湖南省某高速公路路基岩溶病害综合勘察成效评述.doc

湖南常德至张家界高速公路路基岩溶病害综合勘察成效评述一.前言常德至张家界高速公路的建设目前正处于路基施工阶段。由于前期勘察工作不尽详细，施工中发现大量始料不及的岩溶现象，严重影响了路基及沿线边坡的稳定性，这就必然要对原设计方案进行修改。为了彻底查明场区岩溶病害，并为设计提供可靠依据，本课题组从科研的角度出发，采用了工程地质测绘、地质构造分析、物探、钻探、测试等综合勘察技术进行了补充勘察工作，获取相关经验。二.工程地质条件场地原始地貌单元属溶蚀剥蚀丘陵及坡地。岩溶发育段地貌类型主要为岩溶残丘岩溶洼地复合地貌，岩溶类型属裸露型覆盖型岩溶。路线穿行于山岭和沟谷之中，地形起伏较大；海拔高程150-270m，最大相对高差达120m。沿线可见大量岩溶漏斗、落水洞及天然溶洞。本区属中国岩溶分区之鄂西、湘西亚热带侵蚀溶蚀复合作用岩溶区。北东向褶皱构造为本区主要的构造线，也控制着本区的山系走向。地层主要有第四系种植土、粘土、粉土及块石、漂石；基岩为奥陶系瘤状灰岩、硅化白云质灰岩（或灰岩）。基岩中，岩溶发育。场地地下水主要赋存于第四系覆盖中的孔隙水与基岩裂隙水和岩溶水。孔隙水主要赋存于耕表土及残坡积层中，分布广泛，主要接受大气降水补给，雨季时大部分形成地表水，补给河流，小部分垂直渗透补给基岩。基岩裂隙水赋存于硅化钙质泥岩中，岩层裂隙发育，因泥质成份高，节理裂隙被泥质充填，含水较弱，其主要接受大气降水补给与孔隙水的渗入补给，迳流条件差，地下水沿基岩层面与裂隙面向地势低洼地段或残坡积层较薄地段分散排泄。岩溶水赋存于硅化瘤状灰岩或白云质灰岩中，存于其中，灰溶蚀裂隙、溶洞具备一定连通性，含中等丰富的岩溶水。大气降水沿溶蚀节理裂隙、溶槽、落水洞下渗，赋存于溶沟（洞）、溶蚀裂隙汇入地下暗河。从区域地质、水文地质分析，地下水的排泄方向为北东与南西切割大的冲沟或河流中。三.综合勘察方法及技术 随着国家经济的飞速发展，基础设施特别是高速公路的建设会遇到许多无法避免的不良地质现象，而以往的勘察在方法及技术的选用上过于单一，也不注重它们的优化，已适应不了新的设计及处理要求。因此综合勘察方法与技术的运用以及优化是目前勘察工作的欠缺之处，也是其发展的必然趋势。 因此，在湖南常德至张家界高速公路的岩溶补充勘察中，本课题组采用了工程地质测绘、物探、钻探、测试等方法及技术对岩溶发育情况进行了勘察，并注重方法及技术选用的优化与结果的相互解释，对岩溶发育的规模和分布以及发育机理都得到了较理想的结果。首先进行的是场区及附近的测绘工作。包括落水洞、溶蚀洼地、地下暗河、出露泉水及地表径流的测绘工作；条件允许，溶洞及暗河的地下测量也是必要的。通过这部分的工作之后，就可以对岩溶水的大致流向、流量及岩溶的发育规模与分布有了一定的了解。然后根据上一步的工作成果来确定物探工作方法和仪器。再通过钻探来进一步证实测绘与物探成果；最后通过结构面的分析和参照相关的测试结果，本着岩溶发育受构造控制的原则，对场区岩溶发育的规模及分布状况从本质上加深认识。必须指出的是,物探在这次勘察中运用了新的设备及技术，对勘察起了重要的指导作用。具体介绍如下：高密度电法高密度电阻率成像是以岩土电性（电阻率）差异为基础的电法勘测，是探测软土、隐伏构造（洞、隙）的规模、范围、厚度的有效技术方法。它可以实现电阻率的快速采集，并在现场进行数据处理，从而改变了电法勘探的传统模式，使其和地震勘探的野外作业方式类似，减轻了劳动强度。其工作原理属电阻率法的范畴，且与常规电阻率法相比布置了较高的测点密度，一次可以完成纵横二维勘探过程，所以观测精度较高，数据采集可靠，具备较好的成像功能。地质雷达探测地质雷达探测是一种对地下目标或界面进行定位电磁探测技术方法。地质雷达是利用高频电磁波以宽频带短脉冲形式，由地面通过天线定向送入地下，经过存在电性差异的地下地层或目标体反射后返回地面，被另一天线接收。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随其所通过的介质的电性及状态而变化。当发射与接收天线以固定的间距沿测线同时移动时，就可以得到反映测线地下介质界面分布情况的地质雷达图像。地下介质均一性差时，介质性质差异增大，反射波就相对增强；当介质完整致密，性质相对均一，反射波就弱。当存在岩溶破碎区时，这部分区域与周围介质之间的介电差异增大，反射波增强。它是探测隐伏构造（洞、隙）的规模、范围、厚度的有效技术方法。地震勘探地震勘探是通过人工激发的弹性波传播速度的差异来探测地层岩性地质结构的技术方法。地震勘探方法由于其提供的资料中不仅有地层地质结构构造的详细划分，还能够通过适当的方法技术提取岩土的弹性波波速，在条件许可的情况下，不仅能够提供弹性体纵波和剪切波波速，还能提供包括弹性波频散率、衰减系数等与岩土力学性质密切相关的波动力学参数，因此在工程领域得到广泛应用，是探测软土、隐伏构造（洞、隙）的规模、范围、厚度的一种相当有效的方法技术。高频电磁成像高频电磁成像技术是利用电磁场作为激发场源，与大地介质产生感应电磁场，观测离地表几米至1000米内的地质断面的电性变化信息的新技术方法。它可以应用于地下水研究、环境监测，以及工程地质调查等。由于高频电磁成像探测技术适用于各种不同的地质条件和比较恶劣的野外环境，其适用性较强。四.实例分析 在这次岩溶补充勘察中，运用了综合勘察技术，取得了理想的勘察成果，尤以K137+695K138+210与K140+160K140+700段岩溶发育区的勘察工作取得的成效最为突出。（1）在K137+695K138+210段勘察中，完成工程地质测绘、物探工作后，基本弄清了场区岩溶发育规模及分布，在这个基础上布置钻探工作，来证实前期成果，并查明溶洞顶板厚度、充填物质等情况。接着通过对场区结构面的分析，并结合构造背景，发现场区岩溶受两组较大的裂隙控制(见照片11)：第一组为主导裂隙，与岩层走向呈小角度相交，在40-55度之间，倾角为60-80，张性兼扭性，也是地下水汇集并向河流排泄的主要通道，与地下暗河发育方向一致；第二组裂隙大致垂直岩层走向切割岩体，具等距性，倾角8088，为压扭性，多形成溶沟、溶槽，局部形成落水洞与溶洞，该组裂隙对岩溶发育起了重要作用，同时是地表水下渗并汇入第一组裂隙的通道，往往在与第一组裂隙交汇处形成落水洞。岩溶分布与场区裂隙发育关系见图21照片（11） 图（21）（1）K140+160K140+700段沿线大量分布落水洞、溶洞、溶蚀洼地等岩溶现象且分布的规律性不明显。在这种的情况下，物探起了重要的指导作用，对岩溶分布情况的探测节约了大量的时间和资金。例如在K140+245处物探剖面（如图32）中雷达曲线比较凌乱，但在对应的电测深剖面异常位置（即中线左13m）附近，雷达图像还是有异常显示，推断溶洞埋深为17.5m。，后经钻探验证钻到了溶洞图22因该段处于地下水径流区，且汇水面积大，在雨季由于排泄不畅，常常出现“岩溶壅水”现象，在这种情况下，参照相关经验，处理方案的采用应是宜疏不宜堵，建议将“高路堤涵洞”的原设计方案改为高架桥，后经专家讨论论证，采用了该建议。五.结束语综合勘察技术的运用及优化是工程地质勘察发展的必然方向，反应在勘察准确性的提高、勘察时间及资金投入的减少；通过这次岩溶勘察，在综合勘察的运用上积累了一定的经验。物探在工程地质勘察应用过程中，因其新技术与设备不断开发与利用，使得它成为勘察技术进步过程中最活跃的推动因素。