廣西平果鋁廠一期工程廠區(qū)巖溶勘察研究與分析

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　　摘要：通過對廠區(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。通過巖溶詳勘研究，對該廠區(qū)巖溶特性有了進一步的認(rèn)識，對巖溶地基給予了評價，提出了處理建議，取得了明顯的社會效益和經(jīng)濟效益，并獲二○○○年國家金獎。

　　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家“八五”重點工程，已經(jīng)建成投產(chǎn)，廠區(qū)面積達4km2.該一期工程廠區(qū)處在活動性斷裂帶形成的構(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疑問。因此一期工程一開始就面臨兩大巖土勘察技術(shù)難題：一是場地構(gòu)造穩(wěn)定性問題；二是場地巖溶地基能否處理。鑒于這兩大問題在性質(zhì)上各有不同，因而采取了分二個階段進行勘察研究。前一階段勘察結(jié)果表明：場地內(nèi)的斷層自晚更新世以來沒有活動，且破碎帶膠結(jié)情況較好（地震基本烈度為7度）。這個結(jié)論明確回答了建廠的可行性問題，于是將工作重點轉(zhuǎn)入第二階段，即廠區(qū)巖溶問題的研究與分析。

　　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策，解決建廠適宜性評價和治理戰(zhàn)略問題。第二步進行巖溶詳勘，具體解決各建設(shè)項目地基巖溶的評價和治理方法問題。

　　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)范和國內(nèi)已有資料及經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程具體情況，實行了一套多種勘探測試技術(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，以及邊實踐邊總結(jié)邊充實邊改進等求實的勘察工作方法，收到了良好效果。以巖溶初勘為例，進行了大、中、小比例尺配套的綜合工程地質(zhì)測繪（1：2.5萬，1：5千，1：2千）；多種物探；多種勘探（鉆探為主，輔以井槽探，鉆探中還進行了孔內(nèi)地下水位連續(xù)觀測）；多種室內(nèi)試驗（如c14法測定溶洞充填物絕對年齡）等工作，從而對巖溶發(fā)育的特性和規(guī)律取得了較完整的認(rèn)識。

　　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次一級構(gòu)造單元。右江大斷裂在果化復(fù)向斜中通過，形成長條形斷陷槽地～巖溶準(zhǔn)平原地貌（簡稱溶原），按巖溶的埋藏條件分類，屬裸露型巖溶。

　　3.1.1 新構(gòu)造運動與巖溶發(fā)育史

　　該區(qū)域從晚第三紀(jì)新構(gòu)造運動以來，地殼一直處于間歇性的上升運動中，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給。低山～峰叢區(qū)是補給區(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”流動一段或長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動。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。長期觀測獲得的水位年變化幅度達10米左右，豐水期高水位可接近地表。初勘期間有過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)造運動等因素的綜合控制，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。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。在地基處理時不存在特殊困難，不會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，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 場地巖溶基本上屬裸露型，不存在覆蓋巖溶區(qū)的塌陷問題和土洞問題。

　　3.2.3.4巖溶發(fā)育的規(guī)律已經(jīng)基本掌握。暗河水流問題及局部巖溶復(fù)雜區(qū)可以通過調(diào)整設(shè)計來避免，實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，對這種巖溶的處理不會帶來難以解決的技術(shù)難題，也不會因此而導(dǎo)致大量增加工程造價或延長工期等問題。

　　根據(jù)巖溶初期結(jié)論，對設(shè)計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)識的深化

　　通過系統(tǒng)的詳勘，進一步查明廠區(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773個鉆孔資料統(tǒng)計可以看到這些巖溶現(xiàn)象較普遍存在（見表1）。

　　電解車間鉆孔揭露巖溶現(xiàn)象統(tǒng)計表                     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　 見巖溶鉆孔（個）　 398　 28　 83　 83　 225　 145　 與鉆孔進尺之比（%）　 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有以下幾點：

　　4.1.1  地表溶溝、溶槽、石芽叢生，基巖面凹凸不平。

　　場地基巖裸露，象大片“石?！?，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。

　　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。同時經(jīng)探井開挖基坑驗證，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）　 507　 48　 25　 與總數(shù)量之比（%）　 87.41　 8.28　 4.31　

　　從統(tǒng)計數(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，沿斷層發(fā)育，順巖層層面發(fā)育。在可溶巖中發(fā)育強烈表現(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；沿斷層發(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)地下巖溶總的特點是以淺部發(fā)育為主，以垂直形態(tài)多見。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（見表3）：

　　電解車間巖溶發(fā)育情況                         表3

深 度（m）　 見巖溶次數(shù)　 與見巖溶總次數(shù)之比（%）　 0.0～2.0　 197　 26.23　 2.0～4.0　 302　 40.31　 4.0～6.0　 167　 22.24　 6.0～8.0　 61　 8.12　 >8.0　 24　 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，這些巖溶較易治理。根據(jù)統(tǒng)計資料，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)雜的巖溶治理簡化到集中淺部處理，為地基基礎(chǔ)設(shè)計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，只是因為有了斷層、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。因其可見度高，只需使巖溶化巖體與完整基巖連成一個牢固的整體。所以從工程角度上講，可以避免大規(guī)模處理的昂貴費用及難度，達到安全可靠的目的。

　　4.2廠區(qū)巖溶地基處理

　　根據(jù)巖溶詳勘的深化認(rèn)識，對設(shè)計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)計要求進行處理后，可按“地基為巖層”看待，并充分利用基巖的承載力。

　　4.2.1.2對巖溶的處理必須不影響場地地基的穩(wěn)定，在場地范圍及附近不得大量抽取地下水，以相對保持場地地下水的平衡，以免造成地表沉陷。

　　4.2.1.3 廠區(qū)的地層出露有白云巖，而強風(fēng)化白云巖遇水軟化，極易風(fēng)化，故要求在地基開挖后應(yīng)盡快地及時處理，以免基巖裸露或浸水時間過長而降低地基承載力。

　　4.2.2 對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，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，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，填100#砼即可，因為小于600mm寬溶溝內(nèi)留下的充填土，在荷載作用下溝側(cè)及底部巖石對土的限制，其壓縮變形很小，不會對基礎(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)在開挖過程中，有時會遇到斷層泥，因斷層泥類似碎裂巖石，所以對此類地基的處理可參照處理溶溝、溶槽的方法進行。

　　5、巖溶勘察研究幾點認(rèn)識

　　由于廠區(qū)巖溶地基的復(fù)雜性和隱蔽性，要對其進行清楚的認(rèn)識和作出正確的評價，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)起來有下面幾點認(rèn)識：

　　5.1 應(yīng)高度重視從宏觀上進行巖溶發(fā)育規(guī)律和特性的研究，因此就需認(rèn)真做好基礎(chǔ)地質(zhì)工作，在一個較大范圍內(nèi)查明巖溶發(fā)育的各種地質(zhì)背景條件和發(fā)育歷史。

　　5.2 合理運用多種勘察方法和探測技術(shù)進行綜合勘察研究。在地質(zhì)測繪、物探、鉆探“三結(jié)合”的綜合勘察方法中，地質(zhì)是基礎(chǔ)，據(jù)此指導(dǎo)物探，物探又可以指導(dǎo)鉆探。在鉆探布置時，勘探線垂直構(gòu)造線（即巖溶發(fā)育帶）布置，并沿地質(zhì)測繪和物探所示異常分布帶進行布孔。該疏則疏，該密則密，不作均布。

　　5.3 勘察工程既要滿足設(shè)計要求，又要符合有關(guān)規(guī)程規(guī)范，但不能生搬硬套，而是根據(jù)實際情況，合理掌握。如鉆孔布置與基礎(chǔ)的重要性或荷載大小有關(guān)，一般重要的設(shè)備基礎(chǔ)按設(shè)計要求需一孔或多孔，對荷重大于200噸或有特殊要求的柱基要求每柱一孔。對一般柱基或條形基礎(chǔ)可按有關(guān)規(guī)范定：20～25m間距沿柱列線或條形基礎(chǔ)中心線布孔。對無鉆孔的部位，可采用探井或小鉆控制土層厚度?？咨顟?yīng)按“以淺為主，深淺結(jié)合”的原則確定，一般孔在基礎(chǔ)底面標(biāo)高以下進入基巖3～5m或溶洞底板以下完整巖石3m，同時安排20%的孔深為15m左右的控制孔，重點布置在強巖溶帶中和深部可能存在暗河通道的地段。

　　5.4“過程工作法”是巖溶勘察的良好工作方法。在廠區(qū)巖溶評價、初期和詳勘過程中都及時整理資料，及時反饋信息，邊實踐，邊研究，邊總結(jié)，及時修正并指導(dǎo)下一步工作，做到了實踐——認(rèn)識—再實踐—再認(rèn)識的反復(fù)循環(huán)，因此收到了良好的效果。

　　5.5重視施工驗槽以檢驗勘察成果的準(zhǔn)確性。