江西省某输水泵站岩溶勘察研究

刘东平

（上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434）

1 概述

岩溶问题是在灰岩地区进行工程建设时必须考虑的一个重要问题，如何运用经济有效的勘察手段查明场地岩溶发育情况以满足设计施工要求、提出相应处理措施，对岩溶地区工程建设有着巨大的安全和经济效益。当前除了常规钻探等传统勘察手段外，越来越多的物探方法被引入岩溶问题研究中，如地震映像法[1]、瞬态瑞雷波法[2]、高密度电阻率法[3]等。本文以江西省瑞昌市某输水泵站为例，通过分析场地详细勘察阶段获取的地质及物探资料，分析研究了场地岩溶发育规律。

2 勘察概况

2.1 工程概况

本工程位于江西省瑞昌市，瑞昌地区灰岩分布广泛，由于水系发育，地下水、地表水联系密切，在灰岩中常发育溶洞。本工程拟建输水泵站为城市供水泵站，属于城市生命线工程，拟建物主要包括泵房、安装间、加药间、副厂房。新建输水泵站的泵房及安装间均为地上单层框架结构，建筑面积为934.60m2，建筑高度为12.70m，室外地坪高程48.40m，泵房底板底高程为43.8m。选用4 台双吸离心泵，水泵中心间距9m，3 用1 备。同时，考虑到远期规模的可适应性，土建预留一台机组的坑位。泵组段尺寸为长47.3m，宽16.6m，安装间尺寸为长9m×16.6m。排架柱下柱顶设置有牛腿，牛腿顶高程为57.60m，吊车轨顶高程为58.20m。新建副厂房为地上二层框架结构。建筑面积为1053.50m2,建筑高度为10.50m。新建加药间为地上一层框架结构。建筑面积为160.0m2，建筑高度为6.3m。

2.2 勘察等级

根据《市政工程勘察规范》（CJJ56-2012）及《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001，2009 年版）拟建建筑物为重要工程，破坏后果很严重，工程重要性等级为一级；泵址位于大坝下游与溢洪道之间，现状地形地貌与原始地形地貌有较大变化，岩溶强发育，场地复杂程度等级为一级；岩土种类多，不均匀，性质变化较大，且部分地段下伏基岩存在溶洞，地基复杂程度等级为二级。综合确定本次勘察等级为甲级。

2.3 勘察工作布置与方法

本次输水泵站泵址勘察勘探点沿建筑物角点及轮廓线呈网格状布置，钻孔间距严格按照桩基及基坑相关规范规定控制在30 米以内，共布置勘探孔14 个，本次勘察所布置钻孔均为控制性钻孔，勘探孔深度一般进入完整基岩不小于6m，若遇溶洞不能满足，则需保证穿过溶洞后进入完整基岩3m。勘察过程中由于其中一钻孔揭露高达7.0m 的溶洞，为查明其对本工程的影响，在该孔周边加密了4 个钻孔，各加密钻孔距该钻孔约10m。同时，为查明工程区覆盖层厚度、下伏基岩面起伏以及岩溶发育情况，本次勘察布置了3 条高密度电阻率剖面。

2.4 场地地形地貌与地质构造

拟建站址位于某水库大坝坝后南侧管理区内，邻近现状水库溢洪道以及发电厂。拟建站址原地形地貌在水库修建前，南侧为一河流河道，北侧为低洼塘地，水库修建后，现已人工填平。发电厂泄水渠近东西向横跨拟建站址，泄水渠宽约3m，深约2m，水深约1m。水库溢洪道处于拟建站址东北侧，距站址最近约10m，溢洪道站址附近宽约15m，站址区北侧地势高、南侧地势低。

工程区所处大地构造单元为扬子准地台（I）之下扬子-钱塘台坳（II）的九江台陷（III）瑞昌-九江凹褶断束（IV）。场地浅层为一套沉积岩地层，第四系沉积层一般在25m 以内，根据区域地质资料，本区域晚近期构造运动以间歇性升降运动为主。受区域东侧郯城-庐江断裂和扬州-铜陵地震带影响，赣北地区为江西省历史上主要发震部位，地震活动主要沿九江-靖安，武宁-铜鼓，白沙岭等北东～北北东向断裂以及鄱阳断陷盆地分布。查区域地质资料，场地及周边断层规模一般较短小，无第四系活动性断层通过，通过本次勘察结合区域地质资料判定勘察场地没有明显的断裂构造，区域构造稳定性较好。

2.5 场地岩土结构

据钻探揭露，勘探深度内，场地地层包括第四系人工填土层（Q4ml）、第四系上更新统冲洪积层（Q4al+pl）及三叠系下统大冶组灰岩（T1d）。按其岩性及其工程特性，自上而下依次划分为①素填土、②浜填土、③a 碎砾石、③b 粉质粘土、④中风化灰岩。

其中，中风化灰岩呈灰白色，粉晶-细晶质结构，中厚层～厚层状构造，以碳酸盐类矿物为主，岩石坚硬。岩体中裂隙基本以层面裂隙为主，裂隙面多被褐红色Fe、Mn 质浸染，少部分隙间偶见方解石脉充填。场地钻取的岩芯一般呈柱状，部分由于机械破碎原因呈碎块状，岩芯采取率一般为70～98%，RQD=10～81%,岩石饱和单轴抗压强度33.9～43.7MPa，平均38.35MPa，为较硬岩，完整性一般，岩体质量基本等级为III～IV 级，该层全场地分布，揭露厚度5.1～24.2m（未揭穿），揭露平均层厚10.38m，顶板标高28.06～40.10m，顶板埋深6.3～28.3m，基岩未见破碎带及软弱夹层。

3 场地岩溶发育分析

3.1 岩溶发育基本情况

本次勘察钻孔揭露拟建场地基岩面起伏较大，拟建场地共实施18 个钻孔，揭露溶洞的钻孔共有6 个。见洞隙率为33.3%，线岩溶率8.81%，属岩溶强发育场地，溶洞顶埋深8.40～24.80m，相应顶板高程24.54～38.75m，溶洞高度1.10～7.00m，部分为空洞，大部分为泥质或泥砂质半充填。

3.2 溶洞特征统计分析

按溶洞高度进行分范围统计，依据相应规范，不同溶洞规模对工程影响程度大小分级，分为小于等于2m、2m 到5m、大于5m 三类，统计结果见图1-（1）；按单孔发育溶洞数量统计，分为“单个”“多个”两类，统计结果见图1-（2）；按溶洞充填物类型进行统计，分为“空洞”“半充填”两类统计结果见图1-（3）。

图1 溶洞特征统计图

根据图1 可得出，本场地发育高度大于2m 溶洞占57%，溶洞中空洞占比29%，71%的溶洞被泥砂混合物半充填，充填物为软塑状，从溶洞数量分布来看，本场地多个溶洞发育数量明显大于单个溶洞。因此，设计应充分考虑溶洞发育的情况，采取合理的施工工艺。若桩端变形计算深度范围内存在溶洞，建议桩端穿过溶洞，到达稳定岩层且有一定厚度。桩基施工前应进行“一桩一孔”的施工勘察。另外，对岩溶发育集中区域，建议进行避让或对该区域采取注浆加固处理措施。

3.3 溶洞空间分布情况分析

岩溶的空间分布与地质构造、地下水空间分布活动特征密切相关，一般分布在构造断裂破碎带、褶皱轴部裂隙发育带、地下水活动丰富的可溶岩地段。将该场地揭露溶洞按溶洞规模（发育高度＞2m）投影到工程场地平面图上，结果如图2 所示。

根据图2 可以得出，本工程场地岩溶主要沿北东向分布，根据区域地质资料，本场地岩溶发育与该地区区域分布的九江-靖安，武宁-铜鼓，白沙岭等北东～北北东向断裂分布大致一致。

图2 场地大规模溶洞（高度＞2m）空间分布图

4 高密度电阻率法在本场地岩溶勘察中的应用

由于部分钻孔在钻进过程中存在触壁掉钻现象及部分钻孔存在多个溶洞的现象，为进一步查明溶洞规模，在加密钻孔的同时，又增加了高密度电阻率法物探测试工作。

高密度电法属于阵列勘探方法，基于传统的对称四极直流电测深法基本原理，是集电剖面法和电测深法为一体的一种电学层析成像方法。该方法主要以岩（矿）石的导电性差异为基础，研究在施加电场的作用下地中传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况。尤其对第四系、风化层和含水层的反应较为敏惑，是基岩面探测、风化层判别、岩溶探查的有效勘探方法之一。

按照勘探目的及现场地形等实际条件布置高密度测线，共完成高密度电法测线3 条，通过对高密度电阻率法成果资料的综合分析，得出该场地溶洞发育相对较集中，主要发育在揭露溶洞的几个钻孔周边，工程区其它地段未发现有大规模岩溶。

5 结语与展望

本文通过对江西省瑞昌市某输水泵站详细勘察阶段获得的地质资料的分析并结合高密度电阻率测试，探讨了该工程场地岩溶发育规律。得出以下结论：

5.1 拟建场地共实施18 个钻孔，揭露溶洞的钻孔共有6个。见洞隙率为33.3%，线岩溶率8.81%，属岩溶强发育场地。

5.2 本场地揭露的溶洞中，发育高度大于2m 的溶洞占57%，溶洞中空洞占比29%，有71%的溶洞被泥砂混合物半充填。

5.3 本场地岩溶主要沿北东方向分布，岩溶发育条带方向与区域断裂构造大致一致。

5.4 根据钻探资料结合完成的3 条高密度电法剖面结果，该场地溶洞发育相对较集中，其它地段无大规模岩溶。

5.5 拟建场地为强岩溶发育区，溶洞分布无规律性，因此在桩基设计和施工时应充分考虑此因素，根据钻探资料揭露，本场地灰岩层中见溶洞，为泥砂质半充填溶洞或空洞，若桩端变形计算深度范围内存在溶洞，建议桩端穿过溶洞，到达稳定岩层且有一定厚度。桩基施工前应进行“一桩一孔”的施工勘察。另外，对岩溶发育集中区域，建议进行避让或对该区域采取注浆加固处理措施。

5.6 溶洞区桩基施工出现的问题主要包括“漏浆、塌孔、卡钻、埋钻、掉钻、钻孔倾斜”，据当地工程经验，采取的措施主要为“抛填法、灌注混凝土填充法、泥浆护壁法、钢护筒跟进法”等，该四种方案能够较好的预防溶洞漏浆、塌孔、卡钻、埋钻事故的发生，前两种方法能够较好地改善钻头接触溶洞下底板时遇到软硬不均地层的情况，采用钢护筒方法能够对钻头起到一定的限位作用，再辅以合适的操作方法，从而避免孔斜。另外，本场地基岩面起伏较大，易发生成孔倾斜现象，应采取适当的施工工艺确保成桩顺利。