四川盆地红层岩溶发育特征及工程影响问题的探讨

四川盆地红层岩溶发育特征及工程影响问题的探讨

温学军

核工业西南勘察设计研究院有限公司四川成都610061

摘要：红层是全球广泛分布的地质现象，主要形式表现为陆相碎屑岩沉积地层，因其主要出现的颜色为红色，故名红层。红层在中生代至新时代各个地层都有出现。在我国，目前已经发现的红层露出面积为4.6X105km2，分布省份多位于西南、西北、华中、华南。四川盆地和陕甘宁盆地都有完整成片的红层分布。红层的存在被证实对大型工程建设有重大的威胁。我国曾出现多次红层类岩溶的工程危害，如四川境内青衣江流域水电站坝址的工程建设中，就遇到过因溶蚀孔洞引起的坝址渗漏问题，此外还发现红层对于建筑地基稳定也有一定的影响，混凝土在红层环境中容易出现腐蚀的情况。所以目前我国的建筑行业普遍将红层问题看作是建筑施工安全的重要影响因素，在正式开工之前，对当地进行实地地质勘查的目的之一，就是确定施工场地周围是否存在红层以及红层分布情况，并将有关红层的报道及时反映，以便提前制定应对措施。

关键词：红层岩溶；发育特征；影响；地区

我国的四川省红层岩溶分布广泛，在川内进行的建筑工程很重视红层分布情况的勘查，尤其是野外施工，在远离成熟施工场地的山区从事建筑工程施工，对红层相关的准备工作更是要求严格。

一、目前我国红层岩溶的研究方向

（1）是地基渗漏：石油油气藏描述以及工民建勘查等工程问题。石膏、岩盐、芒硝等在遭受溶蚀淋滤后，易形成孔隙、空洞，增加了岩体透水性，有时还会形成集中的渗漏通道，原来由于技术能力有限，我国选址在红层地质上开工修建的大型水利水电工程屈指可数，而且在建设工程中也有意让工程范围尽可能减少的接触红层地区，施工前展开的地质调查也只是偏重于红层岩体力学特性及参数选择，而对于红层岩溶方面的问题则很少涉猎，所以积累下的经验数量也很少。

（2）是关于地下水水化学方面：红层岩溶发育较多的是我国西南地区，以陆相沉积碎屑岩系为主，地质组成主要是砂岩、泥岩、粉砂岩，也存在泥灰岩、灰岩、石膏等。受沉积环境影响，红层中的易溶盐会在一些区段富集形成含盐层，导致含盐层区地下水水质较为复杂，多表现为咸水、微咸水而不适宜饮用。当盐类矿物含量较高时，甚至形成可供开采的盐矿、卤泉。

二、岩溶对工程影响分析

红层地基基岩因含有大量的石膏斑点和团块，在地下水的持续作用下，容易产生溶蚀现象，形成溶洞，在地下水流持续的作用下，地下水位升高导致岩石出现浸水现象，渗入其中的地下水会引起岩石软化，降低其强度。同时水位的下降导致岩层出现失水情况，浮拖力引起岩层的重度增加，从而造成岩层中软弱部分的坍塌，加大孔洞的溶蚀情况，最终形成大规模的溶洞。地下溶洞的存在破坏了原有地层受力基础，受力点减少导致地表稳定性变差，在这样的地表上进行建筑施工，其地基安全难以保证。

目前我国建筑施工勘查人员对红层地质方面的研究主要成果集中在地下水开发利用方面，学术界普遍认为红层中的地下水受地质构造、地貌因素的影响，分步过于涣散，寻找难度较大，所以很长一段时间都认为红层地区的地下水资源缺乏开采价值。但近几年随着用水紧张，红层地区的缺水群众饮水困难，为推动开采红层地区的地下水提供的动力。

三、为保证施工质量对红层岩液进行的实验

1、岩溶的发育和周围环境的溶蚀有关

溶蚀作用又受地下水渗流和当地特殊地质情况所影响，从这一点出发，关于施工场地红层岩液的勘查方向就确定在对溶孔和裂隙进行分析统计，通过建模，推导发展趋势，将该地区的红层岩溶带来的一系列地质变化进行科学的推论，并提前准备好相应的应对手段，在建筑物施工过程中加设预防，防治岩溶造成的地基、地形变化对建筑物构成破坏性的威胁。而且还能通过对溶孔受周围环境影响的造成的发育程度分析该地区的岩溶溶蚀机理。

2、泥质岩岩石性质

通过对建设场地的地质土样进行取样分析，可以了解到看不见的地表下正常进行的地下水渗流作用。通过进行石粒分析，可以了解到石膏盐的具体溶蚀速率和周围的岩石成分，对确定区分岩石中可溶盐和不溶物质的含量，为之后更加具体的实验分析做好相应的准备。

四、根据实际工程案例，初步认识红层岩溶对工程的影响

1、工程介绍

为方便当地居民的生产生活，带动当地经济发展，及当地居民灌溉用水及民生水利工程需要，并兼顾考虑108国道未来提级改造的可能，四川省德阳市罗江县住房和城乡规划建设局拟在罗江县金山镇现状G108国道上修建一座桥梁工程。

2、地理位置：

罗江县土桥沟G108跨线桥梁工程位于罗江县金山镇G108国道，距离金山镇约2.50km。交通较为便利

3、地形地貌

拟建桥址区位于德阳市罗江县金山镇G108国道，桥址区属Ⅱ级阶地，桥址区现状地形较平坦，桥梁两侧现状主要为耕田，现已荒芜，未种植农作物。桥址区高程范围为517.51～519.62m

4、地层岩性

据钻探揭露，拟建场地覆盖层主要为第四系全新统人工填土层（Q4ml）、第四系全新统种植土层（Q4ml）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）、第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl），现按照自上而下的顺序分述如下：①1人工填土（Q4ml）：杂填土，杂色，主要组成物质为现有G108国道路面及路基填土材料，本次勘察未在现有国道施工，经调查填土厚度约为1.5m；素填土，灰褐色，主要组成物质为可塑粘土，局部夹有少量卵石颗粒，卵石粒径为2～3cm，本次勘察在ZK4、ZK5有揭露，厚度分别为0.80m、0.60m。

中等风化泥质粉砂岩

5、相关物探工作

根据勘察大纲在钻探施工过程中，在4个钻孔中均揭露地下洞体存在，洞体埋藏深度为18.30～19.30m。经与业主方协商并得到其同意后，增加2个钻孔，钻探揭露洞体埋深为18.50～18.70m，因该现象的存在，故又进行了相关物探工作。

1）高密度视电阻率法

根据高密度视电阻率法测试成果报告可知：①在高密度电法测试剖面上个别数据存在异常，推测该桥址区存在一定的溶蚀发育现象；②桥梁位置下部15米内视电阻率较低，推测该段位置含水量较高，

2）声波测试

根据钻孔声波测试成果报告可知：在18.80～20.40m深度范围内，纵波速度值存在异常，纵波速度值为1234～1423m/s，推测该段存在洞体，且洞体内充填水，根据钻探揭露、物探等综合手段可知，拟建桥址区存在基岩表层洞体发育现象，且洞体内充满水。

6、洞体成因初步分析

通过本次钻探揭露，下伏基岩为白垩系下统剑阁组，由区域地质资料可知，该层岩组底部常伴有灰质砾岩透镜体。通过现场水文试验，可知拟建桥址区地下水丰富。灰质砾岩属可溶岩、在地下水丰富条件下，岩体易发生溶蚀形成孔洞，随着孔洞的加剧发展更有利于地下水渗流，地下水渗流加剧发生地下水侵蚀，加剧洞体发展，最终形成地下洞体，因此拟建桥梁场地内洞体可能是由于灰质砾岩在基岩裂隙水的作用下发生溶蚀。

7、洞体稳定性分析

通过钻探揭露，在各个钻孔内均揭露地下洞体的存在，洞体由基岩裂隙水充填，洞体顶板未见塌陷，现状整体处于基本稳定状态；因洞顶跨度较大，在地震、暴雨、上部加载、地下水位下降等诱发条件的影响下，洞体的稳定性将大幅度降低，可能产生顶板坍塌，从而引发上部岩土体塌陷。

8、勘查结论

①桥址区地形、地貌简单，场内地基无软弱下卧层分布；桥址区有一定的洞体发育，除此之外无滑坡、泥石流等不良地质作用，对场地内发育洞体进行一定的处理后可进行桥梁建设；

②根据钻探揭露、物探及声波测试成果可知，桥址区存在有基岩表层洞体发育现象，洞体埋藏深度为18.30～19.30m，高程为498.83～499.54m，洞体内充满水，现状整体处于基本稳定状态，在地震、暴雨、上部加载、地下水位下降等诱发条件的影响下，洞体的稳定性将大幅度降低，可能产生顶板坍塌，从而引发上部岩土体塌陷。

③拟建场地周边无污染源，土壤对混凝土结构、混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性；桥址区地表水及地下水对混凝土结构、混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。

④桥址区地下水为上层滞水和基岩裂隙水，上层滞水水位埋藏深度为7.70～9.40m,水位高程为508.77～509.60m；基岩裂隙水水位埋藏深度为11.20～12.80m，水位高程为505.37～506.90m，水头高差为7.10～7.70m。地下水对建筑施工的影响较大，如护筒护壁措施，导管法灌注；

⑤桥址区地震基本烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，所属的设计地震分组为第二组，场地内无可液化土层，基岩表层存在洞体发育，洞体可能发生坍塌，桥址区地形较平坦，场地为Ⅱ类建筑场地，综合判定为对建筑抗震的不利地段。

8.后期施工验证

后期施工,桥梁桩基成孔方式采用冲击钻进成孔,在成孔过程中,发现泥浆减少相对较快,对前期勘察中发现的溶洞进行印证,后针对该情况,勘察设计单位建议方法①用粘土进行填补并反复夯实,将粘土挤入周边溶洞范围；方法②钢护筒护壁。考虑施工成本施工单位优先采用粘土回填夯实挤压，在后期施工中该方法效果达到预期设想。

五、关于红层岩溶的防治措施

已知施工场地接近红层地质区域，在施工人员进场之前要提前组织勘探人员对施工场地进行地质检查。检查的重点集中在岩粒、地下水此类能够间接反应地下红层岩溶情况的材料。收集相关数据进行记录上报，通过样本分析个数据模拟，对地下红层发育状态进行模拟推算，针对可能出现的问题，指定专门的应对方案。施工过程中，对于地下红层结构的变化情况也要时刻注意，一旦出现会影响到施工现场安全的情况，要立即采取措施。

结束语：

红层岩溶对于地基稳定性造成的影响同样会反应到施工建筑质量上，为了保证施工安全和质量达标，就要对施工当地的地质情况了如指掌，做好充分准备，防止意外的发生。

参考资料：

[1]贾龙,吴远斌,潘宗源等.我国红层岩溶与红层岩溶塌陷刍议[J].中国岩溶,2016,35(1):67-73.

[2]彭国喜,覃雄谋,高磊等.四川红层中岩溶的分布特点及形成机制[J].防灾科技学院学报,2010,12(4):90-97.

[3]韩继伟.某场地红层岩溶发育特征及工程影响研究[D].成都理工大学,2015.