程 宇 龍 舉 文 秀

(1.貴州省地礦局111地質(zhì)大隊,貴州 貴陽 550008； 2.貴州地質(zhì)工程勘察設(shè)計研究院，貴州 貴陽 550008)

貴州省地形地貌多變，地質(zhì)條件復(fù)雜，是我國巖溶最發(fā)育的地區(qū)之一。通常巖溶強(qiáng)發(fā)育區(qū)不宜建筑，但隨著西部大開發(fā)和城鎮(zhèn)化的深入推進(jìn)，土地資源變得稀缺而寶貴，越來越多的建筑不得不在強(qiáng)巖溶發(fā)育的場地上修建，這就要求勘察工作和方法要具備有效性和多樣性。因此，在強(qiáng)巖溶場地的地質(zhì)勘察中除采用常規(guī)的勘察方法外，還得采用一些有效的技術(shù)方法。本文以貴陽綠地伊頓公館項目A1號樓巖土工程勘察為例，淺析強(qiáng)巖溶場地巖土工程勘察關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用。

1 工程概況

綠地伊頓·公館項目位于貴陽市白云區(qū)艷山紅鎮(zhèn)新鋪村，地處貴陽市西北城區(qū)。A1號樓地上為33層，地下2層，最大單柱荷載為16 000 kN/柱，采用框剪結(jié)構(gòu)，擬采用樁基礎(chǔ)。

1.1 地層巖性

場區(qū)地表主要分布第四系(Q)，厚度6.5 m～28.9 m；下伏地層為三疊系下統(tǒng)大冶組(T1d)薄～中厚層狀灰?guī)r。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

場區(qū)地跨揚子準(zhǔn)地臺中黔北臺隆和黔南臺陷構(gòu)造單元，構(gòu)造變形復(fù)雜，燕山運動形成區(qū)內(nèi)構(gòu)造骨架，早期主要形成經(jīng)向構(gòu)造體系，晚期主要形成新華夏(北東向)構(gòu)造體系。這兩大構(gòu)造體系控制了地層巖性的分布格局和區(qū)域地貌輪廓。場地南側(cè)約200 m處有一東西向斷裂通過，受斷裂影響局部地段形成破碎帶。地層產(chǎn)狀為89°∠54°。

1.3 水文地質(zhì)條件

場區(qū)地下水為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水及碳酸鹽巖裂隙溶洞水兩大類型。其中松散巖孔隙水賦存于第四系松散層的孔隙中，動態(tài)變化大，無統(tǒng)一水位；基巖裂隙水及碳酸鹽巖巖溶水含水巖組為三疊系下統(tǒng)大冶組(T1d)灰?guī)r，主要賦存、富集、運移于灰?guī)r溶洞—管道、溶蝕裂隙—溶洞中，以管狀、網(wǎng)狀流為主。場地地下水水量豐富但含水不均勻，在北側(cè)麥架河一帶以大泉形式集中排泄。

2 勘察方法與關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用與分析

2.1 工程地質(zhì)測繪

工程地質(zhì)測繪主要是對場地及其周圍地表分水嶺以內(nèi)的地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性等進(jìn)行工程地質(zhì)測繪，實測巖溶場區(qū)內(nèi)各種性質(zhì)結(jié)構(gòu)面、節(jié)理面的傾向、傾角；調(diào)查巖溶場區(qū)內(nèi)各種不同性質(zhì)水點的分布狀況，分析確認(rèn)它們是否與暗河系有關(guān)，調(diào)查要結(jié)合地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造，分析巖溶地下水的補(bǔ)給、徑流及排泄條件，通過對地下巖溶管道的追索，把地面各種不同性質(zhì)水點之間的關(guān)系和地下水系的補(bǔ)給條件搞清楚，測量洞穴頂板厚度及結(jié)構(gòu)面傾向、傾角，搞清楚洞穴的不同形態(tài)與地質(zhì)構(gòu)造之間的關(guān)系，分析工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件為巖溶發(fā)育提供了哪些有利條件。該項目的野外工程地質(zhì)測繪采用“S”形線路法穿越測繪場地，沿途詳細(xì)觀察地質(zhì)情況，把地質(zhì)界線，巖層產(chǎn)狀和各種不良地質(zhì)作用測繪在地形圖上，詳見圖1。

場地多處有石牙、石筍、洞穴、巖溶洼地、落水洞發(fā)育，通過調(diào)查地表物質(zhì)組成、地貌類型及形態(tài)特征，可劃分確定場地微地貌單元為巖溶盆地。場地南側(cè)約200 m處有一東西向斷裂通過，受斷裂影響形成破碎帶，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體中主要有兩組節(jié)理發(fā)育，第一組產(chǎn)狀25°∠30°，鈣質(zhì)膠結(jié)，張開度1 m～3 m，巖體體結(jié)構(gòu)面數(shù)為5條/m3～8條/m3；第二組產(chǎn)狀190°∠70°，張開度大于3 mm，表面粗糙，鈣質(zhì)膠結(jié)，巖體體結(jié)構(gòu)面數(shù)為6條/m3～10條/m3，地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育為場地巖溶發(fā)育跨度大、深度大提供了有利條件。場地總體由南向北傾斜，地下水由大氣降水補(bǔ)給，地表水通過地表入滲，在溶蝕裂隙、溶溝、巖溶洼地、漏斗垂向補(bǔ)給后下滲到一定深度，以集中的管狀流各分散的網(wǎng)狀流形式從南向北徑流，地下水在常年動態(tài)變化下，隨著補(bǔ)給、徑流、排泄等水力作用，為巖溶的形成提供了必要的水力條件。

2.2 工程鉆探

工程鉆探是巖溶地基勘察工作的主要手段，通過鉆探用以查明鉆孔處以及場地的地層變化情況，獲取準(zhǔn)確可靠的巖土信息。同時也是對物探測試發(fā)現(xiàn)的異常地段或不良地質(zhì)現(xiàn)象進(jìn)行鉆探驗證。

項目所在場地基巖屬純碳酸鹽類巖石，基巖起伏大，溶洞發(fā)育跨度大，深度大等特點，工程鉆探按一柱一孔布置，根據(jù)建筑上部荷載結(jié)合場地工程地質(zhì)條件，鉆探進(jìn)入基底下完整基巖深度不小于10 m，遇巖溶洞或基巖面高差起伏較大地段，鉆探深度作加深處理。根據(jù)鉆探資料揭露，場地發(fā)育的巖溶洞隙主要表現(xiàn)為順層裂隙溶洞、溶槽、溶溝等，局部地段有深切溶槽、溶溝發(fā)育。該項目A1棟勘察施工鉆孔114個，有50個鉆孔遇巖溶洞隙發(fā)育，鉆孔遇洞率為43.8%，場地巖溶洞隙情況見表1，表2。

表1 巖溶洞隙發(fā)育統(tǒng)計表

表2 巖溶洞隙大小統(tǒng)計表

根據(jù)鉆探數(shù)據(jù)，繪制了研究區(qū)基巖面巖溶發(fā)育三維圖，見圖2。從圖2可直觀了解基巖面巖溶發(fā)育情況，基巖面一般在地面下5 m～20 m左右，場地北側(cè)中部、西南側(cè)及東部存在寬大溶溝、溶槽，其最大發(fā)育寬度達(dá)15 m，發(fā)育長度達(dá)90 m，發(fā)育深度在地面下40 m左右，場地中部存在獨立石牙，東部石牙密布。場地基巖層作為建筑基礎(chǔ)持力層，由于巖層?xùn)|傾，受巖層面滑移影響，獨立石牙及石牙群地基穩(wěn)定性差。另外，由于受溶溝溶槽的切割影響，淺部巖體同樣受巖層面向東滑移影響，直觀分析和定性評價巖溶地基的整體穩(wěn)定性。

2.3 高密度電阻率法

高密度電阻率法與常規(guī)的電阻率法的原理相同，只不過是在常規(guī)電法的基礎(chǔ)上設(shè)置密度較高的測點進(jìn)行觀測。場地為強(qiáng)巖溶發(fā)育場地，局部地段70 m才見完整基巖，尋找和發(fā)現(xiàn)地場區(qū)內(nèi)的大型溶洞、裂隙、巖體松弛圈等不良地質(zhì)體，并對不良地質(zhì)體的性質(zhì)、埋深及規(guī)模進(jìn)行推斷，同時為本場地的不良地質(zhì)成因及防治提供實物技術(shù)依據(jù)。

本項目在沿擬建物走向方向，布置高精度電法物探勘探線路4條物探線，750 m；工作方法采用三極電測深裝置，測點間距為5 m，每測點最小AB/2=7.5 m，最大AB/2=117.5 m，AB/2間隔為5 m，24層。圖3為剖面反演圖。

根據(jù)高密度電法反演圖對照工程地質(zhì)剖面圖，發(fā)現(xiàn)地場區(qū)內(nèi)的深切溶槽兩側(cè)巖體基巖完整，未發(fā)現(xiàn)兩巖體有裂隙及巖體松弛圈等不良地質(zhì)體存在，影響溶槽兩側(cè)巖體的穩(wěn)定性的主要因素為巖層順層層面，巖層?xùn)|傾，巖體有可能沿潛面巖層滑面滑移。

2.4 現(xiàn)場靜載荷試驗

根據(jù)擬建建筑和場地地質(zhì)條件等情況，宜在建筑場地中對各巖質(zhì)單元的巖體作現(xiàn)場巖基靜載荷試驗，獲取可靠的巖石地基的承載力特征值，以便提出既安全又經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)方案。本場地只有一個巖質(zhì)單元，為進(jìn)一步準(zhǔn)確挖掘中風(fēng)化灰?guī)r巖質(zhì)地基的地基承載能力，為減小基礎(chǔ)斷面，節(jié)約工程成本，在場地中選擇具有代表性的3個靜載荷試驗點，對巖質(zhì)地基進(jìn)行靜載荷試驗。試驗確定中風(fēng)化灰?guī)r的地基承載力特征值fa=6 500 kPa，而根據(jù)現(xiàn)場鉆探取樣室內(nèi)試驗，得巖體單軸飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frk=24.5 MPa，鉆孔超聲波速測試得巖體波速值Vp=3 917 m/s，室內(nèi)巖塊波速測試得巖塊波速值Vpo=5 632 m/s，巖體完整性系數(shù)為0.48，查建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范得折減系數(shù)Ψr=0.165，室內(nèi)試驗計算得巖石承載力特佂值fa=4 044 kPa，根據(jù)靜載荷試驗及室內(nèi)試驗對比分析，其基巖承載力特征值提高了40%，大大節(jié)約了工程成本。

2.5 巖體結(jié)構(gòu)面剪切試驗

考慮到深切溶溝對周邊巖體的影響，周邊巖體可能沿巖體結(jié)構(gòu)面向深切溶溝滑移破壞，為了準(zhǔn)確分析巖溶地基巖體的穩(wěn)定性，在場地中取樣進(jìn)行室內(nèi)巖石結(jié)構(gòu)面剪切試驗(有條件的場地宜進(jìn)行現(xiàn)場原位試驗)，獲取巖體結(jié)構(gòu)面的力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)內(nèi)聚力C和內(nèi)摩擦角φ。

為了定量分析地基巖體的穩(wěn)定性，在場地中取得6組巖石進(jìn)行室內(nèi)結(jié)構(gòu)面剪切試驗，主要試驗指標(biāo)為結(jié)構(gòu)面的力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角，據(jù)試驗報告統(tǒng)計，其試驗結(jié)果統(tǒng)計見表3。

表3 巖石抗剪強(qiáng)度統(tǒng)計表

取巖體內(nèi)摩擦角折減系數(shù)為0.80，得巖體結(jié)構(gòu)面內(nèi)摩擦角φ=37.4°，由于巖體主控裂隙為兩組，結(jié)構(gòu)面結(jié)合程度為結(jié)合一般，硬性結(jié)構(gòu)面，結(jié)構(gòu)面力學(xué)指標(biāo)為C=90 kPa～130 kPa，Φ=27°～35°，結(jié)合室內(nèi)試驗統(tǒng)計指標(biāo)，取C=100 kPa，Φ=35°。利用結(jié)構(gòu)面參數(shù)及基礎(chǔ)上部荷載16 000 kN/柱，可以理論計算分析基礎(chǔ)底面應(yīng)加深到哪個標(biāo)高才能保證地基的穩(wěn)定性。由于地基受臨空面影響呈平面滑動，滑面越往下越長，提供的抗滑力越大，若無理論計算參數(shù)，都按最深潛在滑面定性分析，會有大部分地段基樁超過30 m以上，局部基礎(chǔ)需加深到60 m～70 m左右，嵌石深度達(dá)30 m～40 m，這就可能造成工程浪費。

3 結(jié)語

強(qiáng)巖溶場地地質(zhì)條件極為復(fù)雜，除了采用常規(guī)勘察手段外，還需采用關(guān)鍵技術(shù)。工程地質(zhì)測繪是強(qiáng)巖溶地基勘察的先期工作，是對巖溶地基的初步判斷，同時對工程鉆探的布置具有指導(dǎo)意義，工程鉆探是強(qiáng)巖溶地基勘察中最為關(guān)鍵的勘察手段，能了解鉆探深度范圍內(nèi)巖溶的發(fā)育情況及巖石的完整情況，高密度電法與常規(guī)電法的基本原理相同，只是在觀測中設(shè)置了較高密度的測點，能發(fā)現(xiàn)地場區(qū)內(nèi)的大型溶洞、裂隙、巖體松弛圈等不良地質(zhì)體，對場地的不良地質(zhì)成因及防治提供實物技術(shù)依據(jù)，同時對工程鉆探具有指導(dǎo)意義，為了節(jié)約工程成本，更大限度地挖掘地基承載力，在強(qiáng)巖溶地基勘察中布置靜載荷試驗具有十分重要的意義，承載力特征值與常規(guī)取樣室內(nèi)試驗值會提高1/3～1/2，可以想象，對工程成本節(jié)約十分可觀，巖體結(jié)構(gòu)面剪切試驗指標(biāo)為理論分析強(qiáng)巖溶地基穩(wěn)定性提供定量計算依據(jù)，避免了按定性分析一刀切的標(biāo)準(zhǔn)將所有受臨空面影響的基礎(chǔ)都落到潛在滑面以下而造成工程浪費的現(xiàn)象。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和城市建設(shè)的需要，強(qiáng)巖溶地基的勘察將會使用新的技術(shù)方法，如遙感技術(shù)、地質(zhì)雷達(dá)、空腔掃描、三維激光掃描等手段，這些先進(jìn)手段將會為強(qiáng)巖溶地基的勘察提供科學(xué)保障、為強(qiáng)巖溶地基穩(wěn)定性分析提供可靠依據(jù)，對工程成本的節(jié)約具有十分重要意義。