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(shè)目前正處于路基施工階段。由于前期勘察工作不盡詳細(xì)，施工中發(fā)現(xiàn)大量始料不及的巖溶現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了路基及沿線邊坡的穩(wěn)定性，這就必然要對原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改。為了徹底查明場區(qū)巖溶病害，并為設(shè)計(jì)提供可靠依據(jù)，本課題組從科研的角度出發(fā)，采用了工程地質(zhì)測繪、地質(zhì)構(gòu)造分析、物探、鉆探、測試等綜合勘察技術(shù)進(jìn)行了補(bǔ)充勘察工作，獲取相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。二.工程地質(zhì)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(fù)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(dá)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(fù)合作用巖溶區(qū)。北東向褶皺構(gòu)造為本區(qū)主要的構(gòu)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(zhì)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(bǔ)給，雨季時(shí)大部分形成地表水，補(bǔ)給河流，小部分垂直滲透補(bǔ)給基巖?；鶐r裂隙水賦存于硅化鈣質(zhì)泥巖中，巖層裂隙發(fā)育，因泥質(zhì)成份高，節(jié)理裂隙被泥質(zhì)充填，含水較弱，其主要接受大氣降水補(bǔ)給與孔隙水的滲入補(bǔ)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(zhì)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(zhì)、水文地質(zhì)分析，地下水的排泄方向?yàn)楸睎|與南西切割大的沖溝或河流中。三.綜合勘察方法及技術(shù)隨著國家經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施特別是高速公路的建設(shè)會(huì)遇到許多無法避免的不良地質(zhì)現(xiàn)象，而以往的勘察在方法及技術(shù)的選用上過于單一，也不注重它們的優(yōu)化，已適應(yīng)不了新的設(shè)計(jì)及處理要求。因此綜合勘察方法與技術(shù)的運(yùn)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(bǔ)充勘察中，本課題組采用了工程地質(zhì)測繪、物探、鉆探、測試等方法及技術(shù)對巖溶發(fā)育情況進(jìn)行了勘察，并注重方法及技術(shù)選用的優(yōu)化與結(jié)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(jī)理都得到了較理想的結(jié)果。首先進(jìn)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(jù)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(jìn)一步證實(shí)測繪與物探成果；最后通過結(jié)構(gòu)面的分析和參照相關(guān)的測試結(jié)果，本著巖溶發(fā)育受構(gòu)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(zhì)上加深認(rèn)識(shí)。必須指出的是,物探在這次勘察中運(yùn)用了新的設(shè)備及技術(shù)，對勘察起了重要的指導(dǎo)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(chǔ)的電法勘測，是探測軟土、隱伏構(gòu)造（洞、隙）的規(guī)模、范圍、厚度的有效技術(shù)方法。它可以實(shí)現(xiàn)電阻率的快速采集，并在現(xiàn)場進(jìn)行數(shù)據(jù)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(dòng)強(qiáng)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(diǎn)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(shù)據(jù)采集可靠，具備較好的成像功能。⑵地質(zhì)雷達(dá)探測地質(zhì)雷達(dá)探測是一種對地下目標(biāo)或界面進(jìn)行定位電磁探測技術(shù)方法。地質(zhì)雷達(dá)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(jīng)過存在電性差異的地下地層或目標(biāo)體反射后返回地面，被另一天線接收。電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場強(qiáng)度與波形將隨其所通過的介質(zhì)的電性及狀態(tài)而變化。當(dāng)發(fā)射與接收天線以固定的間距沿測線同時(shí)移動(dòng)時(shí)，就可以得到反映測線地下介質(zhì)界面分布情況的地質(zhì)雷達(dá)圖像。地下介質(zhì)均一性差時(shí)，介質(zhì)性質(zhì)差異增大，反射波就相對增強(qiáng)；當(dāng)介質(zhì)完整致密，性質(zhì)相對均一，反射波就弱。當(dāng)存在巖溶破碎區(qū)時(shí)，這部分區(qū)域與周圍介質(zhì)之間的介電差異增大，反射波增強(qiáng)。它是探測隱伏構(gòu)造（洞、隙）的規(guī)模、范圍、厚度的有效技術(shù)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(zhì)結(jié)構(gòu)的技術(shù)方法。地震勘探方法由于其提供的資料中不僅有地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造的詳細(xì)劃分，還能夠通過適當(dāng)?shù)姆椒夹g(shù)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(shù)等與巖土力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)的波動(dòng)力學(xué)參數(shù)，因此在工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，是探測軟土、隱伏構(gòu)造（洞、隙）的規(guī)模、范圍、厚度的一種相當(dāng)有效的方法技術(shù)。⑷高頻電磁成像高頻電磁成像技術(shù)是利用電磁場作為激發(fā)場源，與大地介質(zhì)產(chǎn)生感應(yīng)電磁場，觀測離地表幾米至1000米四.實(shí)例分析在這次巖溶補(bǔ)充勘察中，運(yùn)用了綜合勘察技術(shù)，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(zhì)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(gè)基礎(chǔ)上布置鉆探工作，來證實(shí)前期成果，并查明溶洞頂板厚度、充填物質(zhì)等情況。接著通過對場區(qū)結(jié)構(gòu)面的分析，并結(jié)合構(gòu)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(dǎo)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(shí)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(guān)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(dǎo)作用，對巖溶分布情況的探測節(jié)約了大量的時(shí)間和資金。例如在K140+245處物探剖面（如圖3－2）中雷達(dá)曲線比較凌亂，但在對應(yīng)的電測深剖面異常位置（即中線左13m）附近，雷達(dá)圖像還是有異常顯示，推斷溶洞埋深為17.5m。，后經(jīng)鉆探驗(yàn)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(guān)經(jīng)驗(yàn)，處理方案的采用應(yīng)是宜疏不宜堵，建議將“高路堤－涵洞”的原設(shè)計(jì)方案改為高架橋，后經(jīng)專家