鲁甸6.5 级地震灾后恢复重建水电铝项目岩溶发育特征分析

秦勇光，贺建涛，许汉华，郝 勇，李红林

（中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司，云南 昆明 650051）

我国是世界上岩溶面积分布最广泛的国家之一，岩溶面积约占国土面积的1/3，其中以广西、云南、四川、湖北等地岩溶最为发育[1]，而且岩溶类型齐全，品种丰富，多姿多彩，是全球少有的“天然岩溶档案馆”，岩溶作为复杂并且可能对工程建设和人员安全造成极大危害的不良地质现象，越来越受到工程界和学术界的关注[2]。岩溶学科领域应积极探索和发现新概念、新方法、新技术、新理论，为解决制约岩溶领域发展的关键科学问题做贡献，同时充分利用我国岩溶学科领域科研优势与资源特色，深度挖掘主要研究方向，进一步提升岩溶学科的国际影响力。曾德建等[3]以郑万高速铁路汉江特大桥为研究对象，通过对覆盖型岩溶覆盖层物质成分、结构、岩溶发育规律进行研究，并结合工程实际，对工程范围内岩溶地面塌陷进行评价、预测，提出了在勘察设计过程中应进行规避和减少岩溶对结构工程的影响。赵明华等[4]针对岩溶及采空区桥梁桩基桩端持力岩层安全厚度的确定进行了较全面的探讨，提出了一系列经济合理、安全可靠、且便于工程应用的计算公式。牛定辉等[5]采用地质钻探和高密度电法等综合方法，对地质钻探成果和高密度电法勘测成果进行对比分析，查明了该边坡处岩溶发育情况及分布特征。易勇进等[6]总结了目前岩溶勘察主要有工程勘探、地面调绘、遥感技术、物探及其组合实施综合勘察技术，未来应重点关注“空-天-地”多层次勘察技术及其分析解译的定量化和精确化研究，构建岩溶区综合勘察成套技术体系，以解决岩溶勘察的高深细度与高精细度要求等关键性核心科学问题。袁道先院士归纳出我国岩溶的四大特点：岩层古老坚硬；地处季风气候区，雨热配套，岩溶发育水动力强，水化学环境好；地质构造抬升运动强烈，岩溶发育多样；西南岩溶区未经大陆冰盖刨蚀，多样的岩溶形态得以保持。袁道先院士引入地球系统科学的方法，从全球角度研究岩溶，在岩溶研究中抓住以碳、水、钙为主的物质能量循环体系，从大气圈—水圈—岩石圈—生物圈的相互关系上研究岩溶，创造性地总结了一套捕捉碳、水、钙行踪的工作方法，为建立完整的岩溶动力学基本理论作出重要贡献，推动形成了一个强有力的国际合作群体。

1 工程地质条件

1.1 地形地貌

研究区位于昭通市昭阳区北部青岗岭回族彝族乡，属构造侵蚀、溶蚀中山丘陵地貌区，区域内地形起伏变化大，总体为斜坡地形。研究区位于斜坡顶部一带，受雨水冲刷、风化剥蚀等作用影响，区内缓坡、岩溶洼地等微地貌发育，原始地表多为旱地。区内沟谷较发育，属老年期，冲刷、侵蚀作用较弱，原始地形自然坡度一般介于15°～35°，局部地段达50°，地势整体上呈南高北低之势。

1.2 地质构造

研究区及其周边影响范围内无活动性断层通过，发育有白沙背斜，背斜轴部大致由本区2 号通廊通过。受白莎背斜的影响，岩层产状主要为：2 号通廊以西，产状介于244°～290°∠12°～24°之间，整体倾向北西；2 号通廊以东，产状介于80°～95°∠10°～14°之间，倾向东；总体上岩层倾角由东西两侧向2 号通廊逐渐变缓。本标段处在白沙背斜轴部偏西地段。

1.3 地层岩性构成

研究区分布的主要地层由第四系人工堆积层（Q4ml）素填土、第四系冲洪积层（Q4al+pl）黏土、坡残积层（Q4dl+el）粉质黏土，下伏基岩为泥盆系中统红崖坡组（D2h）砂质泥岩、灰质白云岩及泥质白云岩等地层组成。

2 水文地质条件

研究区地表水主要为各冲沟的季节性流水，沿冲沟向下游渗流，雨季水量大，枯季水量贫乏。冲沟沟头位于场区段已被整平，及下游正常情况下未见地表水流淌。研究区冲沟属季节性冲沟，仅雨季连续降雨时会形成地表径流，水量随降雨量的大小而改变，旱季沟内无水。为避免雨水、生产、生活废水入渗降低填方强度而导致填土边坡变形，应对填方体修筑、完善截排水设施。

研究区上层滞水（即包气带水）主要赋存于第四系人工堆积素填土层中，该层地下水无统一稳定水位线，富水性弱，水量小，其水位及水量随干湿季节更替而变化，主要接受大气降水及地表水补给，排泄形式以下渗补给裂隙水、岩溶水及蒸发为主。基岩裂隙水主要赋存于泥盆系中统红崖坡组（D2h）强风化砂质泥岩层中，其赋水性能与基岩裂隙的发育程度密切相关，且受季节性变化影响较大，其富水性、水位埋藏主要受地形控制，总体水量较小，富水性弱-中等；即原始河谷区的风化裂隙中地下水赋水能力、富水性中等，而原始沟谷两岸山体斜坡区风化裂隙水分布范围和赋存量均有限，埋藏深度大，且随季节变化较大，富水性弱；该层地下水主要靠大气降水及地表水补给；地下水由于受地形及赋水条件控制，旱季以蒸发排泄为主，雨季则在场地外低洼的沟谷地段有少量渗水排泄。勘察时仅在冲沟右侧坡脚及沟谷地段揭露有地下水，水位埋深介于32.50m～35.10m 之间，相对标高介于2073.17m～2075.98m，属于混合地下水水位。

研究区碳酸盐岩类岩溶水主要赋存于泥盆系中统红崖坡组（D2h）灰质白云岩、泥质白云岩层中，为深层地下水。根据岩体岩溶裂隙的发育程度分为富水弱-中等；其中泥质白云岩泥质含量高，岩溶裂隙不发育，岩体较完整，富水弱，水量小；灰质白云岩中浅部具有硬、脆、碎特征，且节理、溶隙裂隙较发育，为地下水提供良好赋存空间，其富水性中等。岩体裂隙发育程度随深度增加而呈递减的趋势，且深部岩体裂隙多呈闭合状，渐变为微风化～新鲜岩带隔水层。主要接受大气降水及基岩裂隙水的补给，同时接受少量地表水的入渗补给；地下水由冲沟两侧向沟底、由东南向北西方向径流，最终向低洼的洒渔河及沟谷地段以泉点的形式排泄。

本次研究共采取了42组土试样进行了室内渗透试验：主要含水层素填土层的渗透系数介于5.17×10-5～4.47×10-4cm/s之间，属弱～中等透水层；黏土层的渗透系数介于1.78×10-6～1.95×10-5cm/s之间，属微～弱透水层；粉质黏土层的渗透系数介于3.66×10-6～1.46×10-4cm/s之间，属微～中等透水层；溶洞充填土层的渗透系数介于4.02×10-7～5.37×10-5cm/s之间，属极微～弱透水层。

3 岩溶发育特征

研究区位于构造侵蚀、溶蚀中山丘陵地貌区，下伏有中～厚层状灰质白云岩、泥质白云岩层，其为岩溶的发育提供了可溶介质，场区内雨量较充沛，大气降水大部分通过溶蚀裂隙渗入地下，为岩溶的发育提供了有利条件，本文根据岩溶发育程度将研究区划分为岩溶强发育区（YR1）和岩溶中等发育区（YR2）。

岩溶强发育区（YR1）：主要分布于1 号通廊南部（YR1-1）及电解车间C 轴中部至2 号通廊段（YR1-2）。YR1-1 区钻孔见洞隙率为50.7%，YR1-2 区钻孔见洞隙率为57.9%，按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)[7]表6.6.2 对研究区岩溶发育程度进行分级，该区岩溶发育程度为强发育。

岩溶中等发育区（YR2）：分布于除岩溶强发育区（YR1）以外地段，在451 个钻孔中共有87 个钻孔遇洞，钻孔见洞隙率为19.3%，按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)[7]对研究区岩溶发育程度进行分级，该区岩溶发育程度为中等发育。

岩溶总是趋向于易于溶蚀的方向发育，研究区地层破碎，裂隙发育，为地下水的存储提供了良好的空间，在接近原始冲沟、地下水排泄区范围内，溶洞发育，溶蚀规模较大，具有一定连通性，其余地段溶蚀现象不多，规模不大，且多孤立；受岩溶作用的影响，场区内基岩面起伏大，起伏面最大可达20m，岩溶（隙）的发育在沿岩层面走向的方向上有一定规律，主要发育在灰质白云岩层内及岩层界面处，岩溶一般以溶孔、溶沟（槽）、溶洞为主，未见落水洞、地下河发育，为覆盖性岩溶。大部分溶洞有充填物，少数无任何充填物或充填不满。该软弱夹层可能会对基础造成不利影响，设计时应按相关要求进行。

对影响基础稳定的溶洞或裂隙发育带，应将桩端穿过溶洞底板或裂隙之下进入稳定基岩中；部分地段岩体风化深度较大，开挖遇裂隙风化深度较大的桩基，应加大基础埋深，将基础置于下伏完整基岩内。

4 岩溶对场地稳定性影响评价

研究区岩溶基岩面起伏较大，钻探深度范围内发育的岩溶溶洞、溶隙形状不等、大小不一，大部分有充填物；岩溶整体发育程度为中等发育，但局部地段岩溶发育程度为强发育。溶洞围岩体受到水流长期溶蚀风化，岩芯较其它地段破碎，抗压强度明显偏小。溶洞内充填物力学性能较差，局部甚至出现无充填物的空洞、半空洞现象。因此，桩基础设计时，应按相关规范要求桩端置入溶洞底板一定深度，满足桩端应力扩散要求，同时考虑桩底持力层完整性，应适当加大嵌岩深度。施工中应加强基础验槽工作，同时对重要或荷载较大的工程，可在槽底布置触探、钎探或采用小口径钻探。