全风化碳质灰岩：灰黑色，原岩的构造已经完全损坏，岩芯为残积土。厚度在0～2.8m，在10～15 号桥墩附近发现。（5）强风化碳质灰岩：灰黑色，原岩已基本破坏，岩芯破裂，呈碎块、短柱状，可以用手捏碎。动重力触探弹N63.5=9～32 击。主要分布在10～15 号墩台段，厚度为1.5～14.5m。（6）中风化碳质灰岩，是一种可溶岩体，勘探范围内基本没有溶洞。岩体单轴饱和压缩强度范围在13.3～19.4MPa，岩体质量等级为Ⅳ类。最大揭露深度为16.0m，主要分布在10～15 号墩台钻孔。
5.1 主要勘察方法
定性评价法主要有综合分析与经验类比两种方法，主要依据以下几点进行研究。第一，岩体的基本情况及特征：岩层厚度、岩体裂缝、溶洞的基本情况、溶洞的充填情况、岩体强度。第二，地下水情况：地下水分布、埋藏条件、是否存在冲蚀、是否存在水流等。这一方法在地质条件普遍的岩溶区工程勘察中的早期阶段是常用的。
半定量评价法又称“入顶板厚度跨比和顶板安全厚度估计”。采用该方法进行测量时无需考虑顶板的真实形状和基本荷载及顶板性质，而主要依据顶板的厚度和横向投影的间距，并计算出相应的比例。以此作为勘探工作的重要参考，该方法具有较好的计算效率，但其不足之处在于无法100% 地确保精度[4]。所以，在应用这一方法时要认真地进行计算，尽量降低问题的发生。一般情况下，在岩体相对稳定、岩溶特性较好的区域进行此项测量。
5.2 关键勘察技术
钻井技术是目前勘探工作中较为常用的一种勘探技术手段，它的适用面很广，而且在实际工程中其受外部环境的影响相对较少。利用钻井技术可以全面地认识地下岩层的岩溶区发展状况。在采用钻井技术进行岩溶勘探时应注意钻孔的实际位置，保证其合理的定位，从而保证测量资料的准确性。
静力触探技术通过采用压力设备将探头有效地插入地下，通过测量系统对地质层的惯性阻力进行科学的测量，得到岩溶区的覆盖土层和充填物的物理基本形态，从而得到岩溶区地层的基本物理特性。
在土壤承载能力不强的地方，可以在岩溶区地区进行覆盖式岩溶地质勘察。利用该技术，可以在不同的地质条件下，进行各种技术的探测，并将其与雷达技术相结合，提高工程地质勘探的精度。
地球物理勘探技术是根据物理的基本理论，根据岩体的基本性质、密度、放射性等物理要素，采用相应的方法，对所探测的区域进行水文地质勘察，保证勘探工作的正常进行。在岩溶区地区开展物探工作，可以有效地提高勘探工作的效率，并在一定程度上加强高科技仪器的使用，从而使勘探工作更加精确。做好技术与装备的协调，可以全面掌握地下岩溶区的分布状况，合理地进行分布。近年来，随着科技水平的提高，有关部门对勘探技术和方法的研究也越来越深入，并逐步走向成熟。而且，物探技术还可以和其他技术手段相结合，提高勘探的精确度。
随着我国空间技术的飞速发展，遥感技术在岩溶区地区和工程建设中得到了越来越多的应用。遥感技术以电磁辐射为手段来测量被探测对象，并通过各种遥感手段来获取有关的数据。在应用遥感技术的时候，可以对长距离目标进行勘察，并能有效地确保勘察的精度，使地面和地质的基本特性得到全面的展示。
5.3 工程经验
喀斯特地质是一类具有特殊性的工程地质，其复杂性和可变性使勘察设计工作面临一些难题。勘探工作应从整体到局部，由宏观到微观，循序渐进。也就是说，勘探工作应该是分期进行的。首次勘探采取了物探和钻探相结合的方法，详细勘查依据岩溶发育状况及地基布置。在施工勘察阶段，根据地质条件，在喀斯特发育的区域内，可考虑一桩（承台）的多孔结构。每一勘察阶段的深度均应符合设计、规范的规定，施工人员应熟悉该项目，具有相应的施工经验，合理应用勘探技术，分析其成因，掌握其地质结构。保证所提交的调查报告具有科学性和合理性。在一个承台工程中，在施工勘察阶段，其钻孔深度必须达到单桩的设计要求，并结合前期的调查数据，综合确定一次最小的控制深度。勘察工作要按有关规定编制，并对每一层的岩土进行详细的描述、采样、现场试验，在施工勘察阶段，在设计中使用大直径嵌岩桩时，要对基岩表面的深度、溶洞的深度、溶洞的充填状况、岩体的风化状况、完全性等进行详细的测量。岩溶区桥梁桩基后期验槽：按一量（测量冲桩或挖桩深）、二测（依据前期勘测的钻孔数据，确认桩底是否在设计持力层内）、三看（看冲桩、挖孔桩底部的岩层，是否为土层）、四听（听冲桩震动回弹声）进行。岩溶区的桥梁工程中通常有很深的钻孔，在岩溶区强烈发育的区域内，以溶洞、溶槽、溶沟为主，溶洞多为串珠状，施工地质情况复杂，钻井困难，必须挑选有经验的专业人员，并严格遵守有关的技术规范，才能取得较为精确的地质勘察成果[5]。在岩体变化大、工程地质条件复杂时，要与设计人员进行交流，了解设计的目的，并确定合适的桩长。在编制报告时要综合考虑地形地貌、地质岩性发育条件及土工试验成果，运用数学方法，进行全面的论证，并给出对场地工程地质状况的合理评估与建议。
岩溶区地区工程地质勘测是一项十分复杂的工作，在开展工程地质勘测时要根据具体的工程地质情况，科学地选取合适的勘探技术，做到“因地制宜”。在建设项目前做好工程地质勘察，可以有效降低不稳定因素，节省投资，确保项目的正常进行。
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