岩溶发育特征

岩溶发育特征（精选9篇）

岩溶发育特征 篇1

潞安矿区地处山西省东南部, 位于太行山中段西侧、长治盆地之西部, 属于沁水煤田东部中段。大地构造位置处在我国华北地区东部新华夏构造体系第三隆起带中段。矿区主要构造形态为总体向西倾斜的北北东向或近似南北向的宽缓单斜构造, 其上叠加次一级褶曲与断裂。全区地势北高南低、西高东低。

1岩溶发育形态

区内地表岩溶形态多见于东部灰岩裸露区, 以溶蚀裂隙、干谷、岩溶泉和泉华等现象较为常见。地下岩溶形态以小型为主, 钻孔所见多为溶孔、晶孔溶隙及蜂窝状溶洞等, 直径0.1～5.0 mm, 孔洞间连通性好, 是地下水富集部位[1,2]。岩溶发育形态主要有:溶蚀裂隙、空洞和溶洞、膏溶角砾岩及岩溶陷落柱等。

2岩溶分布规律

可溶岩与具有溶蚀能力的水是岩溶作用发生和发展的主要因素, 不同条件下岩溶发育和发展是有差异的, 是不均一的, 但有时又有一定的规律[1]。

(1) 岩溶发育受岩性控制, 在垂直方向上有差异性。

区内奥陶系碳酸盐岩总厚在600 m左右, 分三组八段。每组的下段为泥灰岩、泥质灰岩、泥质白云岩, 由于泥质含量高, 可溶性差, 又不易形成连通性好的裂隙系统, 故多形成区域性弱岩溶化的弱含水层或相对隔水层。而每组的上段为灰岩、白云质灰岩、泥质灰岩, 裂隙岩溶均较发育。尤其是其下有石膏夹层时, 由于石膏的溶解度比灰岩及白云岩高5～20倍, 故先被溶解而使地下水中SOundefined含量增加, 从而又加剧了灰岩及白云岩的溶解, 使得含膏层与上覆灰岩间可以形成厚10～30 m的层状溶蚀带及角砾岩带, 溶蚀裂隙及溶孔、溶洞都很发育, 是良好的含水层。

(2) 岩溶发育在水平方向上差异明显。

岩溶发育在水平方向上有明显的差异, 但又有一般的规律可循, 即从补给区到排泄区岩溶发育有不断增强的趋势。在排泄区, 由于地下水交替作用强烈, 对可溶岩进行溶蚀、侵蚀的能力强, 故岩溶较发育, 钻孔中所见的岩溶形态也以溶蚀较宽的裂隙和溶洞为主, 直径一般在10～50 mm, 形成较大规模的集水通道或层状—似层状的溶蚀带, 是地下水的富水区或强径流带;而补给区岩溶发育较弱, 岩溶形态也以微细溶隙溶孔为主, 很难形成有价值的含水层。径流区受各种因素的影响, 岩溶发育不均一, 富水性变化大, 只有在条件有利时岩溶才较发育。

(3) 岩溶沿构造破碎带发育。

构造是控制区内岩溶发育的主导因素, 构造条件使岩溶发育具有一定的方向性, 岩溶多发育在构造破碎带附近。晋获褶断带是区内的主干构造, 斜贯区内南北, 由一系列褶皱和断裂组成, 襄垣及长治两子系统的强径流带即受它的控制而位于褶皱带之西侧。二岗山、文王山地垒均分别由南北2条北东60°～70°的张性正断层组成, 在张性断裂带附近, 张裂面发育, 岩石破碎, 是地下水溶蚀侵蚀的良好场所, 岩溶十分发育。

(4) 岩溶发育地带位于地表水严重漏失地段。

河流穿过构造破碎带、陷落柱和裸露的可溶岩地区时极易发生地表水的漏失, 这些地表水的漏失和灌入加速了地下水的循环交替作用, 从而又加速了岩溶的发育。浊漳河是区内的主要河流, 据潞安矿水文队20世纪50年代勘测资料, 浊漳河南源在流经文王山地垒时, 河水沿张性裂隙破碎带渗漏, 其渗漏量达8 280 m3/h, 流经西王桥陷落柱时流量损失更是高达22 100 m3/h (但20世纪60年代以后, 由于建成了漳泽水库, 河水流量大减, 渗漏量也有所减少) 。现有资料证实, 这些地段正是构造和岩溶发育地段[3]。

3岩溶发育的控制条件

3.1区域侵蚀基准面

侵蚀基准面之下100 m之上岩溶最发育, 这与中奥陶统岩溶水向东部泉点排泄时的过水断面高为97 m有关。侵蚀基准面之下150～250 m岩溶发育较强, 是由于矿区地层向西倾斜, 岩溶水逆地层倾向向东径流, 这个深度是岩溶水的穿层深度, 故其岩溶裂隙的发育深度较大[4,5]。

3.2岩性

(1) 岩溶发育强度与岩性的关系。

岩性除影响着岩溶发育形态外, 还影响着岩溶的发育强度。图1反映了钻孔揭露的地层岩性与岩溶裂隙发育强度的关系。由图1可知石灰岩类的平均岩溶裂隙段发育率为24.86%, 泥质碳酸盐岩类的平均岩溶裂隙段发育率为22.72%, 均高于白云岩类的发育率17.44%。测井解释的出水段发育率由高到低的顺序为泥质碳酸盐岩类 (5.65%) 、石灰岩类 (2.54%) 、白云岩类 (0.79%) 、石膏岩类 (0.59%) 。

(2) 岩性组合与岩溶发育的关系。

中奥陶统三组八段具有3个“泥质灰岩和白云岩或含泥白云质灰岩夹硬石膏—石灰岩—石灰岩与白云岩互层”的岩性组合, 不同的岩性组合对岩溶的发育具有较大的影响。①较单一的均匀状石灰岩。以各组二段为主要代表, 以厚层泥晶灰岩花斑灰岩、生物碎屑灰岩为主, 白云岩夹层很少, 化学成分含量CaO在48%以上, MgO在2%左右 (下马家沟组二段略高为4.97%) , 泥质的主要成分SiO2、Al2O3、Fe2O3之和低于4.5%。由于成分单一, 结构均匀, 构造裂隙的切层性强, 延伸长, 有利于地下水的循环和岩溶化作用的发生。但当埋藏较深时, 岩溶化作用变弱的速率较快。②石灰岩与白云岩互层。以上、下马家沟组的三段为主要代表, 以石灰岩居多, 且白云岩遭受过去白云岩化作用, 化学成分含量CaO在44%～48%, MgO在5.0%～5.5%, 泥质的主要成分SiO2、Al2O3、Fe2O3之和略高, 为4.0%～6.9%。总的岩溶裂隙发育较弱, 岩溶裂隙段发育率为2%～10%。白云岩以小溶孔和稀少较窄的溶隙为特征。石灰岩岩溶主要发育在与白云岩分层的层面附近, 以不稳定的似层状出现。东强西弱的特征也很明显。③泥质灰岩和白云岩或含泥白云质灰岩夹硬石膏。以各组一段为代表, 岩性垂向差异大, 岩层普遍较薄。化学成分含量CaO在31%～44%, MgO在4.5%～8.6%, 反映硬石膏、石膏含量的SO3含量不均, 西部在20%左右, 东部由于溶解作用, 含量降低, 泥质的主要成分SiO2、Al2O3、Fe2O3之和在6.7%～24.0%。由此可见, 泥质和硬石膏的含量较高。硬石膏夹层多, 总厚可达20 m, 局部峰峰一段可达50 m。在深部环境下岩溶相对较发育, 岩溶裂隙段一般不小于10%, 埋深在700 m之上随埋藏深度的增加减弱较慢。

通过勘察钻孔统计, 奥陶系各组段岩溶发育强度的差异如图2所示。岩溶发育强度虽然受多种因素的影响, 但岩性组合的影响还是明显的。

3.3地质构造

如前所述, 矿区总体为一向西倾斜的单斜构造, 东侧下奥陶统相对隔水层抬起, 控制着中奥统岩溶水的流场, 从而也控制着中奥陶统的岩溶发育强度和深度的分布。矿区以北为中奥陶统的裸露区, 接受大气降水的入渗补给, 汇集在浅埋区, 顺地层走向侧向补给研究区, 在东部形成顺地层走向南北向延伸的强径流带, 向西径流逐渐减弱。在强径流带上岩溶发育深度比西部深50 m之多。此外, 单斜构造上还发育着一些断裂和褶皱构造, 这些构造也破坏了单斜构造对岩溶控制的均匀性。

4结论

(1) 地下岩溶形态以小型为主, 钻孔所见多为溶孔、晶孔溶隙及蜂窝状溶洞等, 直径在0.1～5.0 mm, 孔洞间连通性良好, 是地下水富集部位。

(2) 岩溶发育规律及岩溶水的赋存规律, 就层位而言, 多发育在一、四、七段的角砾岩及泥灰岩中;就构造而言, 多发育在文王山地垒及其附近一带。

(3) 区域内岩溶发育规律受区域侵蚀基准面、岩性及其组合、地质构造等因素控制。

摘要：就潞安矿区奥陶系中统岩溶发育特征进行了研究分析。研究结果指出, 矿区地下岩溶形态以小型为主, 钻孔所见多为溶孔、溶隙及蜂窝状溶洞等;岩溶发育规律, 就层位而言, 多发育在一、四、七段的角砾岩及泥灰岩中。就构造而言, 多发育在文王山地垒及其附近一带。区域内岩溶发育规律受区域侵蚀基准面、岩性及其组合、地质构造等因素控制。

关键词：潞安矿区,灰岩,岩溶发育规律

参考文献

[1]煤科院西安分院.潞安矿区岩溶陷落柱发育规律及导水性研究[R].潞安:山西潞安煤业集团, 2003.

[2]王家兵.潞安矿区 (北区) 奥灰岩溶水环境演化规律研究[D].徐州:中国矿业大学, 1997.

[3]潞安矿业公司, 煤科院西安分院.潞安矿区矿井充水特征与综合防治水技术研究[R].潞安:山西潞安煤业集团, 2004.

[4]长治市水资源管理委员会.山西新安泉岩溶水系统及水资源研究 (送审稿) [R].潞安:山西潞安煤业集团, 1993.

[5]中国煤田地质总局第一水文地质队.山西省潞安矿区 (北区) 供水水文地质详查报告 (附表) [R].潞安:山西潞安煤业集团, 1992.

岩溶发育特征 篇2

岩溶发育地区的桥梁桩基探测和成桩技术

结合京沪高速铁路徐州地区岩溶发育地质条件下,钻孔灌注桩的具体施工,对岩溶发育、石灰岩地区的桥梁桩基探测和成桩技术进行研究,探讨岩溶地区桩基施工特点,进行技术归纳总结.

作 者：高治双 赵常煜 卫建雷 Gao Zhishuang Zhao Changyu Wei Jianlei  作者单位：中铁十二局京沪高铁项目经理部,安徽蚌埠,233040 刊 名：铁道建筑技术 英文刊名：RAILWAY CONSTRUCTION TECHNOLOGY 年，卷(期)：2009 “”(2) 分类号：U213 关键词：岩溶发育   桩基   探测   成桩  

岩溶发育特征 篇3

摘要：中梁山位于观音峡背斜南部，地质条件复杂，岩溶发育。文章结合某隧道工程，根据水文地质调查、钻孔试验等，查明隧址区岩溶发育现状，分析岩溶发育的规律及其控制性因素。分别采用水均衡法和地下水动力学法对隧道可溶岩段涌水量进行预测预测结果表明正常涌水量为79816m3/d，最大涌水量为123101m3/d。

关键词：岩溶发育；隧道涌水量；水均衡法；地下水动力学法

1. 区域地质概况

1.1 地质背景

隧道横穿中梁山，区内地形受地质构造及地层岩性控制。中梁山位于川东褶皱带重庆弧形构造的观音峡背斜南延部[1]，该区的地质构造主要以隔档式构造为主，即由一系列平行的背斜和向斜相间组成。地层主要为一套海相与浅海相碳酸岩盐、碎屑岩和内陆相碎屑岩沉积，出露的地层除白垩系、第三系缺失外，自二叠系至第四系均有不同程度的发育。区内地形由窄条状山脉和丘陵谷地组成，沿NNE方向展布，背斜成山，向斜成谷，山高谷深，岭谷相间，地形受岩性控制，背斜轴部的石灰岩、白云岩形成岩溶槽谷，坚硬的须家河砂岩组成单面山，侏罗系红层组成丘陵，形成本区多样化的地貌景观。隧道横剖面见图1。

1.2 水文地质条件

隧道所在的中梁山脉横向上受地形切割，纵向上被长江、嘉陵江及其支流切割，受观音峡背斜的影响，在白市驿镇、狮子岩、重庆东站一带地下水向南北两端径流。根据含水介质岩性、地下水动力特征等的差异性，隧址区可划分为碳酸盐岩类含水层和碎屑岩类含水层及泥岩隔水层。

1.2.1 碳酸盐岩类含水层

主要由嘉陵江组（T1j）、雷口坡组（T2l）、飞仙关组（T1f）、长兴组（P2c）灰岩、白云质灰岩、白云岩夹角砾状灰岩等组成，分布于观音峡背斜轴部，属中等富水性弱透水性岩溶裂隙含水层。

1.2.2 碎屑岩类含水层

由须家河组（T3xj）中～厚层砂岩组成，呈条带状展布于陡崖及陡倾的斜坡地带。其含水性和裂隙发育成正比，随着深度的增加，裂隙发育减弱含水性减弱。主要分布在陡峻的斜坡地带，地表排泄良好，入渗较差，但出露面积广泛，岩层的张裂隙发育，也有助大气降雨的入渗，总体含水性中等。

1.2.3 隔水层

隧址区隔水层包括侏罗系紫红色泥岩、须家河组页泥岩及飞仙关组泥岩，详细概述如下：

（1）侏罗系各组地层：以紫红色泥岩为主，夹薄层砂岩，渗透性小，富水性贫乏，为相对隔水层。

（2）须家河组隔水层：为该组一、三段，以页岩、炭质页岩、泥岩为主夹薄层、粉砂岩，隔水性能良好。

（3）飞仙关组隔水层：为该组二、四段，以泥岩为主，夹泥质灰岩、钙质页岩，隔水性能良好。

2. 岩溶发育规律

2.1 岩溶发育现状

隧道穿越可溶岩有三叠系雷口坡组（T2l）、嘉陵江组（T1j）、飞仙关组（T1f）、二叠系长兴组（P2c）地层，岩溶发育形态有岩溶洼地、岩溶漏斗、落水洞、溶洞、溶蚀裂隙等。遂址区岩溶发育极不均匀，最大的有数十米高的溶洞，小至数毫米的溶隙和溶孔。岩溶槽谷地面深度200m以上岩溶较发育，以下岩溶有随深度增加而减弱的规律。岩溶发育受地

质构造控制，以顺层发育为主，并且集中在可溶岩与相对不溶岩接触带附近，岩溶水主要顺岩溶管道顺纵向流动，排泄于横向沟谷，局部顺穿层裂隙发育，岩溶水顺裂隙面排泄于纵向沟谷中。根据野外调查和钻孔揭露，在不同的可溶岩地层中，岩溶的发育程度不尽相同。

2.2 岩溶发育规律及控制性因素

2.2.1 岩溶发育规律

根据水文地质调查和钻孔资料，隧址区岩溶发育规律如下：

（1）分水岭距隧道线路约4.5km，从分水岭到西翼槽谷线路、东翼槽谷线路以南1.4Km区域内岩溶水顺裂隙面排泄于横向沟谷中；

（2）在顺裂隙面排泄的岩溶水集中处往往出现落水洞（或岩溶洼地），岩溶水一部分下渗，一部分排泄于横向沟谷中；

（3）穿层的岩溶水顺裂隙面排泄于横向沟谷的现象越发育，则其下渗或沿岩层走向作纵向流动的现象就越弱；

（4）落水洞主要集中分布于飞仙关三段、嘉陵江组地层。

2.2.2 岩溶发育控制性因素

隧道区内可见的岩溶形态有漏斗、落水洞、溶洞洼地、溶孔、溶隙等。区内岩溶发育主要受控于如下因素：

（1）可溶岩和隔水层的分布决定了岩溶发育的边界，在可溶岩与非可溶岩的界面上多发育溶蚀现象。

（2）岩溶发育受可溶岩纯度控制，嘉陵江组的中上部、飞仙关组地三段岩性较纯，洼地、落水洞、暗河、溶洞等分布最多。

（3）岩溶发育受构造控制，线路区东西各发育有高位岩溶槽谷，主要由嘉陵江组及飞仙关第三段组成，褶皱顶部主要发育纵张裂隙及陡倾的岩层面，有利于地下水及地表水的集中循环，利于岩溶发育。

（4）岩溶发育受地形地貌控制，地形的切割和沟谷的发育影响水循环的路径及岩溶的发育强度。调查显示，槽谷区的大气降雨经落水洞向坡脚的水平溶洞排泄；线路区的深部地下水做纵向运动向长江排泄，在东翼冲沟地带也有岩溶大泉越流补给，经须家河组砂岩排泄。

2.3 岩溶发育强度垂直分带

地下水运动是岩溶发育的重要条件，从地表向地下，地下水的运动逐渐减弱，岩溶发育强度也逐渐减弱[2]。根据岩溶发育强弱，将岩溶发育强度相似的划分为同一个岩溶发育带，将岩溶发育强度差异较大的部分划分为不同岩溶发育带。根据隧道所在区域岩溶水的水动力的特征，将区内岩溶分为4个带，见表1。

3. 隧道涌水量预测

3.1 隧道涌水量计算方法

隧道涌水量常用非均质紊流方法进行计算，并根据不同的边界条件进行选择，目前常用涌水量计算方法为比拟法、水均衡法和地下水动力学法[3]。

（1）比拟法

比拟法是通过类比相似水文地质条件的隧道工程，以既有隧道工程涌水量计算拟建隧道工程的涌水量，计算结果的准确性取决于两隧道工程的相似性，相似性越高则结果越准确。

（2）水均衡法

水均衡法是在查明隧道施工期各收入、支出部分之间的关系，根据水平衡原理计算施工阶段涌水量，水均衡法包括地下水径流模数法和降雨入渗法。

①地下水径流模数法：Q=M·F式中：Q——地下水迳流量（m3/d）：F——含水层出露面积（km2）；M——地下水迳流模数（L/s·km2）

②降雨入渗法：Q=2.73·λ·h·F式中：Q——地下水迳流量（m3/d）；h——多年平均降雨量，本区为1213.5mm；F——含水层出露面积，km2；λ——渗入系数。

（3）地下水动力学法

岩溶发育特征 篇4

我国碳酸盐岩分布广泛, 面积约为2×106km2, 其中裸露于地表的约为1.3×106km2。在贵州、四川、云南、广西、湖南和湖北诸省面积达5×105km2, 呈连续分布状态[1]。岩溶发育主要受断裂构造控制, 构造运动升降作用导致了溶洞发育具多层性, 地表水的径流范围等控制着岩溶的发育深度和规模。北盘江大桥位于六盘水市水城县都格乡都格村与云南省宣威市普立乡腊龙村交界的北盘江大峡谷, 为杭瑞高速公路贵州境毕节至都格段的重要工点。桥梁起点桩号为K218+903.406, 终点桩号为K220+244.806, 全长1 341.4 m, 桥宽27.9 m。查清桥址区岩溶发育特征和规律, 关乎桥梁的安全稳定, 对桥梁设计、施工具有重要意义。

2 工程地质特性[1]

2.1 气候

桥址区属亚热带至温暖带云贵高原湿润季风气候区, 降水量充沛。据水城气象站1988年~2005年气象资料, 桥址区年平均气温11℃~15℃, 年平均最低气温0℃~4℃, 垂直温差较大。年平均降水量为1 141.9 mm, 最大年降水量为1 353.1 mm (1997年) , 最小年降水量为945.8 mm (1988年) , 年内降水分布不平均, 6月~9月为雨季, 其降水量占全年降水量的77%;11月~次年3月为枯水季节, 其降水量仅占年降水量的10%。

2.2 地形地貌

桥址区位于贵州高原西部北盘江流域上游, 由于流水长期侵蚀, 地面岩溶较发育, 河谷两岸起伏陡峭。地貌属溶蚀中山地貌, 受构造、岩性、气候、水流等因素的综合控制。地貌类型多样, 发育典型, 山峦延绵起伏, 沟壑深覆险峻, 经过多期地质构造运动, 在内、外应力的作用下, 产生了复杂多样的构造侵蚀~溶蚀中山地貌, 形成陡峭的尖棱状山峰和沟谷。改变地貌形态的外营力主要为水流下切作用, 山区河曲发育, 比降大, 河流以深切、冲刷作用为主, 地表水侵蚀作用强烈, 河流沟谷发育多呈树枝状展布的“U”形和“V”形谷产出。河谷两岸基本呈陡壁状, 陡壁高度超过200 m。陡壁向两侧地形稍缓, 其中云南岸坡度一般在20°~30°之间, 局部达45°;贵州岸地形坡度一般约30°。桥址区峡谷两岸最大宽度约400 m, 桥轴线河面标高约958 m, 10号桥台处标高1 507 m, 最大高差约550 m。桥轴线附近河谷走向约145°。

2.3 地层岩性

区域岩层自泥盆系至侏罗系均有出露, 第四系厚度不大, 但分布较为广泛。桥址区基岩以二叠系下统栖霞及茅口组灰岩为主体, 岩性为灰色、深灰色厚层、厚层间中薄层致密状灰岩, 其中以敲击有沥青嗅味及含燧石条带及结核为特征, 地层产状一般为132°~135°∠24°~25°, 裂隙发育, 溶蚀现象普遍分布。桥址区第四系残坡积分布广泛, 山顶零星, 厚度薄, 山坡及凹谷内厚度增大。由于灰岩溶蚀后的古岩面起伏不平, 在古岩溶塌陷后形成不同厚度的古岩溶洞穴堆积。在4号索塔和10号桥台, 最大揭露厚度分别达到38.2 m和60 m。

桥址区揭露的地层主要为第四系松散层和二叠系下统栖霞组—茅口组灰岩。岩性自上而下主要为:含黏土碎石、碎石、块石、微风化燧石灰岩 (中厚层状) 、微风化灰岩 (厚层~巨厚层状) 、微风化灰岩 (中厚层状) 和微风化炭质灰岩 (中薄层状) 夹层。

2.4 地质构造

场区处于扬子准地台—黔北台隆—六盘水断陷—普安旋扭构造变形区西北部—布坑底背斜的南翼。桥址区位于布坑底背斜南翼, 为一单斜构造, 发育一条小规模断裂 (f1) , 该断层位于都格村上寨组东侧陡崖之西, 为一被松散层覆盖的隐伏断层, 走向310°~320°, 倾向东北, 倾角约50°~80°, 长度小于800 m。其北东侧陡崖与断层附近地面标高差约40 m, 因长期风化剥蚀崩落的结果, 崖面很少留有构造踪迹。断层所处的斜坡微地貌变化不明显, 断层上覆3 m以上的松散坡积物没有发现任何构造运动踪迹, 该断层在第四纪以来未活动。断层两侧厚层灰岩节理裂隙发育, 部分密集成带, 走向315°左右, 条带状溶沟、溶槽随处可见。

桥址区节理裂隙一般以拉张节理为主, 由于溶蚀作用, 浅部地表以溶沟、溶槽出现, 往下逐渐变窄至闭合。通过对溶沟、溶槽节理随机测量数据分析可知, 310°~320°走向者占比为50%, 10°~30°走向者占比为15%。310°~320°方位的节理 (裂隙) 在桥址区为主要节理组, 是溶洞、溶沟、溶槽等岩溶发育的优势面。

2.5 新构造运动

场区地貌单元为强烈隆升的云贵高原向湖南丘陵过渡的斜坡地带。新构造运动表现以间歇性抬升为主, 强烈期为新第三纪至第四纪初, 晚更新世以来, 新构造运动趋于和缓、稳定, 具体表现为:河谷以V形下切, 侵蚀作用强烈, 河谷阶地或夷平面断续分布;山顶多锥形, 山坡较陡, 河谷沉积层不发育;松散堆积物较薄, 基岩风化层较薄;山坡冲沟枝状分布, 多有基岩出露;平顶甚至尖顶山坡面均有薄土层覆盖, 反映出近期上升较缓。

2.6 水文地质条件

场区地表水属珠江水系, 地处北盘江的支流。北盘江自西北向东南流向, 断面陡狭, 流速快, 雨季洪水位暴涨, 枯水位河床裸露。桥址区地下水主要为岩溶裂隙水。含水层为碳酸盐岩层 (二叠系栖霞、茅口组) , 以降雨和侧向径流补给为主, 在溶蚀裂隙中运移, 以泉的形式排泄于北盘江中。由于地形陡峻, 高差大, 地表浅部未见地下水位, 江边发现下降泉水, 流量较大, 标高1 200 m以浅分布潜水包气带。

3 岩溶发育特征

3.1 地表岩溶发育特征

桥址区岩溶较发育, 从地表观察, 岩溶形态以溶沟、溶槽居多, 少量为溶孔、溶隙, 个别见有溶洞。溶沟、溶槽一般深0.5 m~1.5 m, 宽0.2 m~1.0 m, 长3 m~5 m, 岩溶个体分布走向为310°~320°, 与区内主要节理组走向一致。贵州和云南两岸均有315°方向展布的溶蚀裂隙带, 两侧悬崖岸卸荷裂隙带裸露地表, 走向为315°, 与北盘江走势近平行。

地表岩溶多为半充填型, 向深部多被黏土混碎石充填, 部分溶沟内可见半胶结的砾岩被后期冲蚀再充填现象, 未见软化的黏土或淤质物。在贵州岸1号辅助墩处悬崖壁见有较多溶蚀裂隙, 壁面有0.1 mm~0.5 mm厚的淀积钙膜, 局部可见石钟乳, 多集中分布。

3.2 地下岩溶发育特征

在桥址区进行了钻探和物探工作, 沿桥轴线共布置43个钻孔, 其中贵州岸16个钻孔, 3个孔见溶洞, 云南岸27个钻孔, 11个见溶洞;同时在大多数钻孔中溶蚀裂隙、溶蚀破碎带也较为发育。云南岸溶洞较贵州岸发育, 按碳酸盐岩岩溶发育程度分级:贵州岸岩溶发育程度弱, 云南岸岩溶发育程度中等。钻孔揭露的溶洞主要发育于厚层灰岩中, 数量较多, 规模较小, 大部分溶洞的直径为2 m~3 m, 且大多数被黏性土或角砾充填, 发育深度多位于15 m~25 m。

沿桥轴线左右100 m内、地表100 m以浅布置多条测线、采用高密度电法、大地电磁法、浅层地震法、电磁波CT扫描法等物探方法探查岩溶发育情况。在贵州岸共发现2个溶洞, 9个溶蚀裂隙带;在云南岸共发现2个溶洞和3个溶蚀破碎带。溶洞数量较多, 规模较大, 溶洞直径为10 m~20 m, 大多数被黏性土或角砾充填, 发育深度多位于20 m~30 m。

4 岩溶发育规律

4.1 节理裂隙与岩溶发育密切相关

桥址区节理裂隙在后期张性、张扭性应力作用下, 裂隙开张, 加速溶蚀, 形成溶蚀裂隙带。315°~320°方向节理裂隙普遍分布, 与地层产状几乎正交, 其节理裂隙面为岩溶发育的优势面。

4.2 地层岩性是岩溶发育的基础条件

厚层状质纯灰岩是最易溶蚀的, 桥址区两岸灰岩具备了这一溶蚀条件。

4.3 山川水势分布格局是岩溶发育的外在条件

周边地势隆起, 中部的河溪汇流, 顺坡向的地层产状, 为岩溶发育奠定了有利条件。

4.4 地表及地下岩溶发育规律

桥址区地表岩溶以溶沟、溶槽居多, 个别见有溶洞, 多为半充填型, 向深部多被黏土混碎石充填, 部分溶沟内可见半胶结的砾岩被后期冲蚀再充填现象, 未见软化的黏土或淤质物。桥址区近垂直裂隙发育, 且地下水位低, 地表水多沿垂向裂隙下渗、溶蚀, 地下岩溶多垂向发育。综合分析钻探和物探资料, 岩溶多沿垂向裂隙面发育, 水平向岩溶发育现象较少, 仅层面有溶蚀现象。

4.5 岩溶发育趋势预测

桥址区岩溶发展阶段多, 经历了沉积—不均匀抬升—河谷切割—重力卸荷等阶段。但全新世以来, 地壳趋于稳定, 山川水势变化极为缓慢。由于地下水位低, 地表100 m内现有的岩溶仅靠地表水的入渗溶蚀, 发育趋势缓慢, 可以认为基本处于稳定状态。

摘要：以北盘江大桥桥址区地质调查、地质钻探和工程物探资料为基础, 分析了桥址区岩溶发育特征及规律, 并探讨了岩溶发育优势面, 结果表明桥址区岩溶多沿垂向裂隙面发育, 水平向岩溶发育现象较少, 仅层面有溶蚀现象, 桥址区主要节理裂隙走向为310°320°, 其裂隙面为岩溶发育的优势面。

关键词：岩溶,断裂构造,优势面,特征,规律

参考文献

[1]杭瑞高速贵州省毕节至都格 (黔滇界) 公路BD-T17合同段北盘江大桥施工图设计工程地质勘察报告[R].淮安:江苏省水文地质海洋地质勘查院, 2011.

[2]李智毅, 杨裕云.工程地质学概论[M].北京:中国地质大学出版社, 1999.

岩溶发育区综合物探方法的应用 篇5

随着经济的发展,重大工程建设项目也在逐渐增多,对于工程前期基础性地质勘察要求也越来越高,用传统钻探勘察方法已不能满足这类工程的设计要求,而综合工程物探技术可以利用连续加密测点的方法获得连续地质界面资料,因此,能有效地解决传统钻探手段以点带面划分复杂地质界面方法常带来的漏判、划分不准确等缺点,并且能有效地解决传统勘探手段难于解决的诸多岩土工程问题,如地下不明物体、洞穴、滑动面、软弱结构面、断层、破碎带等在地下的分布特征、形态、埋藏深度、位置等。相对传统的钻探方法,综合物探技术的应用受场地、地形条件的限制较少,具有节省时间、费用、勘探精度高等特点。

1 场地地形、地质工程概况及地球物理特征

1.1 地形、地质工程概况

拟建的广西柳州“国信·凤起新都”商住小区总用地面积为27.84公顷。小区建筑群包括34栋多层至高层的商住楼、3个地下车库、3个网球场及1个会所。

拟建小区场地地处柳东孤峰—峰林河曲岩溶平原与柳南峰林谷地平原结合部位的岩溶洼地内,其东、南、西三面环山,峰顶高程在156.32~276.80m之间,其北为柳东岩溶平原。场地四周高,中间低,中间地段标高为76.25~81.47m,其中自西向东发育二条半封闭洼地,汇合于东侧漏斗落水洞区内。落水洞的底部标高在67.23~69.50m,场地四周标高为84.23~86.67m。

场区位于三门江向斜的西南翼,基岩呈向北东倾的单斜构造,东距桂林—来宾区域性大断裂约5.00km,距北北东向的三门江断层约1.50km,北西侧距北东东走向的拉堡断层约2.00km,北东侧距北西向的柳东断层约1.00km,上述断裂均为非活动性断裂。

柳州市喀斯特岩溶发育与地层岩性、地质构造、裂隙发育状况等条件有密切关系。场区内地层主要为第四系全新统冲洪积层、人工填筑土、由碳酸盐岩溶蚀作用形成的第四系残积红黏土及下伏石炭系中统黄龙组(C2h)的强—微风化白云岩。白云岩岩溶发育特点多为密集的小型洞穴、溶沟、溶隙,因受地质构造和结构的控制,场区的喀斯特岩溶地貌类型齐全,使岩溶具有向深性发育和层叠发育的特征。

该项目工程地质勘察为初步勘察阶段,由于场区处在喀斯特岩溶发育区,工程地质条件较为复杂,无论是钻探井探等其他手段,不经济,而且往往在工期上也难予接受。因此,针对该项目工程的特点,勘察方案拟在综合工程物探基础上采用工程地质钻探、原位测试、室内试验等勘察测试方法,其目的是:首先初步查明该场地范围内地质构造、地层结构、岩土工程特性;查明场地岩溶发育的成因、分布、规模、发展趋势,并对场地的稳定性和适宜性做出评价;再根据地层的实际情况采用传统可靠手段进行针对性验证和详细研究,使建筑物尽可能避开岩溶塌陷易发区,并对建筑物规划总平图提出调整建议。

1.2 工程地球物理特征

场区内的白云岩纵波波速高,黏土纵波波速较低,岩层和土层存在一定的波阻抗差异,当地层有岩溶(溶洞、溶隙、裂隙等)或土洞、软弱土层等特殊的不良地质体发育时,发育带的地层较破碎或松软,其波速较低。

另外,白云岩的电阻率高,黏土的电阻率较低,当地层有岩溶(溶洞、溶隙、裂隙等)或土洞时及软弱土层等特殊的地质及不良地质体发育时,其通常表现为低的视电阻率值特征,在视电阻率拟断面图上表示为明显的等值线密集区或相对低阻带。

由此可见,覆盖层与下伏基岩、基岩与破碎带及岩溶等不良地质体之间存在较明显的电性差异及地震波速度差异,具备开展电阻率测深及浅层地震勘探等方法的条件。

2 物探工作方法与技术

根据工作目的与现场的工程地球物理条件,本次综合物探采用了浅层地震勘察和高密度电阻率法两类三种方法进行,分别为多波列地震映像法(反射波法)、瑞利波(面波)法和高密度电阻率法等手段进行探测,以查明场区第四系覆盖层厚度,确定出溶洞、裂隙的分布及发育情况。

(1)多波列地震映像法(反射波法):使用SWS-1G型多功能地震勘察与检测系统。根据现场采集得到的连续时间剖面进行综合分析,大致了解测区内地震波同相轴与地层的对应关系以及地层埋深的变化情况,对采集的数据进行处理和分析,再将处理后的各层反射波同相轴经过数据处理成时间速度剖面图。它的主要目的是了解测区范围内的地层分层情况,以利于提高电测深资料的分析与解释。

通过试验,选定最佳工作参数,即采用38P大锤敲击垫板作激发震源,2道38Hz垂直检波器接收进行采集,采样间隔0.25ms,记录2048样点,其点距为0.50m或1.00m,偏移距为10.0m。

(2)瑞利波(面波)法:使用SWS-1G型多功能地震勘察与检测系统。该法是利用瑞利波在介质中传播时的频散特性、传播速度与介质的物理力学性质密切相关的特性,探测不同深度瑞利波波速的变化情况,从而达到对地层进行划分,并根据频散曲线的形态,判断场区的岩溶、裂隙及其它不良地质体的存在。

通过试验,选定最佳工作参数,即采用38P大锤敲击垫板作激发震源,12道4Hz垂直检波器接收进行采集,其道间隔1.00m,偏移距分别为5.0m、10.0m和15.0m,当偏移距较大时,一次激发能量不足,采取多次激发叠加以提高信噪比。

(3)高密度电阻率法:使用高密度电法仪(由WDJD-2多功能数字直流激电仪和WDZJ-1多路电极转换器组成)是利用集电剖面法和电测深的观测方法为一体的一种地学层析成像(Geotomog—raphy,简称GT)技术,是以实行密集采样来提高采样率和“多次覆盖”的方法提高信噪比。主要目的是探明勘察区域的覆盖层厚度,岩溶洞穴发育情况及其它不良地质体等。

根据探测目标体的深度要求,本次工作采用对称四极装置进行,即40~60道电极展开排列,电极间距为3~4m,当剖面较长时,采用剖面叠加方式进行工作,叠加电极数为30道。

3 资料处理与成果分析

3.1 物探结果分析

此次勘察,在场区27.84公顷的建设区完成了多波列地震映像(反射波法)剖面7条;高密度电法剖面7条和地震面波勘探点20个。经过野外探测数据收集,及室内数据传输和数据反演,最后绘制出各测线物探推断剖面图、面波波速断面图及视电阻率拟断面等值线图、基岩面等高线图和等高线立体图。综合工程物探成果,工作区推断出14处溶洞、3处土洞或软弱夹层、13处岩溶裂隙。

限于篇幅,仅以工程中2线物探推断成果剖面图举例进行解释:

通过多波列地震映像法,2线(如图1所示)共推断2处溶洞、2处土洞或软弱夹层,3处岩溶裂隙。溶洞分位于51.00~54.00m、101.00~104.50m处,土洞或软弱夹层分别位于10.50~12.0m、101.00~104.50m处,岩溶裂隙分别位于8.00~9.50m、11.50~13.00m、68.00~73.00m处。

从2线的视电阻率断面图上看,断面在70.00~73.00m处,其左侧出现等值线相对密集特征,右侧出现相对低阻闭合圈,结合多波列地震映像资料,推断该处有岩溶裂隙发育;在101.00~104.50m处,其右侧出现相对低阻闭合圈,结合多波列地震映像资料,推断该处为土洞(或软弱夹层)和溶洞共同引起的异常。

经ZK5、ZK6、ZK7钻探验证结果表明:在孔深5.50~8.50m为土洞,8.50~10.10m为基岩面岩石溶蚀裂隙发育,风化较严重,11.10~16.90m、12.50~16.50m为岩溶裂隙,9.65~12.10m、15.30~19.90m为溶洞;验证成果与综合物探推断结果一致。

从面波波速断面图上看(见图2所示),由浅向深其波速逐渐升高,其中黏土波速低,基岩波速由全—强风化向微风化递增。结合物探验证钻孔资料以及多波列地震映像法资料,对岩土界面行行了划分,整体上分层较明显。

采用上述综合物探方法以后,通过对资料进行解释,基本查清了场区第四系覆盖层厚度,确定岩溶、裂隙分布及发育规律。

3.2 岩溶发育特征及规律

场地岩溶地貌为大型岩溶洼地,根据综合物探推断结果,场区东部及东南部岩溶裂隙发育,呈串珠状排列,具有北西向成列、北东向成行的规律,与地表发育的岩溶塌陷、漏斗展布基本一致。此外,上述岩溶塌陷、漏斗均与地下暗河(管道)连通,地下水汇于场区东南角从地下向东向柳江河排泄。

根据钻探结果可知,场地内钻孔遇洞率为31%,最大线岩溶率达11%;故场地内岩溶以溶洞、溶沟、溶槽为主,发育极不均匀。岩溶类型为隐蔽型岩溶,溶洞(溶隙)大小不一,垂向长度在0.50~5.30 m之间,溶洞为全充填、半充填或无充填,充填物为可塑—软塑状黏土,局部夹杂有白云岩砾块、细砂,洞体稳定性较好,与地下水具有一定的连通性。

4 勘查成果的应用

根据综合工程物探获得的异常特征(如低阻体的强度、分布范围等)及钻探验证的结果,在岩溶发育区中划分了岩溶强发育区1处,中等发育区2处。最后结合地层、构造、第四系厚度、地形地貌、水文地质及工程地质等因素和条件对规划建设区的场地进行稳定性分区(如图3所示),整个场区划分为安全稳定性差区、安全稳定性较差区、安全稳定性较好区三类,为小区场地工程建设适宜性分区提供了科学依据。

同时,根据场地的三个分区及其特点,建议对原初步设计的建筑物的平面布局作适当的调整,避开场地内岩溶漏斗、落水洞等岩溶强发育地段,结合总平布置图设置人工湖,以消减水压、气压,湖底部利用现仍能消水的长期观测孔旁的落水洞,设置消减天窗,使有效资源得到充分利用。

5 结语

浅层地震勘探及高密度电阻率法等综合物探方法,由于具有高密度采集地层数据信息、实现速度快以及经济等优点,确为喀斯特岩溶勘查中行之有效的手段。

通过广西柳州“国信凤起新都”商住小区工程勘察实践表明,对喀斯特岩溶发育区这类特殊场地的重大工程建设项目,在碳酸盐岩地层中岩溶大多被第四系所覆盖,若采用“多手段、多层次”的综合立体式的勘察手段,即在工程勘察中配合使用综合工程物探,不仅可以动态地对勘察设计方案进行调整和优化,对下一阶段进行工程地质钻探、原位测试等具有较强的指导意义,避免了工作的盲目性,减少不必要的钻探工作量,更从三度空间上弥补了单一钻探方法的不足,妥善解决喀斯特岩溶场地对建筑工程带来的特殊问题。

参考文献

[1]王振东,浅层地质勘探应用技术,地质出版社1994年.

[2]刘云祯,工程物探综述,中国建筑学会工程勘察分会第六届学术交流会论文选集,地质出版社2000年.

[3]中华人民共和国国家标准,岩土工程勘察规范(GB50021-20001),中国建筑工业出版社2002年

大唐林州热电厂厂址岩溶发育分析 篇6

岩溶又称喀斯特,是指水对可溶性岩石进行以化学溶蚀作用为特征(包括水的机械侵蚀和崩塌作用以及物质的携出、转移和再沉积)的综合地质作用,以及由此所产生的现象的统称。本文主要是对大唐林州热电厂工程分析岩溶发育条件、特征,进行工程地质条件分析。

1 工程概况

拟建工程属于新建项目,本工程位于林州市东北,北部紧邻金鑫路,南部紧临乡间小路,西侧紧邻金水路。一期新建两台300MW供热机组。整个场地平面形状近似“长方形”,本期面积约为700m×500m。

2 厂区自然地理条件及区域地质构造

林州市在大地构造单元上属于华北断块的中南部,即太行断块的北部边缘。中生代构造变动使太行山南部的中生代地层形成宽缓的背斜隆起,并伴随着大量的断裂发育和岩浆活动。新生代上新世和早、中更新世时期,太行山继承了中生代的构造运动,发生了大规模的裂陷伸展运动,断裂的差异运动进一步增强,形成了林州断陷盆地。全新世时期,该盆地同整个太行山山体一起抬升,断陷活动萎缩。控制着断陷盆地的西部断裂近南北向展布,同时有北西西向或近东西向断裂与之交错,它们都沿袭中生代断裂进行继承性活动。

根据《河南省地质构造图》、《大唐林州2×300MW热电联产项目工程场地地震安全性评价报告》(豫震安第07113号),对厂址方案具有重要影响的断裂带均为隐伏断裂,主要活动断裂有四组:近东西向的安南断裂、近南北向的林州断裂、郎垒断裂及采桑断裂,另外,根据安评报告,厂区附近还有一条东贤城断裂。

3 厂区岩土工程条件

地基土上部为第四系冲洪积的粘性土,下部为灰岩,岩石产状为:134-140°∠20-25°,厂区中部见燕山中期花岗岩侵入体。侵入体与灰岩交接地段上部为灰岩,中部为破碎带,局部灰岩出现变质,下部为花岗岩侵入体。

4 岩溶发育条件

(1)具有可溶性岩石;

(2)具有溶解能力(含CO2)和足够流量的水。

(3)具有地表水下渗、地下水流动的途径。

5 大唐林州热电厂工程岩溶发育分析

根据《岩石薄片鉴定报告》,岩石鉴定结果为:细晶方解石含量50%-80%,粒屑质微晶—粉晶灰岩,为可溶性岩。

根据可研勘测报告,地下水稳定水位埋深为1.10~6.30m,其相应标高为283.1~294.7m,埋深较浅,且地下水丰富。

根据《河南省地质构造图》、《大唐林州2×300MW热电联产项目工程场地地震安全性评价报告》厂岩侵入体,在侵入体附近花岗岩和灰岩交界处岩层破碎(图1),且上部灰岩出现部分变质。说明灰岩在下部花岗岩高温高压侵入下,岩性较破碎,存在地下水流通途径。

通过以上分析可知,厂区已完全具备岩溶发育条件,应引起勘察人员足够重视,随后的勘察中进一步验证了厂区岩溶较发育,且存在多层溶洞的结论。

6 岩溶发育特征分析及工程地质分析

现场局部开挖反映,灰岩的溶沟、溶槽、石芽丛生(图72),基岩面凹凸不平。观察岩溶形态,上部岩层发育大小形态各异的溶沟、溶槽,在钻孔内遇到的小型溶洞大部分被粘性土充填,局部夹少量碎石。

通过工程地质调查和钻探,证实了场地存在有可溶性岩石的溶蚀现象,勘探揭示岩溶洞穴的发育情况(见表1),钻探揭露可溶性岩石的溶蚀洞隙情况统计成果见表1。

从统计结果根据《岩溶地区工程地质调查规程DZ/T0060—1993》情况来看,厂区岩溶发育程度为中等发育。

7 岩溶发育规律分析

勘探揭示场地岩溶洞穴的发育情况多数呈单体状,垂直发育深度较大。单个洞穴高度大于0.5m的钻孔有26个,在平面上这些钻孔正好围一个圈。

分析认为,这个圈正好是花岗岩出露的边界部分。其特征是花岗岩侵入到灰岩中,由于高温高压造成上部灰岩破碎变质,给地下水形成了流动通道。洞穴主要沿花岗岩及灰岩接触部位发育,该处洞穴特点为洞高较大且分布连续,最大的洞穴高达5.3m。

在空间上,大于0.5m的岩溶洞穴在不同深度段出现的频数见表2

从表2可看出,岩溶洞穴主要发育区间为295m~280m高程,在其它标高部位较少出现。岩溶发育垂直分带,由地表向地下,岩溶的发育程度由强变弱。

分析认为,地下水在接受大气降水的补给之后,储存和运移于岩层的裂隙之中,直到最后排出地表的过程,同时也是地下水对岩石产生溶蚀的过程。一般说来,在地下水的当地排泄基准面之上,地下水的交替迅速,岩溶发育强烈;在地下水的当地排泄基准面之下,尤其是最低排泄基准面之下,地下水的交替速度缓慢,岩溶发育微弱甚至不发育。钻探揭示的岩溶洞穴主要发育在280m~295m高程,正好和本文前面提到的地下水位标高为283.1~294.7m相吻合,进一步论证了地下水的流动性对岩溶发育起决定性作用。

8 工程地质分析

从以上对岩溶发育的条件、发育规律以及厂区岩溶分布特点的分析研究,对建厂区岩溶工程地质条件得出以下结论:

(1)厂区岩溶发育以地表溶沟、石芽为主,地下无大型的岩溶洞穴及地下暗河存在。岩溶对场地整体稳定性影响不大。

(2)岩溶洞隙发育随深度而减少。由于基础底板高程293m,即在建筑物的持力层范围内岩溶洞隙最为发育,构成了地基岩土的不均匀性,若采用天然地基,须进行地基处理。

由于溶洞沿层面较发育,规模小,溶洞多层分布,且大部分溶洞集中在高程290~280m(即持力层范围内),目前场平标高为298m,所以建议设计中采用桩基础。

摘要：本文结合大唐林州热电厂工程分析岩溶发育条件、特征,并进行工程地质条件分析。

岩溶发育特征 篇7

周文生等[1]在充分收集矿区勘探资料、生产矿井资料的基础上,研究江西武山铜矿岩溶发育规律及影响因素;骆荣、郑小战、张凡等[2]据现场综合岩溶地质调查结果,研究了广花盆地西北部赤坭镇岩溶发育规律;王艳美、陈植华和王宁涛[3]利用地理信息系统(GIS)技术,研究了福建马坑铁矿岩溶发育规律;金新峰[4]依托新建铁路宜万线岩溶水文地质调查项目,研究宜万铁路沿线岩溶发育与分布规律;唐杰、韩爱果、陈强[5]根据野外地质调查及地质勘探资料,论述坝址区岩溶发育形态与规模;罗小杰[6]通过研究武汉地区碳酸盐岩条带的分布规律,着重研究了碳酸盐岩线岩溶率随基岩面以下埋深的变化规律;Zargham Mohammad、Ezzatollah Raeisi、Mohammad Zare[7]通过染料示踪试验方法研究岩溶发育规律。

综上所述,国内外学者对岩溶发育特征所进行的分析,基本以宏观总结性的研究为主,针对性不强,因此,从微观上研究岩溶发育的分布和影响因素,对隧道开挖及岩溶地面塌陷地质灾害防治均有重要意义。

1 隧道岩溶区水文地质概况

1.1 地层

乌池坝隧道区内地层由志留系-第四系(其中缺失志留系上统和泥盆系下统)碎屑岩及碳酸盐类岩组成,本区出露面积最大为三叠系碳酸盐岩组。其出口端硐身围岩大部分为大冶组,厚度约400m,以灰色薄-厚层微晶灰岩为主,局部夹泥灰岩,下部薄层灰岩夹黄绿色泥页岩,底部为深灰色中-厚层微晶灰岩夹砂屑灰岩。

1.2 地质构造

乌池坝隧道地质构造详见表1。

1.3 水文条件

乌池坝隧道区内地下水主要分类详见表2。

2 岩溶发育规律

岩溶发育与地层岩性、构造方向、地质地貌等相关。钻孔见溶洞、溶蚀裂隙、溶孔和溶蚀破碎带,溶洞主要集中在-80.000m标高以上。

2.1 岩溶发育与岩性的关系

2.1.1 岩溶发育与地层岩性

通过大范围的调查并进行统计可知,岩溶的发育程度与岩性密切相关。质纯的灰岩比泥灰岩岩溶发育;厚层、巨厚层灰岩比薄层灰岩岩溶发育。

2.1.2 碳酸岩和非可溶岩接触带与岩溶发育

可溶岩与非可溶岩接触带附近的岩溶发育突出,因其线状构造的特性,使地下暗河沿接触带普遍发育,如泥盆系中上统,此处为一处暗河,为相对隔水层,岩体完整性好,其洞口处在泥盆系砂岩与三叠系灰岩接触带处,灰岩溶蚀,岩溶发育特别明显。

2.2 岩溶发育与构造的关系

2.2.1 岩溶发育与褶皱

岩溶在褶皱核部较翼部发育更强烈。统计资料表明,岩溶在褶皱轴部及其附近见洞率高,溶洞规模大,岩溶基本斜向发育,且核部发育较集中、强烈。

2.2.2 岩溶发育与节理裂隙

乌池坝隧道区可分为北东向和东西向2组节理。其中北东向节理多分布于背斜核部,尤其是背斜倾伏端,一般具有张性。东西向节理一般表现为剪性节理。张性节理存在一定宽度,因节理面粗糙而利于岩溶发育。

2.3 岩溶发育与地形地貌

2.3.1 岩溶发育与地形

岩溶发育与地形坡度大小存在联系。地形平缓地区易发育溶蚀洼地、落水洞、岩溶漏斗、溶洞、地下河等大型岩溶。而区内发现的溶蚀洼地基本发育于平缓地形地区,地形陡峻地区基本不发育大型岩溶,仅地表可见溶蚀裂隙、溶槽、溶沟、石芽等小型岩溶。

2.3.2 岩溶发育与深度

深度在很大程度上也控制着本区岩溶垂向上的发育规律。由图1可知,靠近地表时岩溶率越高。所有钻孔线岩溶率随深度增加,钻孔线岩溶率由6%降至0.4%,一般在-80.000m标高以下未见或少见溶洞发育。

3 岩溶发育影响因素研究

3.1 物质条件

岩溶发育是可溶性岩石的物质条件,其决定岩溶是否发育。隧道区自志留系沉积的碳酸盐岩是岩溶发育的物质基础。地层单位的岩性与化学成分变化较大,相对溶解度各不相同,岩溶发育程度也存在差异。岩层中的氧化钙含量越高岩溶越发育。由于二氧化碳和水及可溶性岩层发生化学作用,生成易溶于水的碳酸氢钙;碳酸氢钙在足够力量的水的流动作用下,被带出岩层,日积月累,可溶性岩层就会产生各种裂隙溶孔等,这种化学-物理作用在岁月的剥蚀下,慢慢蠕变成现在能看到的大型岩溶地质构造,如溶洞、裂隙、管道和暗河等,有的还夹杂着不同的填充物。下渗是指水通过地面渗入到土壤的过程,水在重力、毛细管引力和分子力的共同作用下,在土壤中所进行的物理过程,是形成径流的重要环节。其对地面径流量的形成及其大小有直接决定作用,对潜水和土壤水的增长也有影响,进而影响地下径流、表层流的形成及其大小。

乌池坝速隧道石炭系岩层中含有大量的碳酸钙,在弱酸性地下水和地表水的作用下,岩溶发育活跃。

3.2 岩溶发育的构造条件

地质构造与岩溶发育强度及发育方向相关。区域内地层的空间展布、产状,断裂构造发育程度、方向和充填程度在一定程度上控制或影响着地下水的运动规律,从而影响岩溶发育的强度、方向、规模大小及岩溶形态。

隧道区内断裂构造主要有东北向层间断裂和西北斜向平移断裂2组。区内形成了次级褶皱、断裂,加剧了岩溶发育,改变了古岩溶的正常分布,使区内岩溶向空间发展和扩大。沿断裂带及两侧岩层,岩体严重破碎,形成了良好的水流通道且主要岩溶发育带方向与断层走向基本一致。

3.3 水化学特征

隧道近硫化矿体的硫酸盐型水硫化矿中硫含量较高,与水作用后可产生硫酸,对可溶围岩存在强烈的溶蚀作用。另外大气降雨补给将促使碳酸盐岩分解出侵蚀性,催化区内岩溶发育

因岩溶谷地较封闭,地下水径流及排泄条件相对较差,其可溶性介质含量相对较高,导致岩溶更易发育。

如YK256+580—YK258+000段岩溶谷地中,钻孔见洞率达37.5%～66.67%,平均55.56%;单孔最大岩溶率达到66.90%,平均达到44.65%;单孔揭露最大溶洞(8.80m)、最多溶洞层数(19层)及最多土洞(3个)均位于这3个岩溶谷地之中。小马滩处所有钻孔揭露到的200个溶洞或溶蚀裂隙中,这3个岩溶谷地钻孔揭露的溶洞或溶蚀裂隙达到108个,占全镇所揭露溶洞或溶蚀裂隙总数的54%。

3.4 地下水的循环交替作用

地下水的循环交替是岩溶发育的条件之一。区内地下水受西南山岭的侧向补给,在区域构造的控制影响下沿岩层产状作循环运动,通过对钻孔和隧道开挖的资料分析,因深部地下水循环运动较慢,不利于岩溶发育。箐口处的中心地段与小马滩处同因地下水向深部循环运动较慢,不利于岩溶发育;而箐口处东西两侧的地下水与区域地下水连通性较好,岩溶发育较强。

3.5 岩溶与气候的关系

在大气降水较为丰富、气候比较潮湿的地区,地下水常能得到充分的补给,水源十分充沛,岩溶容易发育。反之,在大气降水少、气候较为干燥的地区岩溶发育较困难。但并非绝对,有些地方地势较低,地下水比较丰富,但是降水相对较少,也容易出现岩溶发育。

4 结束语

通过对收集的资料和现场调查进行分析研究,总结得出易发岩溶地段为:(1)岩性单一,岩层较厚处;(2)可溶岩与非可溶岩的接触带;(3)陡倾角可溶岩地段;(4)地层中发育的断层破碎带、节理密集带等岩体破碎地段;(5)地层中发育有大型背斜、向斜的核部等岩体较碎的地段;(6)地面塌陷、地表水消失的地下相应地段;(7)地下水活动强烈的地段。当以上因素叠加时会更加利于岩溶发育。

参考文献

[1]周文生,汪玉松,陈国栋,等.江西省武山铜矿岩溶发育规律及影响因素研究[J].中国地质灾害与防治学报,2008,19(2):124-127.

[2]骆荣,郑小战,张凡,等.广花盆地西北部赤坭镇岩溶发育规律『J].热带地理,2011,31(2):565-569.

[3]涂婧,杨涛,刘长宪,等.基于GIS武汉岩溶塌陷区岩溶发育规律研究[J].资源与环境,2014,28(1):49-53.

[4]金新峰.宜万铁路沿线岩溶发育规律及其对隧道工程的影响[D].北京:中国地质科学院,2007.

[5J唐杰,韩爱果,陈强.某电站坝址区岩溶发育特征及岩体的透水性研究[J].地质灾害与环境保护,2014,25(1):71-75.

[6]罗小杰.武汉地区浅层岩溶垂向发育特征及其工程意义[J].工程地质学报,2014,22(1):137-143.

[7]Zargham Mohammad,Ezzatollah Raeis,Mohammad Zare.A dyetracing test as an aid to studying karst development at an artesian limestone sub—aquifer:Zagros Zone,Iran[J].Environmental Geology,2007,52(3):587-594.

岩溶发育区钻孔灌注桩施工技术 篇8

广清高速公路主线跨线桥起止里程K0-285～K1+805.91,全长2.090 91 km。全桥共有钻孔灌注桩300根,桩径1.2 m～2 m,桩长25 m～50 m。该桥地处珠江三角洲平原北部,属广州河段珠江水系,基底为岩溶发育区,地下水主要靠大气降水补给,局部地段地下水具有中等酸性腐蚀。地层从上到下依次为人工填土、耕植土、淤泥质土、淤泥、淤泥质砂、砂层、亚粘土、亚砂土、下伏三迭系含煤碎屑岩及石炭系灰岩、炭质灰岩、砂岩、砂砾岩、粉砂岩炭质页岩,灰岩岩溶现象发育。

2 施工方案

钻孔灌注桩拟采用冲击钻成孔、汽车吊安装钢筋笼、导管法灌注水下混凝土。根据地质钻探资料提供的溶洞分布情况,按照先短后长、先易后难的原则确定各桩施工顺序。相邻孔不同时施工。

3 主要施工工艺

3.1 准备工作

主要完成场地平整、桩位测量、埋设护筒、备造浆粘土、配制钻孔泥浆等工作。

3.2 冲击钻成孔

1)组立钻机、安装起吊系统、拔移就位,将钻锥徐徐放入护筒内。就位后,底座和顶端应平稳,不得产生位移和沉陷,起吊滑轮线、钻锥和桩孔中心三者应在同一铅垂线上,其偏差不得大于2 cm。2)开始钻进,进尺需适当控制,使初成孔竖直、圆顺,防止孔位偏心,孔口坍塌。3)应经常注意地层变化,在地层变化处均应捞取渣样,由地质工程师判断地质类别,记入记录表中,并与设计院提供的地质剖面图相对照。钻渣样应编号保存,以便分析备查。4)钻孔作业必须连续进行,不得中断。5)经常检查泥浆的各项指标。6)每个孔位绘制钻孔处地质剖面图,挂在钻台上,针对不同地质选用不同的钻头、钻速及适当的泥浆比重。7)当钻孔深度达到设计要求时,应对孔深、孔径、孔位和孔形进行检查,确认满足设计要求后立即填写终孔检查证,并经驻地监理工程师认可,方可进行孔底清理和灌注水下混凝土的准备工作。

3.3 清孔

1)钻孔达到要求深度后,采用换浆法进行清孔,安设导管后再进行二次清孔。2)清孔时注意事项:在清孔排渣前,必须注意保持孔内水头,防止塌孔;清孔后,从孔口、孔中和孔底提取的泥浆比重的平均值,应符合质量标准要求,在灌注水下混凝土前,孔底沉淀厚度以不大于设计或规范要求为准;同时采取一切措施缩短清孔后至灌注水下混凝土的时间。

3.4 钢筋笼的制作和吊装就位

钢筋笼视其长度采用整体预制或分节预制,其骨架具有足够的刚度和稳定性,以便运送、吊装和浇筑时不致松散、变形。制作时每隔2 m～2.5 m增设加强钢筋一道。

3.5 灌注混凝土

根据孔深配置导管长度,并按先后次序下入孔内,导管口距孔底控制在400～600范围内,当第二次清孔结束时,在25 min内注入足够的初灌量,以满足初灌导管埋入深度超过1 m之后,连续不断灌注水下混凝土,导管埋深一般控制在2 m～6 m的范围内。在水下混凝土灌注施工中,当混凝土面上升至钢筋笼底部附近时,应放慢灌注混凝土的速度,以免钢筋笼随混凝土面上升而造成钢筋笼的上浮。为确保桩顶质量,混凝土浇筑应高出设计标高0.5 m～1.0 m。

4 钻孔通过岩溶时采取的技术措施

1)加强泥浆质量和比重的控制。优质的泥浆取决于优质的粘土,同时在泥浆中掺入适量的水泥、烧碱和锯末,以提高泥浆的胶体率和悬浮能力。重量配合比为粘土∶水泥∶碱=1∶0.2∶0.04,锯末按粘土体积的10%掺入。

2)当岩面倾斜较大时,钻头易摆动,撞击孔壁,造成偏孔或塌孔。这时,回填坚硬片石,以低冲程反复提砸,使孔底出现一个平台后再转入正常冲孔。

3)通过溶洞进入充填地层时,对溶洞较小、充填物多为松散不稳定的土层采用泥浆护壁方法,使用优质泥浆,保持孔内的水位高度,适时向孔内投入潮湿泥块或袋装粘土和粒径不大于13 cm的片石,采用低冲程将抛填物挤入溶洞孔壁或溶洞裂缝,以加固护壁,使之形成封闭环,防止漏浆和塌孔。

4)对空洞较大的溶洞或充填物为流塑状时采用全护筒法施工,护筒深度下到岩面。当冲击穿过溶洞顶部时要反复提升冲锤,在顶部厚度范围上下慢放轻提,冲锤不明显受阻碍,说明顶部已成孔并且是圆滑垂直的,此时用钢丝绳活扣绑住内护筒,用吊机(或冲机自吊)把内护筒放入外护筒内至孔底。到孔底后,内护筒不会靠自重沉到溶洞底部(因溶洞底有沉渣、沉淀物等)。护筒沉设可利用GPS-30钻机进行,在钻机的钻杆上附加压架,利用钻机的钻进压力和钻杆、钻头的重量,使内护筒随钻头的钻进而下沉,直到溶洞的底部。

5)钻孔过程中的孔径检查:为保证孔径正确和孔形正直,每钻进1.0 m和更换钻头时必须用检孔器检孔。检孔器用钢筋制成,呈圆柱体,直径与钻头直径相同,高度为孔径的4倍。

当检孔器不能自由通过到达孔底时,即表明发生弯孔或斜孔、梅花孔等情况,此时立即回填片石(回填高度为至检孔器所到位置以上0.5 m),进行冲击修孔。

6)若回填粘土、片石无法纠偏时,采用在溶洞区灌注水下混凝土,待混凝土达设计强度后,再冲击钻进至设计深度。

7)若桩位处有多层溶洞,宜采用化学注浆方法处理,使溶洞填充物强度达20 MPa以上,再采用冲击钻成孔。注浆采用分段栓塞注浆施工工艺,注浆压力采用1 MPa～3 MPa。水泥浆选用普通硅酸盐水泥,可以灌注直径为0.2 mm～0.3 mm的孔隙,初凝时间约2 h～4 h;化学浆液选用水泥—水玻璃复合浆液。水泥浆水灰比为1∶1,水泥浆与水玻璃体积比为1∶1。钻孔采用工程钻机,钻孔直径为91,注浆设备采用BW-150注浆泵,泵压为0.6 MPa～7 MPa。注浆采用跳孔和隔孔注浆法,自下而上膨胀橡胶栓塞分段注浆施工工艺。采用稀浆开始灌注,以防细裂隙被浓浆堵塞,然后根据具体情况逐步提高灌浆压力、浆液浓度,最后个别部位视注浆情况灌注双液浆封闭残余的微细裂隙。

5桩基检测

桩基施工完毕,混凝土达到设计强度的100%后,根据设计和规范要求对桩进行无损检测,检测结果Ⅰ类桩280根,Ⅱ类桩20根,全部合格。

6结语

广清高速公路主线跨线桥于2003年10月26日开工,至2005年8月25日完工。岩溶发育处钻孔灌注桩采用优质泥浆、全护筒、回填片石、回填粘土、回填混凝土、化学注浆等施工技术成功地解决了岩溶发育区钻孔灌注桩成孔困难的技术难题,桩基检测结果显示,无缩颈、扩孔等常见质量通病,检测结果全部合格,Ⅰ类桩占桩基总数的93%。实践证明,施工过程只要严格把好技术关,便可有效缩短工期,保证工程质量。

参考文献

[1]何华.岩溶地区钻孔桩基础施工疑难处理措施[J].铁道建筑,2006(9):29-30.

岩溶发育特征 篇9

岩溶 (又称喀斯特) 是可溶性岩石在水的溶蚀作用下, 产生的各种地质作用、形态和现象的总称。施工勘察是针对某一地段或尚待查明的专门问题进行补充勘察。岩溶区超前钻施工勘察是指当基桩挖到持力层时, 为查明持力层下一定范围内有无软弱夹层、空洞等不良地质作用而进行的勘察。施工勘察是工程勘察的一个阶段, 往往在建设工程中不被重视或被忽略。

下面以某棚户区改造小区A01号楼超前钻施工勘察为例加以说明。

2 工程实例

2.1 工程概况

某棚户区改造小区A01号楼为居民住宅楼, 楼高12层, 框剪结构, 基础采用人工挖孔桩基础, 桩径为800~1400mm, 预计桩长≥6m, 设计桩端支承于泥灰岩, 设计单桩承载力特征值为3950~9000k N, 嵌岩深度不小于2000mm。

根据设计要求, 本工程应进行专门的桩基施工勘察工作 (超前钻, 要求每桩下至少一孔) , 确保孔底下5米深度范围内不存在岩溶洞体及裂隙破碎带。

2.2 工程地质

拟建场地属于山前堆积相, 场地地形总体为南高北低, 呈缓坡状, 覆盖层为第四纪松散沉积层, 基岩为奥陶纪灰岩。根据本次勘察结果, 在钻孔所达深度范围内, 场地地层层序如下:

第 (1) 层:杂填土, 层厚0.80~7.80米, 灰褐~浅灰色, 松散, 稍湿, 上部多为建筑垃圾、炉渣灰等杂物, 中下部以粘性素填土为主。

第 (2-1) 层:粉质粘土, 层厚1.00~4.30米, 浅灰~灰黄色, 较湿, 软~可塑状, 含较多暗色矿物浸染条带, 多见连通状孔洞。

第 (2) 层:粉质粘土, 层厚0.60~8.00米, 浅黄色, 可~硬塑状, 稍湿, 土质较致密、均匀, 多见铁锰质结核。

第 (3) 层:粘土, 层厚0.90~6.70米, 黄~棕黄色, 硬塑状, 稍湿, 土质紧密、均匀, 含较多铁锰质氧化物颗粒及条带, 局部在底部见少量母岩风化碎屑物。

第 (3-1) 层:残积土, 层厚0.50~2.60米, 棕黄色为主, 松散, 较湿, 多夹杂角砾状母岩风化碎屑物。

第 (4) 层:泥灰岩, 该层未钻穿, 最大揭露至完整岩体内厚度不小于5米。灰黄~青灰色, 中~微风化, 隐晶质结构, 块状构造, 局部裂隙较发育, 且为钙质胶结, 顶部为0.20~0.50米的强风化带, 多见溶沟、溶槽, 局部见少量小溶洞, 中下部岩芯完整;该层强度高, 顶面有少量起伏, 中部分布有不规则的岩溶洞穴。

2.3 水文地质

本场区为地下水贫乏区, 在本次勘察深度范围内有少量潜水及上层滞水, 主要赋存于 (1) 、 (2-1) 土层中, 水量一般不大, 且分布不连续, 主要由大气降水、地表水补给;下部 (2) 、 (3) 土层及下伏泥灰岩均不含地下水。勘察期间实测综合稳定水位埋深为0.40m~4.30m, 水位标高为+24.12m~+31.82m。

2.4 溶洞发育特征

本区域为岩溶发育地区, 场地东侧区第四小学院内发生过地面沉陷, 地表土体陷落, 地表水流进地下暗河的现象, 严重危及学生的学习与安全。本场地下伏基岩为泥灰岩, 属可溶性岩石, 但附近煤矿长期抽排地下水, 地下水位已降至地表下约200米深度, 故岩溶发育已不再持续, 对建筑物构成危害的是已经存在的岩溶。

本场地内溶洞以半充填型为主, 充填物性质不同, 以软塑~可塑状粘性土为主, 局部夹杂砂砾、角砾以及硬塑状风化碎屑等, 主要发育在泥灰岩中, 无明显分布规律。

3 勘察应注意的几点问题

(1) 认真编写勘察纲要, 勘察纲要需做到内容完整, 要求具体, 施工方案合理。在勘察过程中要严格按照勘察纲要实施, 不能开工后就将勘察纲要置之不理。

(2) 勘察过程中严格把好质量关。必须采取相应措施保证野外第一手资料的正确性, 例如检查每台钻机的设备是否齐全, 样品是否及时送达试验室进行相关试验等。

(3) 准确查明桩端岩层溶洞、裂隙及软弱夹层等不良地质现象或不良地质体的分布。勘察过程中地层变化要仔细记录, 严格进行取样编录、原位测试, 尤其是有软土和溶洞情况的钻孔。

(4) 严格进行室内资料整理, 定性描述及定量评价岩层的物理力学性质, 有的放矢地为设计和施工提供依据和建议, 保证工程质量。

4 施工勘察结果及评价

4.1 施工勘察结果

本次超前钻勘察工作从2012年月6月7日至2012年月7月15日, 组织了9台钻机进场对74根桩的持力层进行勘察, 勘察深度从岩面起钻入连续完整的基岩5米, 从超前钻情况来看, 施工区域溶洞率高, 其中32根桩有溶洞, 溶洞率为43.2%, 其中15个孔有2米以上高度或串状溶洞。

4.2 分析与评价

本次岩溶区超前钻施工勘察的目的是查明桩底下5米内有无溶洞, 破碎带、软弱夹层等不良地质作用等, 与《岩土工程勘察规范》 (2009版) (GB50021-2001) 5.1.2条, 《建筑地基基础设计规范》 (GB50007-2011) 10.2.13条相符。

经分析32根桩位处所见的溶洞及泥灰岩由于裂隙发育, 岩石较破碎, 给地下水流通和溶蚀作用创造了有利的条件;同时证实了场地内有多处岩溶, 且无明显分布规律, 故采用桩基础时, 应进行专门的超前钻勘察工作。

通过本次超前钻施工勘察, 较准确的掌握了每根桩位的溶洞的位置、大小、充填物情况, 并可计算出各桩的桩长、桩底标高、入岩深度等。根据以上资料, 可以对桩基施工过程中可能出现的漏浆、塌孔等情况做好分析预测, 并制定相应的处理方案, 从而合理安排桩基施工进度计划。本次工程由于我们进行了较为准确的施工勘察, 该项目桩基施工顺利, 桩基质量经检测均满足设计要求。

5 结束语

超前钻施工勘察是工程勘察的一部分, 尤其对岩溶区和地质条件复杂或有特殊使用要求的建筑物地基更为重要。通过超前钻可以详细查清每根桩桩底基岩面起伏情况, 溶洞发育情况、溶洞大小及其顶板厚度, 基岩完整性等, 把地基存在的隐患控制在基础施工以前。总之, 在岩溶发育地区进行超前钻施工勘察是非常必要的, 对确定桩型、桩端持力层及桩端位置、成孔工艺及确保工程质量等方面起着重要的作用。

参考文献

[1]常士骠张苏民.工程地质手册[M].第四版.中国建筑工业出版社, 2006.

[2]GB50021-2001, 岩土工程勘察规范 (2009版) [S].

[3]GB50007-2011, 建筑地基基础设计规范[S].