廣西某鋁廠一期工程廠區(qū)巖溶勘察研究與分析

廣西廠一期工程廠區(qū)巖溶勘察研究與分析摘要：通過(guò)對(duì)廠區(qū)構(gòu)造穩(wěn)定性和巖溶初勘研究，查明了巖溶發(fā)育地質(zhì)背景條件及其發(fā)育分布特性和規(guī)律，得出了場(chǎng)地構(gòu)造是穩(wěn)定的和巖溶是可以治理的結(jié)論，回答了建廠的可行性和適宜性兩大難題。通過(guò)巖溶詳勘研究，對(duì)該廠區(qū)巖溶特性有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，對(duì)巖溶地基給予了評(píng)價(jià)，提出了處理建議，取得了明顯的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，并獲二○○○年國(guó)家金獎(jiǎng)。

關(guān)鍵詞：巖溶勘察地基處理

1引言

廣西平果鋁廠一期工程是國(guó)家“八五”重點(diǎn)工程，已經(jīng)建成投產(chǎn)，廠區(qū)面積達(dá)4km2。該一期工程廠區(qū)處在活動(dòng)性斷裂帶

形成的構(gòu)造復(fù)雜、巖溶發(fā)育的右江南岸巖溶準(zhǔn)平原上，因而在建廠的可行性和適宜性上都存在過(guò)疑問(wèn)。因此一期工程一

開(kāi)始就面臨兩大巖土勘察技術(shù)難題：一是場(chǎng)地構(gòu)造穩(wěn)定性問(wèn)題；二是場(chǎng)地巖溶地基能否處理。鑒于這兩大問(wèn)題在性質(zhì)上

各有不同，因而采取了分二個(gè)階段進(jìn)行勘察研究。前一階段勘察結(jié)果表明：場(chǎng)地內(nèi)的斷層自晚更新世以來(lái)沒(méi)有活動(dòng)，且

破碎帶膠結(jié)情況較好（地震基本烈度為7度）。這個(gè)結(jié)論明確回答了建廠的可行性問(wèn)題，于是將工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)入第二階段

，即廠區(qū)巖溶問(wèn)題的研究與分析。

2巖溶勘察研究的步驟及方法

2·1研究步驟

廣西平果鋁廠一期工程廠區(qū)巖溶勘察研究工作主要分為初期、詳勘二大步。首先是在選址勘察和穩(wěn)定性初勘的已有資料

基礎(chǔ)上，進(jìn)行“巖溶初勘”，著重查明巖溶發(fā)育的地質(zhì)背景條件及其發(fā)育分布的特性和規(guī)律，確定原則性的工程對(duì)策，

解決建廠適宜性評(píng)價(jià)和治理戰(zhàn)略問(wèn)題。第二步進(jìn)行巖溶詳勘，具體解決各建設(shè)項(xiàng)目地基巖溶的評(píng)價(jià)和治理方法問(wèn)題。

2·2研究方法

在各階段的巖溶勘察工作中，依據(jù)有關(guān)規(guī)范和國(guó)內(nèi)已有資料及經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程具體情況，實(shí)行了一套多種勘探

測(cè)試技術(shù)相結(jié)合，宏觀研究與微觀研究相結(jié)合、生產(chǎn)與科研相結(jié)合，以及邊實(shí)踐邊總結(jié)邊充實(shí)邊改進(jìn)等求實(shí)的勘察工作

方法，收到了良好效果。以巖溶初勘為例，進(jìn)行了大、中、小比例尺配套的綜合工程地質(zhì)測(cè)繪（1：2.5萬(wàn)，1：5千，1

：2千）；多種物探；多種勘探（鉆探為主，輔以井槽探，鉆探中還進(jìn)行了孔內(nèi)地下水位連續(xù)觀測(cè)）；多種室內(nèi)試驗(yàn)（

如c14法測(cè)定溶洞充填物絕對(duì)年齡）等工作，從而對(duì)巖溶發(fā)育的特性和規(guī)律取得了較完整的認(rèn)識(shí)。

3巖溶初勘研究及其結(jié)論

3·1區(qū)域巖溶發(fā)育的地質(zhì)背景

平果鋁廠位于廣西山字型構(gòu)造前弧西冀外的北西向右江構(gòu)造帶（右江系）中，發(fā)育有那豆復(fù)背斜、果化復(fù)向斜和大隆復(fù)

背斜，兩個(gè)復(fù)背斜主要是由三迭系、二迭系、石炭系和泥盆系的碳酸鹽構(gòu)成，形成低山～峰叢地貌。一期工程廠區(qū)所在

的果化復(fù)向斜為三迭系下統(tǒng)的白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖，又存在高椅山傾伏向斜和局祥傾伏背斜兩個(gè)次一級(jí)構(gòu)造單元。右江

大斷裂在果化復(fù)向斜中通過(guò)，形成長(zhǎng)條形斷陷槽地～巖溶準(zhǔn)平原地貌（簡(jiǎn)稱溶原），按巖溶的埋藏條件分類，屬裸露型

巖溶。

3·1·1新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)與巖溶發(fā)育史

該區(qū)域從晚第三紀(jì)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以來(lái)，地殼一直處于間歇性的上升運(yùn)動(dòng)中，因此當(dāng)?shù)貛r溶發(fā)育史又可分為高峰期、低峰期

、準(zhǔn)平原期、右江巖灘期和右江河床期等五個(gè)巖溶期。其中以右江巖灘期巖溶與一期工程建設(shè)關(guān)系密切。

3·1·2區(qū)域水文地質(zhì)條件

該區(qū)域地處濕熱氣候區(qū)，年平均降水量1374.2mm,年蒸發(fā)量1572.6mm，平均氣溫21.08c°，極適合于巖溶發(fā)育。其地下

水由大氣降水補(bǔ)給。低山～峰叢區(qū)是補(bǔ)給區(qū)，溶原區(qū)是徑流——排泄區(qū)，右江是泄水道。在枯水季節(jié)，地下水通過(guò)巖灘

期地下水通道穿越溶原區(qū)直接泄入右江。但在雨季，峰叢區(qū)的巖溶水可以大量地在邊緣部沿著準(zhǔn)平原期巖溶通道以暗河

出口或上升泉形式涌出地面，再沿溶原中的“干溝”流動(dòng)一段或長(zhǎng)或短距離后又與溶原區(qū)本身接受的降水—道沿落水洞

或溶蝕裂隙下滲，再次轉(zhuǎn)化為地下徑流，再沿巖灘期暗河通道泄入右江，形成地面——地下——地面——地下多次轉(zhuǎn)化

的徑流景觀。

溶原中的地下水主要是以管道流形式沿巖灘的巖溶通道存在和運(yùn)動(dòng)。地面以下至右江巖灘期巖溶頂面為垂直巖溶帶，右

江巖灘期巖溶以下為水平循環(huán)帶。長(zhǎng)期觀測(cè)獲得的水位年變化幅度達(dá)10米左右，豐水期高水位可接近地表。初勘期間有

過(guò)遇到大雨后一天之內(nèi)落水洞中水位從15米深度涌出地面的記錄，但不會(huì)發(fā)生右江水沿地下通道倒灌廠區(qū)的現(xiàn)象。

巖溶初期查明，當(dāng)?shù)貛r溶發(fā)育的基本特點(diǎn)是受巖性、構(gòu)造、地下水、右江（區(qū)域巖溶水排泄基面）和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)等因素

的綜合控制，由于這些因素存在多種多樣的組合形態(tài)，才導(dǎo)致了復(fù)雜多樣的巖溶現(xiàn)象。

3·2廠區(qū)巖溶發(fā)育的特性和規(guī)律

3·2·1構(gòu)造控制作用明顯。受了強(qiáng)烈擠壓構(gòu)造作用的白云質(zhì)灰?guī)r構(gòu)造裂隙極為發(fā)育，形成以溶蝕裂隙和溶槽為主的巖

溶形態(tài)，落水洞和暗河通道也多呈不規(guī)則的裂隙狀形態(tài)。巖溶的平面發(fā)育方向與構(gòu)造線方向密切相關(guān)。

3·2·2總的發(fā)育深度較淺。由于溶原區(qū)的地下巖溶屬右江巖灘期，而現(xiàn)代河床從右江巖灘期開(kāi)始下切深度不大，因此

巖溶埋深僅在地面以下15～25米之間，其發(fā)育深度較淺。

3·2·3發(fā)育有小型淺層的樹(shù)枝狀暗河網(wǎng)。它具有規(guī)模小而數(shù)量多，并且連接或交匯的特點(diǎn)。其延伸方向明顯地受構(gòu)造

控制，由于主體構(gòu)造大體平行右江，次要構(gòu)造線方向大體垂直右江，因此暗河最終向右江排泄，但并非直線流向右江。

作為暗河通道的洞體形態(tài)復(fù)雜多變，很不規(guī)則，多呈窄溝形，形態(tài)完整的水平溶洞不多，空間很大的“地下廳”或洞穴

僅在高椅山4#暗河見(jiàn)到。

巖溶初勘認(rèn)為，就總體而言廠區(qū)巖溶比較發(fā)育，形態(tài)復(fù)雜，又有小型暗河網(wǎng)分布等不利因素，但同時(shí)存在如下有利因素

：

3·2·3·1巖溶形態(tài)一般規(guī)模較小，且埋藏較淺。在地基處理時(shí)不存在特殊困難，不會(huì)因此而大量增加處理投資或拖延

工期。

3·2·3·2巖溶發(fā)育已處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。在工程使用年限內(nèi)的新發(fā)展可以忽略不計(jì)，即現(xiàn)有巖溶發(fā)育并不危及建筑物

的穩(wěn)定性。

3·2·3·3場(chǎng)地巖溶基本上屬裸露型，不存在覆蓋巖溶區(qū)的塌陷問(wèn)題和土洞問(wèn)題。

3·2·3·4巖溶發(fā)育的規(guī)律已經(jīng)基本掌握。暗河水流問(wèn)題及局部巖溶復(fù)雜區(qū)可以通過(guò)調(diào)整設(shè)計(jì)來(lái)避免，實(shí)在不能避免的

亦有辦法解決。

3·3巖溶初勘結(jié)論和建議

巖溶初勘的基本結(jié)論是：廠區(qū)巖溶雖然發(fā)育，但都是可以處理的。就是說(shuō)，對(duì)這種巖溶的處理不會(huì)帶來(lái)難以解決的技術(shù)

難題，也不會(huì)因此而導(dǎo)致大量增加工程造價(jià)或延長(zhǎng)工期等問(wèn)題。

根據(jù)巖溶初期結(jié)論，對(duì)設(shè)計(jì)的總圖布置提出了以下建議：

3·3·1總圖平面布置上，應(yīng)繞避將深基坑的建（構(gòu)）筑物分布在主要暗河通道上，以免堵塞暗河通道。

3·3·2總圖豎向設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免深挖方，以避免揭露暗河。

3·3·3在可能條件下，主要建筑物宜避免布在強(qiáng)溶區(qū)中，以減少地基處理量。

4巖溶詳勘研究與地基處理建議

4·1廠區(qū)巖溶詳勘研究及巖溶特性認(rèn)識(shí)的深化

通過(guò)系統(tǒng)的詳勘，進(jìn)一步查明廠區(qū)巖溶發(fā)育形態(tài)，主要有溶溝，溶槽、石芽、溶蝕孤石、溶蝕裂隙及溶洞。以電解車間

為例，對(duì)773個(gè)鉆孔資料統(tǒng)計(jì)可以看到這些巖溶現(xiàn)象較普遍存在（見(jiàn)表1）。

電解車間鉆孔揭露巖溶現(xiàn)象統(tǒng)計(jì)表表1

巖溶現(xiàn)象

綜合巖溶

溶蝕孤石

石芽

溶溝

溶蝕裂隙

溶洞

見(jiàn)巖溶鉆孔（個(gè)）

398

28

83

83

225

145

與鉆孔進(jìn)尺之比（）

51.49

7.04

20.85

20.85

56.23

36.43

這些巖溶現(xiàn)象，其分布與特征歸納起來(lái)有以下幾點(diǎn)：

4·1·1地表溶溝、溶槽、石芽叢生，基巖面凹凸不平。

場(chǎng)地基巖裸露，象大片“石海”，期間發(fā)育著大小形態(tài)各異的裸露溶溝、溶槽和石芽，構(gòu)成地表相對(duì)凹凸不平的雜亂景

觀。在低凹處多填充有粘土或碎石，往往具有順層面、沿裂隙延伸的特點(diǎn)。

4·1·2地下巖溶多被充填，空間形態(tài)較為復(fù)雜。

大量鉆探資料反映，在鉆孔內(nèi)遇到的各類巖溶現(xiàn)象大部分被粘性土充填，且充填物單一，局部夾極小量碎塊石。同時(shí)經(jīng)

探井開(kāi)挖基坑驗(yàn)證，充填粘性土的巖溶主要以溶蝕裂隙和張裂隙為主，也有不少溶蝕弧石被粘性土包裹著。以電解車間

701個(gè)鉆孔所遇巖溶充填情況列入表2：

電解車間巖溶充填情況表2

充填情況

全充填

半充填

未充填

巖溶現(xiàn)象數(shù)量（個(gè)）

507

48

25

與總數(shù)量之比（）

87.41

8.28

4.31

從統(tǒng)計(jì)數(shù)值可分析，這些被充填的巖溶與地表有較好的聯(lián)通，是由于地表水流和大氣降水垂直下滲將基巖表面覆蓋粘性

土攜帶到巖溶中而形成的。

4·1·3巖溶的垂直形態(tài)

巖溶在垂直方向上的表現(xiàn)，其發(fā)育程度與巖性、構(gòu)造有關(guān)，形態(tài)以溶溝、溶槽、溶蝕裂隙為主，吻合于區(qū)域巖溶發(fā)育規(guī)

律：即在可溶巖中發(fā)育強(qiáng)，沿?cái)鄬影l(fā)育，順巖層層面發(fā)育。在可溶巖中發(fā)育強(qiáng)烈表現(xiàn)為在白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r中的巖溶數(shù)

量比在構(gòu)造巖中多；沿?cái)鄬影l(fā)育表現(xiàn)出多在構(gòu)造巖（主要為角礫巖）及受斷層影響形成的碎裂巖與圍巖的接觸處，往往

形成了溶蝕帶；順巖層層面發(fā)育則表現(xiàn)在巖溶沿不同巖性的交接帶，沿層面走向延伸呈夾層狀展布，還有形成條帶狀、

水平狀、拱狀的形態(tài)各異巖溶分布。

綜上所述，廠區(qū)范圍內(nèi)地下巖溶總的特點(diǎn)是以淺部發(fā)育為主，以垂直形態(tài)多見(jiàn)。大量勘察數(shù)據(jù)表明，地面以下0～6m深

度內(nèi)巖溶發(fā)育，向下巖溶發(fā)育程度明顯減弱。如電解車間資料統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)表3）：

電解車間巖溶發(fā)育情況表3

深度（m）

0.0～2.0

2.0～4.0

4.0～6.0

6.0～8.0

>8.0

見(jiàn)巖溶次數(shù)

197

302

167

61

24

與見(jiàn)巖溶總次數(shù)之比（）

26.23

40.31

22.24

8.12

3.21

廠區(qū)內(nèi)這些發(fā)育的巖溶雖然形態(tài)復(fù)雜，但從工程角度上說(shuō)，這些巖溶較易治理。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，這些巖溶現(xiàn)象中以溶蝕

孤石、溶溝、溶槽和溶蝕裂隙形態(tài)為主，占70.92。從而使復(fù)雜的巖溶治理簡(jiǎn)化到集中淺部處理，為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及處

理提供了可靠的依據(jù)和較為有利的條件。就巖石的地基而言，其力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及承載力是足夠的，只是因?yàn)橛辛藬鄬印?/p>

巖溶的存在才破壞了巖體的完整，影響建筑物的安全。這些淺表巖溶，大多可直接處理。因其可見(jiàn)度高，只需使巖溶化

巖體與完整基巖連成一個(gè)牢固的整體。所以從工程角度上講，可以避免大規(guī)模處理的昂貴費(fèi)用及難度，達(dá)到安全可靠的

目的。

4·2廠區(qū)巖溶地基處理

根據(jù)巖溶詳勘的深化認(rèn)識(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)的地基處理提出以下建議：

4·2·1一般處理原則

4·2·1·1基礎(chǔ)下有巖溶發(fā)育的地基，當(dāng)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行處理后，可按“地基為巖層”看待，并充分利用基巖的承載力。

4·2·1·2對(duì)巖溶的處理必須不影響場(chǎng)地地基的穩(wěn)定，在場(chǎng)地范圍及附近不得大量抽取地下水，以相對(duì)保持場(chǎng)地地下水

的平衡，以免造成地表沉陷。

4·2·1·3廠區(qū)的地層出露有白云巖，而強(qiáng)風(fēng)化白云巖遇水軟化，極易風(fēng)化，故要求在地基開(kāi)挖后應(yīng)盡快地及時(shí)處理，

以免基巖裸露或浸水時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而降低地基承載力。

4·2·2對(duì)有溶洞存在的不良地基的處理

廠區(qū)溶洞處理方法是：當(dāng)基底下溶頂板厚度1m以內(nèi)者，原則上挖開(kāi)處理，即剔除溶洞、溶槽裂隙中的充填土，用100#毛

石混凝土灌滿填實(shí)，作為基礎(chǔ)的墊層；當(dāng)基底下溶洞頂板厚度大于3m，可不予處理；當(dāng)基底下溶洞頂板在1～3m之間者

，經(jīng)確認(rèn)頂板厚度大于洞徑的，可以不處理，小于洞徑的，則處理。

4·2·3對(duì)溶溝、溶槽不良地基的處理

勘察結(jié)果表明廠區(qū)巖溶為淺部發(fā)育，發(fā)育形態(tài)以溶溝、溶槽為主。因此，對(duì)溶溝、溶槽不良地基的處理工作量較大，基

本處理方法是：在基坑中存在溶溝時(shí)，當(dāng)溝寬<300mm者不必處理，溝寬300～600mm者可挖去溝寬深度的土，表面用木夯

夯實(shí)，填100#砼即可，因?yàn)樾∮?00mm寬溶溝內(nèi)留下的充填土，在荷載作用下溝側(cè)及底部巖石對(duì)土的限制，其壓縮變形

很小，不會(huì)對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生影響。

溝寬>600mm者，或者溝寬雖<600mm，但基坑底面積雖小而需要處理的面積>20，應(yīng)采用鋼筋網(wǎng)跨越的方法處理。

4·2·4對(duì)斷層泥地基的處理

廠區(qū)的斷層經(jīng)鑒定認(rèn)為是不活動(dòng)的，廠房可建于斷層破碎帶上。但是，落在斷層上的基礎(chǔ)在開(kāi)挖過(guò)程中，有時(shí)會(huì)遇到斷

層泥，因斷層泥類似碎裂巖石，所以對(duì)此類地基的處理可參照處理溶溝、溶槽的方法進(jìn)行。

5巖溶勘察研究幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

由于廠區(qū)巖溶地基的復(fù)雜性和隱蔽性，要對(duì)其進(jìn)行清楚的認(rèn)識(shí)和作出正確的評(píng)價(jià)，勘察研究工作是關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。如何做

好巖溶勘察，總結(jié)起來(lái)有下面幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：

5·1應(yīng)高度重視從宏觀上進(jìn)行巖溶發(fā)育規(guī)律和特性的研究，因此就