浅谈多种勘探方法在岩溶地基勘察中的应用

李华秀，马超，李新吉

（重庆市地质矿产勘查开发局107地质队，重庆401120）

引言

重庆市碳酸盐岩出露面积达29600km2，占幅员面积的36%。在这些地区进行工民建项目有其特有的岩土工程问题。由于人类的工程活动频繁，岩溶引发的地质灾害问题严重影响了基础设施建设和安全，为避免不可预料的经济损失，确保工程质量及人身安全，在工程勘察中需要开展地基基础岩溶探测工作。仅采用工程地质钻探，孔深一般十余米至数十米，能直观地观察岩心，但无法确定深部的岩溶发育特征、规模和空间分布格局。而地球物理勘探（简称物探），具有“透视性”、效率高、成本低等优点。因此，应采取多种勘探手段，相互验证。

重庆某职教中心实训基地工程位于重庆市某县板溪乡，位于碳酸盐岩地区，地表岩溶较发育(见图1)。为探明地下隐伏岩溶发育情况，为地基基础评价及持力层的选择提供依据，本次工作采用地球物理勘探方法探测岩溶，结合地面地质调查及钻探相印证，为地基基础施工工作提供可靠保证及科学依据。

1 地球物理勘探方法

根据场地实际情况，结合现在常用的方法，主要采用直流电法（高密度电法）和地质雷达等方法，查明场地内岩溶的分布范围、规模大小、埋深情况及岩溶个体相互关系，分析研究岩溶特征和发育情况，有针对性地对地基基础进行正确评价，以提供科学依据。

1.1 高密度电法[3]

原理上属于电阻率法的范畴，是电测深与电剖面的组合，其观测点密度高，获得信息量丰富，可同时探测水平和垂直方向上的电性变化的一种电法勘探方法。

1.2 地质雷达

地质雷达[2]是一种利用高频电磁波来确定地下介质分布的一种地球物理方法。它是沿用对空雷达的原理，由发射天线向地下发射脉冲电磁波，其中一部分是沿着空气与介质（岩土体）分界面传播的直达波，经过时间t0后到达接受天线，为接收机所接收。另一部分传入介质内，在其中若遇电性不同的另一介质体（如其他岩土体、洞穴等），就发生反射和折射，经过时间ts后回到接收天线，称为回波。根据所接收到两种波的传播时间来判断另一个介质体的存在并测算其埋藏深度。事后经GRESWIN地质雷达软件处理，从而达到对地下隐蔽目标物的探测。

2 工程地质概况[1]

场地位于溶蚀中低山地貌，总体地势北西高，南东低，由3个微地貌组成。北西部地形坡角为25～30o，属陡坡；中部原始地形坡角为5～10o，属缓坡，现状因开挖呈阶梯状地形，部分形成高边坡；南东部地形坡角为65～80o，属陡崖，崖顶标高为630～655m，崖底标高为564～588m，陡崖高90～110m，长约1700m，主坡向约100～120o，因溶蚀作用及河流强烈下切作用形成，陡崖壁上发育6处危岩。

经地面调查，区内岩体中发育有构造裂隙、卸荷裂隙、溶蚀裂隙三类：①构造裂隙主要发育有二组：L1组，产状70～90°∠64～68°，延伸长度3～8m，发育间距3～5m，张开宽度3～10mm，无充填或少量岩屑充填，节理面较平直，为硬性结构面，结合程度差；L2组，产状0～10°∠74～82°，延伸长度2～5m，发育间距1.5～3.0m，多数闭合，局部张开3～20mm，少量岩屑充填，节理面较平直，为硬性结构面，结合程度差。

②卸荷裂隙主要是陡崖应力释放回弹形成，沿陡崖带边缘断续延伸，形成卸荷带宽8～15m，延伸长度一般3～15m，可见深度一般0.5～2.5m,最深达10.50m，张开度为10～80mm不等，底部有少量岩屑充填。其延伸方向为30～63°，与陡崖带一致，呈北东走向，倾角近于直立。

③溶蚀裂隙是沿原构造裂隙、卸荷裂隙的缝隙溶蚀作用进一步加宽、加深所形成，空间特征随时间呈动态变化，其发育方向一般与构造裂隙、卸荷裂隙的方向一致，一般沿裂隙两壁充填钙、泥质物。

场地地表大部被第四系全新统人工填土（Q4ml）及残坡积（Q4el+dl）粘土覆盖，仅在场地内人工切坡处见寒武系中统平井组(∈2p)白云质灰岩出露。①第四系全新统人工填土（Q4ml），灰白色、紫红色，由粘土及灰岩碎块石组成，碎块石粒径2～110cm，硬质物含量60%～80%。松散，稍湿。为场地整平抛填而成，回填时间半年以内。层厚0.00～9.00m，场地内广泛分布。②第四系全新统残坡积层粘土（Q4el+dl）：黄褐色，可塑状，层厚0.00～5.00m，主要分布在场地的北西侧。③寒武系中统平井组(∈2p)白云质灰岩：岩质坚硬，岩溶发育，地表溶沟较发育。

场地地下水赋存形式主要为岩溶裂隙水。残坡积粘土层为隔水层，透水性差，不含地下水。岩溶裂隙水主要赋存于碳酸盐岩裂隙中，受降雨和地表水补给，经裂隙向低处排泄。

场地内及附近无滑坡、崩塌、塌陷、泥石流、采空区、地面沉降等不良地质现象；场地所处斜（边）坡稳定，无变形迹象；场地的基岩为可溶性岩，场地的不良地质作用主要是岩溶。

3 实践应用

3.1 物探工作

该次高密度电法采用的仪器为重庆地质仪器厂生产的DUK-2A高密度电法测量系统（表1）。

表1 该次高密度电法所采用仪器及各自数量

测量方式及存储方式如图2:

图2 测量方式及存储方式

A，M，N，B（其中A、B为供电电极，M、N为测量电极），随着极距系数由n（MIN）逐渐增大到n(MAX)，四个电极之间的间距也均匀拉开。

地质雷达采用的仪器为SIR-3000地质雷达及配套设施（美国劳雷公司）。

高密度电法共布设了8条物探剖面，总长998m，电极距3m，测试点数3299点。布置地质雷达探测剖面共90条，总长3018m,测点距0.1m，共30180个点（工作量见表2和表3）。

表2 高密度电法工作量统计表

表3 地质雷达工作量统计表

3.2 异常验证

高密度电法Wn4剖面(图3：ZK14～ZK23方向)，长度180m。从高密度电法推测地质解译成果图可知：

图3 14号楼WN4剖面高密度探测成果

测线总体土层较浅，地表为碎石和基岩。岩体视电阻率约为130Ω·m～1500Ω·m。在测线起点位置至30～50m左右埋深5m以下有一不规则低阻异常，推断为破碎带，布设钻孔ZK25对此异常进行验证。在距起点105m至150m左右埋深10m至20m左右存在一低阻异常，推断为溶洞，为带状。

地质雷达第14#—10#位置：

图4 14#楼10#位置雷达探测剖面图

由图4可以看出：从地面以下0～25m范围内雷达波反射较紊乱，说明地下岩层较破碎，节理裂隙较发育，在10m处有小溶洞存在。布设钻孔ZK103对此异常进行验证。

图5 钻孔柱状图

由钻探验证结果（图5）可知：ZK25钻孔深度为15.1m，孔深8.80～11.50mm为溶洞，充填黄色粘土。ZK103钻孔深度为20.0m，孔深6.50～9.60m为溶洞，充填黄色粘土。可见，钻探验证情况与物探成果基本吻合。

3.3 地基处理建议

通过物探测试和钻探验证表明：拟建场地内13号楼～16号楼，19-1号楼、19-2号楼、20-1号楼、20-2号楼地基均存在大面积的岩溶破碎带。针对场地内发育的溶洞和特殊性岩土，需进行适当地处理。处理建议为：

(1)对于浅埋的溶洞，首先清除其中的粘土，填入碎石、块石，将洞底与基岩面的通道堵塞，回填混凝土或灌浆处理。

(2)对于深埋的溶洞，建议基础采用桩基，通过钻孔对溶洞进行注浆或基础穿过溶洞，进入下部稳定基岩。

4 结语

（1）地球物理勘探方法与钻探相结合，可以弥补钻探工作以点代面的缺陷；同时钻探的验证也弥补了物探方法的定量精度低及多解性问题。

（2）对于岩溶地区采用多种勘探方法，可有效地查明岩溶地基的岩溶发育情况，综合成果对所探测的岩溶问题提出具体的地基处理建议，避免了下一步地基基础处理的盲目性。

[1]马超，李新吉.重庆市某职教中心实训基地工程岩土工程勘察报告[R].重庆市江北地质工程勘察院,2010.

[2]刘传正.地质灾害勘查指南[M].北京：地质出版社，2008：283-303.

[3]《工程地质手册》编委会.工程地质手册 （第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2008：81-82.