南水北调淇河第三系岩溶（溶蚀孔洞）成因分析

□韩桃明（河南省水利勘测有限公司）

1.概述

南水北调淇河建筑物属南水北调中线一期工程总干渠穿淇河河渠交叉建筑物，当施工基坑开挖至建基面时发现多处充填软塑～流塑状软土的孔洞，经进一步分析为岩溶（溶蚀孔洞），需进一步详细勘察，并查明其成因、组成成分、分布范围和发展趋势，评价对建筑物的影响，提出处理建议。

2.水文地质概况

淇河为常年性河流，由于河流的侧向侵蚀，两岸不对称，右岸为侵蚀岸，发育有Ⅱ级阶地，岸坡陡峭，崖最高15m左右。左岸为堆积岸，发育有漫滩和Ⅰ、Ⅱ级阶地，岸坡呈台阶状。

工程区勘察深度范围内主要为第四系全新统、上更新统、中更新统、下更新统和上第三系中新统鹤壁组地层，为土岩双层结构。上覆第四系松散层主要为黄土状土、壤土和卵砾石组成；下伏上第三系软岩由泥灰岩、粘土岩及砂砾岩组成。

工程场区地下水按其赋存条件及水动力特征可分为潜水和上第三系基岩裂隙岩溶承压水。潜水∶主要赋存于第四系卵石层及上第三系泥灰岩中，形成统一的含水层。一般丰水期河水补给地下水，枯水期地下水补给河水。地下水位随季节而变化，其动态类型主要为入渗－径流型。含水层主要接受大气降水和侧向径流补给，通过蒸发和向下游径流排泄。上第三系基岩裂隙岩溶承压水，承压水主要赋存于泥灰岩中。

3.岩溶发育情况

当南水北调淇河建筑物施工基坑开挖至上第三系泥灰岩时，发现有4处充填软塑～流塑状粘土质软土的溶蚀孔洞。在通过物探和钻探相结合的方法对场区内溶蚀孔洞的分布进行了勘察，在2217m2基础上共发现物探异常13处，钻探异常8个，主要位于上第三系泥灰岩中，影响面积可划分为6处分区，溶蚀影响面积约29～250m2不等，溶蚀影响面积总计达617m2，占总面积的29%，溶蚀孔洞内充填软塑～流塑状粘土质软土，强度很低。

4.岩溶（溶蚀孔洞）成因分析

岩溶是指水和可溶性岩石相互作用而产生的一种物理地质作用和现象。岩溶是不断流动的地表水、地下水与可溶岩相互作用的产物。岩溶是溶蚀作用和岩溶现象的总称。因此第一具有可溶性岩石；第二具有溶蚀能力的水（或水必须具有侵蚀能力）；第三岩石的透水性和水在其中能不断流动被称为岩溶发展的4个基本条件。只有具备这4个条件，岩溶作用才能进行。结合工程场区的地形地貌、水文气象、地层岩性、地质构造和水文地质条件等对淇河场区岩溶（溶蚀孔洞）形成机理分析如下：

场区下伏上第三系软岩主要为泥灰岩和粘土岩，泥灰岩主要矿物为碎屑矿物和粘土矿物，其中碎屑矿物含量60%～80%，成分主要为石英和方解石，以方解石为主；粘土矿物含量20%～40%，粘土矿物主要成分有蒙脱石和伊利石，以蒙脱石为主。泥灰岩主要矿物成分为方解石，为可溶性岩石。因此场区具备了具有可溶性岩石的条件。

场区泥灰岩微裂隙发育，泥灰岩属中等透水性，赋存承压水，地下水循环交替条件和渗透性一般属中等程度,承压水水化学类型为HCO3-Ca-Mg型水，pH值6.5，属弱酸性水，对混凝土具分解类一般酸性型弱腐蚀性。因此场区具备了岩石中等透水性及具有溶解能力的水的条件。

场区位于太行山东麓丘陵与冲洪积平原的交接部位，具河谷地貌形态。淇河为常年性河流，四季流水不断，洪水期河水补给地下水，枯水期两岸地下水补给河水。场区上部松散层（卵砾石层）赋存潜水，下伏上第三系泥灰岩及砂砾岩赋存承压水，场区上部潜水循环交替径流条件较好，下部泥灰岩承压水径流（循环交替）条件略差。因此场区具备了水在岩石中能不断流动的条件，但流动性相对稍差。

因此场区泥灰岩（可溶岩体）属中等透水性及具有溶解能力的水（具弱酸性的承压水）是岩溶作用的物质基础。承压水在泥灰岩中循环及交替条件，是控制岩溶发育程度的根本条件。岩溶是在漫长的地质年代中发育、形成的。在一定地质环境条件下，可溶性泥灰岩被地下水溶蚀、迁移、沉积的全过程即岩溶作用的过程，场区溶蚀孔洞及其充填软土是岩溶作用的结果。岩溶孔洞中充填的软塑～流塑状由粘土矿物组成的软土是泥灰岩和粘土岩溶蚀风化潜蚀产物或为地下水运动带进孔洞的沉积物。

5.发展趋势

岩溶发育的特点和强度除与可溶性岩石及水的化学成分有很大关系外，在相当大的程度上取决于水的循环交替条件的特点，而水的循环交替条件往往受该区地形地貌、水文气象、地层岩性、地质构造和水文地质条件决定。结合工程场区的地质环境条件，对本区岩溶发育特点、强度和发展趋势简单分析如下：泥灰岩地层中分布有一定范围的岩溶孔洞，呈垂直或水平方向片状分布。岩石特性是岩溶发育的内在因素，泥灰岩岩性以方解石为主，但含20%～40%粘土矿物，该层泥灰岩岩性不纯，含较多粘土矿物杂质，故岩溶发育强度受到一定的限制，相对石灰岩较弱。泥灰岩深埋淇河河床以下14～25 m之间，该层泥灰岩仅微裂隙发育，属中等透水性，故地下水（承压水）迳流强度及渗透速度（循环交替条件）为弱～中等程度。承压水中游离的CO2和侵蚀CO2含量都很低。综合分析判断工程场区泥灰岩岩溶发育和溶蚀孔洞分布范围及深度有限，仅局部发育，为局部性危害，仅需在建筑物场区内进行处理。

6.处理建议

泥灰岩存在6处溶蚀孔洞分布区，加之承压地下水的浸泡、施工扰动，使具中等～强膨胀性的泥灰岩地基强度明显下降，需采取综合性的加固处理措施：采取将建基面以下2m范围内泥灰岩全部挖除，换填加筋水泥土等处理措施，换填部位以下的基础只清除岩溶和溶蚀孔洞内充填物，用C10混凝土进行回填，为防止工程运行后溶蚀继续发展对地基产生影响而危及建筑物，需采取措施减缓泥灰岩中地下水流动，采用厚度0.5 m的截渗墙对建基面以下至相对不透水层进行全封闭处理。