西南山区工程地质条件对机场工程建设的适宜性研究

陶红波

（贵州建设职业技术学院，贵州贵阳 551400）

我国西南山区工程地质条件较为复杂，由于近期构造运动强烈，河流下切，形成了高山峡谷地貌。沟谷两岸多陡坡，岩石风化强烈，岩体破碎，崩塌、滑坡、泥石流等物理地质现象发育［1］。另外，强烈的岩溶作用破坏了原有的岩体机构，形成各种各样的岩溶洞等现象，原有的岩体强度大大降低，从而引起各种地基变形破坏，严重影响地基稳定性［2］。在此类岩溶现象发育的地区开展机场建设等重大工程，岩溶引起的岩体强度弱化必然给工程带来困难，对此必须认真对待，否则会造成重大损失［3］。随着国家经济的迅猛发展，我国西南地区的民用航空事业也在快速发展。据《全国民用机场布局规划》，在2020年之前将在西南片区规划建设民用机场达52个。在西南地区建设大型民航基础设施，工程地质问题愈来愈多，有时甚至成为整个建设工程的技术核心和投资重点［4］。本文以西南某区域内的地形地貌、地层、地质结构、水文地质条件、不良地质现象以及岩溶发育特征为主要研究内容进行分析与总结，为该类区域开展机场工程的勘察、设计和施工建设提供参考。

1 工程地质条件

1.1 地形地貌 研究区位于西南云贵高原东侧斜坡地带，为山脉与凹陷过渡区。地势中西部较高，北南部较低，最高点海拔1680m，最低点海拔543m；地貌类型多样，喀斯特地貌大面积分布，丘陵、山地、盆地相间分布。研究区东部一带主要为峰丛洼地，出露地层主要为石炭、二叠系灰岩、白云岩。岩溶强发育，溶丘多呈浑圆状、馒头状。在其缓坡上常发育溶沟、溶槽、石芽等，溶丘多沿岩层走向及断裂走向呈串珠状排列；研究区及西侧一带主要为溶丘洼地，出露岩层为三迭系下统、中统灰岩、白云岩。其特征地形波状起伏，残丘低矮圆滑，呈馒头状，山顶及山坡上覆少量残积物，溶洼多呈碟形分布，溶洼地带次生红粘土层较厚。

1.2 地层分析 研究区地层的分布以中生界的三叠系最广，上古生界的二叠系次之。下古生界的寒武系、奥陶系集中分布于北部，中下志留统在研究区北部有出露。上古生界的泥盆系除以条带状呈北东向出露外，尚偏集于研究区西南和东南角；上古生界除泥盆系地层有分布外，还有石炭系的部分层位零星分布于研究区内北部；中生界的中下侏罗系，在南部和北部呈条带分布，上白垩系散布于研究区东北部；第四系零散分布，分布地点主要在河流沿岸、缓坡台地等。

1.3 地质构造 研究区具有复杂多样的构造形迹。构造带以北东为主，南北次之，局部显东西向。褶皱多宽缓，断层倾角陡至中等。北东向构造以斜跨中部复向斜为主体，由三叠、二叠系地层组成。南北向构造西南隅发育次级褶皱，其余地区散见与箱状背斜配套的断裂；北东东向正断层在研究区附近较为发育，大多倾向南东。

1.4 水文地质条件

1.4.1 地表水 研究区处于1条地表河上游右岸各支流的分水岭地带，河长40.8km，平均比降7.5‰，集水面积293km2，沿途支流上游以左岸居多，下游多为右岸支流，主要支流中河长超过10km、积水面积超过20km2的有4条。枯期洪水位标高约为998.56m，100年1遇洪水位1003.27m，300年1遇洪水位1004.09m；区内的水塘分布较少，其中，水塘面积在0～1000m2的有6处，面积在1000～2000m2范围内的有7处，面积在2000～3000m2范围内的有1处，面积大于3000m2的有2处，其中最大面积为19000m2。

1.4.2 地下水 研究区地下水主要靠大气降水渗入补给。地下水类型主要为碳酸盐岩岩溶水，其次为基岩裂隙水，局部为松散堆积层孔隙水。区内含碳酸盐岩岩溶水的主要为三叠系下统灰岩、白云岩。由于岩石成分、单层厚度和结晶粒度不同，岩溶的发育程度和富水性也不相同。三叠系下统薄层石灰岩中，溶洞、地下岩溶系统强烈发育，富含岩溶水；白云岩地层内溶洞、地下岩溶系统的发育程度相对较弱；基岩裂隙水含水岩组，出露于背、向斜的翼部，主要含水空间为白云岩风化裂隙及构造裂隙，呈片状分布，裂隙水主要赋存白云岩风化裂隙及构造裂隙，该岩组富水性较弱；松散堆积层孔隙水分布于地表河及其支流两岸坡，主要为粘土夹洪冲积砂土层，总厚度为0～17m。

1.4 不良地质现象 研究区内出露基岩主要为碳酸盐岩，上覆残坡积粘土层，主要不良地质作用现象有岩溶、土洞，区内碳酸盐岩溶洞极为发育，土洞主要发育于各地下岩溶系统分布区，由岩溶系统反复充放水作用而成；分布于溶蚀沟谷及缓坡台丘上的残坡积粘土，自然条件下基本稳定，但在填方碾压堆载条件下，其稳定性可能会变差；区内地形起伏大，东部一带地表冲沟、槽谷较发育，均为浅切冲沟。

2 岩溶的形成条件及发育特征

2.1 古地理环境 研究区绝大部分地区早三叠世的沉积发育齐全，且与二叠纪为连续沉积，早二叠世底部沉积有砂岩、泥岩、页岩；区内出露的碳酸盐岩主要为早三叠世各相区的灰岩、白云岩。特有的沉积环境，造就了该地区特殊而复杂的地层，为岩溶发育提供了基本物质条件。

2.2 碳酸盐岩分布特征 研究区范围内出露三叠系下统地层中，含碳酸盐岩的地层有：三叠系下统青岩相区第2段第1层灰色薄层至中厚层状灰岩，夹紫红色灰岩、泥质灰岩，出露厚度大于100m；第2段第2层中厚层状灰白云岩，出露厚度为大于50m；此外，研究区西侧出露有三叠系下统的白云岩；研究区内出露的碳酸盐岩主要为石灰岩，且纯度较高，易溶解的化学成份和矿物成份较多，微观结构上以细晶为主。

2.3 新构造运动 研究区晚近期构造运动以继承性间歇隆起运动为主，并伴随有掀斜运动。新构造运动控制了岩溶地貌发育有显著的“向深性”。岩溶在发育过程中，岩溶地下水处于埋藏较深的状态，由于地壳的新构造抬升运动，制约岩溶发育的排水基准面不断下降，从而使岩溶水向深部垂直发育，在岩溶地貌景观上表现出了深邃的峡谷，深的封状洼地，深陷的漏斗，竖井和落水洞，使之岩溶水经常处于埋藏较深的状态中。

新构造运动在本区的岩溶地貌发育过程中起主导作用，导致岩溶地貌具有层状发育的特点。这种层状地貌代表了一定的地貌发育阶段，河流因地貌强烈抬升而迅速下切，因此干流呈峡谷或箱形谷。

2.4 岩溶总体发育特征 根据岩溶发育条件分析，在侵蚀基准面以上，岩溶发育以垂直发育为主。在侵蚀基准面附近，岩溶以水平发育为主，从场区地下水出露特征分析，局部发育小型水平岩溶系统。研究区地层岩性以碳酸盐岩为主。碳酸盐岩微观结构以微～细晶为主，为本区岩溶发育提供了良好的岩性条件。场区岩体近直立节理裂隙较发育，以NE向张性裂隙为主，其次为近NW向剪张裂隙，透水性好，有利于岩溶的发育。场区新构造运动以间歇性抬升为主，区内地下岩溶发育高程与地表夷平面的次级停歇期呈很好的对应关系。地表岩溶的平面分布及外部形态受地质构造、地层岩性因素等控制明显。区内地表岩溶以溶沟溶槽、石芽、落水洞、漏斗为主。溶沟溶槽、石芽遍布于场区，沟槽走向与碳酸盐岩节理面、岩层层面走向基本一致；岩溶洼地、岩溶漏斗、落水洞等沿碳酸盐岩地层发育，其长轴往往指示岩层层面走向、节理面走向或构造线方向。

3 结论

研究区地形起伏大，地表浅切低缓冲沟、槽谷较为发育。地貌类型为岩溶地貌，场区内无滑坡、崩塌、泥石流、砂土液化等重大工程地质问题，经相关工程处理后，岩土条件较适宜机场建设。本区地处地表河上游右岸各支流的分水岭地带，若机场填方边坡区挤占河道后，将造成被挤占河道之上河水位雍高，对填方边坡区影响较大，应加强防洪影响分析及设计。同时地下水主要类型为松散层孔隙水、基岩裂隙水及岩溶水，主要接受大气降水补给。地下水埋深总体较大，对机场工程影响较小，但局部浅埋地带对工程影响明显。根据研究区内岩溶总体特征显示，其中岩溶稳定性问题是最突出的工程地质问题。