湖南省某高速公路路基巖溶病害綜合勘察成效評述

湖南常德至張家界高速公路路基巖溶病害綜合勘察成效評述一.前言常德至張家界高速公路的建設目前正處于路基施工階段。由于前期勘察工作不盡詳細，施工中發(fā)現(xiàn)大量始料不及的巖溶現(xiàn)象，嚴重影響了路基及沿線邊坡的穩(wěn)定性，這就必然要對原設計方案進行修改。為了徹底查明場區(qū)巖溶病害，并為設計提供可靠依據，本課題組從科研的角度出發(fā)，采用了工程地質測繪、地質構造分析、物探、鉆探、測試等綜合勘察技術進行了補充勘察工作，獲取相關經驗。二.工程地質條件場地原始地貌單元屬溶蝕剝蝕丘陵及坡地。巖溶發(fā)育段地貌類型主要為巖溶殘丘～巖溶洼地復合地貌，巖溶類型屬裸露型～覆蓋型巖溶。路線穿行于山嶺和溝谷之中，地形起伏較大；海拔高程150-270m，最大相對高差達120m。沿線可見大量巖溶漏斗、落水洞及天然溶洞。本區(qū)屬中國巖溶分區(qū)之鄂西、湘西亞熱帶侵蝕—溶蝕復合作用巖溶區(qū)。北東向褶皺構造為本區(qū)主要的構造線，也控制著本區(qū)的山系走向。地層主要有第四系種植土、粘土、粉土及塊石、漂石；基巖為奧陶系瘤狀灰?guī)r、硅化白云質灰?guī)r（或灰?guī)r）?；鶐r中，巖溶發(fā)育。場地地下水主要賦存于第四系覆蓋中的孔隙水與基巖裂隙水和巖溶水。孔隙水主要賦存于耕表土及殘坡積層中，分布廣泛，主要接受大氣降水補給，雨季時大部分形成地表水，補給河流，小部分垂直滲透補給基巖?；鶐r裂隙水賦存于硅化鈣質泥巖中，巖層裂隙發(fā)育，因泥質成份高，節(jié)理裂隙被泥質充填，含水較弱，其主要接受大氣降水補給與孔隙水的滲入補給，逕流條件差，地下水沿基巖層面與裂隙面向地勢低洼地段或殘坡積層較薄地段分散排泄。巖溶水賦存于硅化瘤狀灰?guī)r或白云質灰?guī)r中，存于其中，灰溶蝕裂隙、溶洞具備一定連通性，含中等－豐富的巖溶水。大氣降水沿溶蝕節(jié)理裂隙、溶槽、落水洞下滲，賦存于溶溝（洞）、溶蝕裂隙匯入地下暗河。從區(qū)域地質、水文地質分析，地下水的排泄方向為北東與南西切割大的沖溝或河流中。三.綜合勘察方法及技術隨著國家經濟的飛速發(fā)展，基礎設施特別是高速公路的建設會遇到許多無法避免的不良地質現(xiàn)象，而以往的勘察在方法及技術的選用上過于單一，也不注重它們的優(yōu)化，已適應不了新的設計及處理要求。因此綜合勘察方法與技術的運用以及優(yōu)化是目前勘察工作的欠缺之處，也是其發(fā)展的必然趨勢。因此，在湖南常德至張家界高速公路的巖溶補充勘察中，本課題組采用了工程地質測繪、物探、鉆探、測試等方法及技術對巖溶發(fā)育情況進行了勘察，并注重方法及技術選用的優(yōu)化與結果的相互解釋，對巖溶發(fā)育的規(guī)模和分布以及發(fā)育機理都得到了較理想的結果。首先進行的是場區(qū)及附近的測繪工作。包括落水洞、溶蝕洼地、地下暗河、出露泉水及地表徑流的測繪工作；條件允許，溶洞及暗河的地下測量也是必要的。通過這部分的工作之后，就可以對巖溶水的大致流向、流量及巖溶的發(fā)育規(guī)模與分布有了一定的了解。然后根據上一步的工作成果來確定物探工作方法和儀器。再通過鉆探來進一步證實測繪與物探成果；最后通過結構面的分析和參照相關的測試結果，本著巖溶發(fā)育受構造控制的原則，對場區(qū)巖溶發(fā)育的規(guī)模及分布狀況從本質上加深認識。必須指出的是,物探在這次勘察中運用了新的設備及技術，對勘察起了重要的指導作用。具體介紹如下：⑴高密度電法高密度電阻率成像是以巖土電性（電阻率）差異為基礎的電法勘測，是探測軟土、隱伏構造（洞、隙）的規(guī)模、范圍、厚度的有效技術方法。它可以實現(xiàn)電阻率的快速采集，并在現(xiàn)場進行數據處理，從而改變了電法勘探的傳統(tǒng)模式，使其和地震勘探的野外作業(yè)方式類似，減輕了勞動強度。其工作原理屬電阻率法的范疇，且與常規(guī)電阻率法相比布置了較高的測點密度，一次可以完成縱橫二維勘探過程，所以觀測精度較高，數據采集可靠，具備較好的成像功能。⑵地質雷達探測地質雷達探測是一種對地下目標或界面進行定位電磁探測技術方法。地質雷達是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖形式，由地面通過天線定向送入地下，經過存在電性差異的地下地層或目標體反射后返回地面，被另一天線接收。電磁波在介質中傳播時，其路徑、電磁場強度與波形將隨其所通過的介質的電性及狀態(tài)而變化。當發(fā)射與接收天線以固定的間距沿測線同時移動時，就可以得到反映測線地下介質界面分布情況的地質雷達圖像。地下介質均一性差時，介質性質差異增大，反射波就相對增強；當介質完整致密，性質相對均一，反射波就弱。當存在巖溶破碎區(qū)時，這部分區(qū)域與周圍介質之間的介電差異增大，反射波增強。它是探測隱伏構造（洞、隙）的規(guī)模、范圍、厚度的有效技術方法。⑶地震勘探地震勘探是通過人工激發(fā)的彈性波傳播速度的差異來探測地層巖性地質結構的技術方法。地震勘探方法由于其提供的資料中不僅有地層地質結構構造的詳細劃分，還能夠通過適當的方法技術提取巖土的彈性波波速，在條件許可的情況下，不僅能夠提供彈性體縱波和剪切波波速，還能提供包括彈性波頻散率、衰減系數等與巖土力學性質密切相關的波動力學參數，因此在工程領域得到廣泛應用，是探測軟土、隱伏構造（洞、隙）的規(guī)模、范圍、厚度的一種相當有效的方法技術。⑷高頻電磁成像高頻電磁成像技術是利用電磁場作為激發(fā)場源，與大地介質產生感應電磁場，觀測離地表幾米至1000米四.實例分析在這次巖溶補充勘察中，運用了綜合勘察技術，取得了理想的勘察成果，尤以K137+695~K138+210與K140+160~K140+700段巖溶發(fā)育區(qū)的勘察工作取得的成效最為突出。（1）在K137+695~K138+210段勘察中，完成工程地質測繪、物探工作后，基本弄清了場區(qū)巖溶發(fā)育規(guī)模及分布，在這個基礎上布置鉆探工作，來證實前期成果，并查明溶洞頂板厚度、充填物質等情況。接著通過對場區(qū)結構面的分析，并結合構造背景，發(fā)現(xiàn)場區(qū)巖溶受兩組較大的裂隙控制(見照片1－1)：第一組為主導裂隙，與巖層走向呈小角度相交，在40-55度之間，傾角為60-80°，張性兼扭性，也是地下水匯集并向河流排泄的主要通道，與地下暗河發(fā)育方向一致；第二組裂隙大致垂直巖層走向切割巖體，具等距性，傾角80°－88°，為壓扭性，多形成溶溝、溶槽，局部形成落水洞與溶洞，該組裂隙對巖溶發(fā)育起了重要作用，同時是地表水下滲并匯入第一組裂隙的通道，往往在與第一組裂隙交匯處形成落水洞。巖溶分布與場區(qū)裂隙發(fā)育關系見圖2－1照片（1－1）圖（2－1）（1）K140+160~K140+700段沿線大量分布落水洞、溶洞、溶蝕洼地等巖溶現(xiàn)象且分布的規(guī)律性不明顯。在這種的情況下，物探起了重要的指導作用，對巖溶分布情況的探測節(jié)約了大量的時間和資金。例如在K140+245處物探剖面（如圖3－2）中雷達曲線比較凌亂，但在對應的電測深剖面異常位置（即中線左13m）附近，雷達圖像還是有異常顯示，推斷溶洞埋深為17.5m。，后經鉆探驗證鉆到了溶洞圖2－2因該段處于地下水徑流區(qū)，且匯水面積大，在雨季由于排泄不暢，常常出現(xiàn)“巖溶壅水”現(xiàn)象，在這種情況下，參照相關經驗，處理方案的采用應是宜疏不宜堵，建議將“高路堤－涵洞”的原設計方案改為高架橋，后經專家