江西岩溶发育规律及一般处治浅议

江西岩溶发育规律及一般处治浅议
向乾俊
(江西省交通设计院南昌330002)
摘要：通过论述江西岩溶发育规律、分布特征和一般处治思路，为岩溶地区的公路工程建设规划选址、勘察设计、施工与养护提供基本方法，以供公路工程勘察、设计与施工同行商讨。

关键词：岩土工程;岩溶；规律；处治；浅议
0 前言
岩溶是大自然的产物，是人类工程活动面临的复杂问题。

公路工程建设会经常遇到岩溶的影响与制约。

现在我们进一步认识江西岩溶的一些规律与特征，对公路工程建设意义仍然很大。

1江西岩溶形成的条件
江西位于我国东南部，兼有山地、丘陵和平原地貌，从元古代至新生代地层发育齐全，地质构造跨两大单元，隆起与拗陷复杂；构造运动、岩浆活动、沉积作用、变质作用具多旋回性、多阶段性和不平衡性，形成不同时期的碎屑物质和沉积环境，进而产生不尽相同的碳酸盐可溶岩类建造；而四季分明降雨不均的亚热带湿润气候，致地表河湖水系发达地下水网沟通，构成典型的江南丘陵和武夷山地过湿区，使不同时期的可溶岩体被内外地质营力不断改造，为岩溶的发生发展提供了充要条件。

2江西岩溶发育的规律
2．1岩溶在可溶岩中的发育规律
江西可溶岩的形成时代较广泛。

晚元古界震旦系、古生界寒武系、奥陶系、泥盆系、石炭系、二迭系和中生界三迭系等地层均有发育。

由于地层岩性不同岩溶发育程度相差较大。

据多年的资料积累和研究，江西岩溶在可溶岩中的发育规律为：石炭系上统黄龙组、船山组，二迭系上统长兴组灰岩，呈灰色或灰白色、亮晶结构层厚质纯，岩溶最发育，溶洞、暗河多见此层。

如九江至景德镇高速公路(九景高速)鄱阳湖特大桥基岩为石炭系黄龙组灰岩，在2000m不到的主桥址范围揭露溶洞几百个，最高达20.96m。

著名景观彭泽龙宫洞洞高50m,长度超过3000m。

而宜春高安田慕江暗河长达15km；二迭系下统栖霞组、茅口组，三迭系下统大冶组灰岩，呈黑色紫红等色，隐晶结构层薄质杂，岩溶发育次之；而震旦系、寒武系、奥陶系等碳酸盐岩，年代久远侵蚀风化严重，岩溶相对较弱。

同样的鄱阳湖大桥引桥基岩为奥陶系白云质灰岩，风化厚度大，未揭露溶洞。

因此，公路工程建设应根据地质年代和岩性特点判断、分析岩溶的发育情况，进而采取经济合理的的措施处治。

2.2岩溶沿构造发育规律
隆起与拗陷是宏观构造的主要表现形式，也是控制可溶岩分布的因素。

江西地跨两大构造单元，大致以浙赣铁路为界，赣北为扬子准地台东南缘，赣中南为华南褶皱系东北域。

全省隆起和拗陷大致沿东西向相间发育，中部贯穿南北向串珠式构造盆地，构成整个地势为东南西三面高耸而北部低洼格局。

拗陷在不同的地质时代接受沉积形成巨厚的碳酸盐沉积建造岩类。

岩溶与拗陷是密切相关的，骨干拗陷带和构造盆地是岩溶最为集中之处。

如瑞昌—彭泽拗陷带、萍乡—乐平拗陷带、吉安构造盆地等都是可溶岩分布之所。

就一般微观构造(断裂、褶皱)而言，岩溶受各类构造影响是明显的。

可溶岩断层面附近、岩体破碎带之内、可溶岩与非可溶岩接触带、背斜的核部等构造利于具溶蚀性的地下水运动，因而岩溶洞穴、暗河相对较多。

如鄱阳湖特大桥岩溶同时位于新干－湖口深大断裂北端、湖口向斜核部、泥盆系志留系石英砂岩泥质页岩与石炭系二迭系灰岩的交界部位，典型的沿构造发育岩溶。

岩溶进一步导致完整岩体沟穴纵横缝隙交错，筑路建桥应尽量避开或大角度相交以消除隐患。

2.3岩溶充填规律
岩溶充填状况不外乎全充填、半充填和无充填。

充填程度与岩溶本身的连通性、地壳升降、溶蚀速度与充填速度有关。

一般而言岩性杂质多、溶蚀管隙连通性差、地下水运动微弱、溶蚀速度低于充填速度、地壳处于相对下降的低平地段岩溶充填较好，反之则差。

据资料分析，江西的石炭系黄龙组、船山组和二迭系长兴组灰岩形成的溶洞充填最差，充填率20～30%，大多为半充填和无充填，充填物以粉细砂、卵砾石为主。

二迭系栖霞组、茅口组、三迭系岩溶充填
较好，充填率50%以上，充填物一般均见粘性土。

其余可溶岩地层岩溶则以全充填为主，充填率达80～90%。

从充填程度和充填物性质可以预测岩溶的发展趋势。

无充填、半充填的岩溶说明溶蚀速度大于充填速度，洞穴可能会继续变化，不利于工程建筑物的稳定。

全充填溶洞充填速度大于溶蚀速度，岩溶处于萎缩阶段而利于构造物稳定。

构筑物如果落在全充填岩溶上是较为安全的，可以按土石混合地基或稍加处理按一般地基看待。

2.4岩溶垂向分布规律
岩溶垂直发育深度能够说明地壳新构造升降运动的幅度，更是工程建设关注的重要问题。

据钻孔揭露，江西岩溶发育带从地表裸露直至地表以下几百米之处，底部随古地形起伏与地下水活动的基准面而变化。

总体趋势是由南至北、由东西二侧向中部逐渐加深，与现代地形起伏基本一致。

赣南岩溶带底部标高一般在零米以上，赣北则在零米以下，地表至负100米以上为强岩溶发育带。

待建九江至瑞昌高速公路区域内的瑞彭拗陷带岩溶最低底部标高为负611m，为全省之最。

说明是江西新构造运动强度较大地区之一(11月26日发生的5.7级中强地震就是明证)。

由此可见，江西岩溶带厚度是巨大的，分布深度远远超出构筑物持力层受力范围。

好在岩溶是由溶蚀空间和网状岩体构成，网状岩体起到框架支撑作用，尤其是体积溶蚀小于50%情况下框架作用更明显，为人们生活与工程建设的地壳提供了基本支撑。

公路工程构筑物基础不可能也无需穿过岩溶垂直分布带。

3 江西可溶岩分布特征
岩溶的分布是地质作用的综合反映，是可溶岩在内外因素影响下的长期结果。

江西可溶岩出露面积9928km2，隐伏面积4000km2，约占全省总面积的8.75%。

其中岩溶发育较强烈的面积大于5000km2。

根据岩溶分布状况，江西全境可划分为“三带”“三块”发育区。

“三带”为瑞昌—彭泽发育带，萍乡—乐平发育带，崇义—宁都发育带。

“三块”为上饶发育块，吉安发育块，龙南发育块(见图1)。

凡涉及上述地段的工程规划选址、勘察设计、施工与养护必须重视岩溶的影响。

3.1瑞昌—彭泽发育带
该带东西长约150km，南北宽约20~40km，岩溶主要在奥陶系、石炭系、二迭系地层发育。

其中奥陶系出露面积小，溶洞不发育。

而石炭系、二迭系岩溶发育好。

据九景高速鄱阳湖特大桥地质勘探，岩溶钻孔遇洞率最大达90%，总体线岩溶率7%。

著名的彭泽龙宫洞洞高50m，长度超3000m。

地表地下岩溶极为典型，复杂。

公路工程建设应十分注意洞穴、暗河的影响。

3.2萍乡—乐平发育带
由西向东经宜春、高安、丰城、余干、乐平、终于景德镇，长约450km，宽50~100km。

西部沿袁河、锦江流域和绿水流域分布，中部南昌地区覆盖在中生代白垩系、第三系红层之下，东部则斜跨乐安河、昌江流域延至安徽，出露不均。

主要发育层为石炭系、二迭系、三迭系地层。

已建的上瑞高速公路昌付至金鱼石段大都位于该带，在建和拟建的济南至广州国家高速公路景德镇至鹰潭段，大庆至广州国家高速公路
武宁至吉安段都受到其影响。

据昌金高速公路曾家高
图1 江西岩溶分布示意图
架桥钻探，钻孔见洞率67%，线岩溶率约12%。

被誉为“地下艺术长廊”的萍乡福田孽龙洞和长超15km 的宜春高安田慕江暗河位于此带。

带内常见地面塌陷报导，如2005年9月25日萍乡巨源村突现直径约3m 的大洞，地裂范围达3km2，部分山岗、田地、公路不同程度地出现裂隙，是我省岩溶规模、危害最大的发育带。

3.3崇义—宁都发育带
该带西延广东，长约250km，宽40~80km，北东向展布。

石炭系是其主要发育层。

在赣州附近被白垩系红层覆盖而出露零星，崇义县境西南部的聂都乡有石灰岩洞群，钻孔见洞率40%左右，线岩溶率约5%。

岩溶现象亦典型。

3.4上饶发育块
多分布于上饶以东的玉山、广丰等地。

东出省境入浙江。

梨园至温家圳高速公路的起始段位于该区。

据钻孔资料，钻孔见洞率45~56%，线岩溶率5~6%，局部覆盖型岩溶大于露出型岩溶。

3.5吉安发育块
主要分布于吉安、吉水、安福和永新等地。

赣粤
高速公路受其影响较大。

河流低洼地段以覆盖型为主。

局部钻孔见洞率60%左右，线岩溶率达9%。

近年也常见岩溶塌陷的报导。

2004年3月，赣粤高速公路吉安县互通立交匝道边缘出现直径16m，深10~18m 的塌陷坑，四周土体放射性开裂，危及主线桥基础。

2005年6月又在吉安吉州区熊村稻田出现塌坑。

该区是我省覆盖型岩溶分布、危害最大的发育块。

3.6龙南发育块
以龙南为中心北东向延伸约60km,宽30km。

面积
较小但危害不小。

4 岩溶一般处治对策
无论是地表岩溶或覆盖型岩溶，作为构筑物地基一般由坚硬的岩石和破碎的溶蚀洞隙及填充物组成，各向异性软弱不均稳定性差是其主要特点。

构筑物面临不均匀沉降或塌陷的严重地质问题，必须经过稳妥的处治方能在岩溶地基上进行工程建设。

4.1整平填塞是岩溶处治之基
整平填塞就是将软硬不均的地基削硬填软基本达到各向同性软硬较均的目的，使构造物荷载向下传递性状相似，由此保持建筑物的整体稳定。

填塞有浅部与深部之分。

浅部填塞一般用于表露和埋深小于３米的岩溶，开挖后用毛石、砂砾、粘性土充满分层压实。

深部填塞用于埋深大于３米的岩溶，主要方法为注浆，片块石抛填等。

填塞应注意地下水系的保护。

对于有流水的地下岩溶宜用块石等粗料抛填以留空隙作为水流通道。

该法经济合理、施工便利、安全可靠，适用于各岩溶发育带（块）。

4.2桩基跨越是岩溶处治之本
溶蚀空间或埋深较大的岩溶，填塞有时不能体现安全、经济、合理原则，技术难度也较大。

利用部分岩土摩擦力和支撑力，采用上部桥板下部桩基跨越较理想。

桩基能将构筑物荷载直接传递到下部较完整岩体或通过桩周摩擦力传递至深部，受力合理施工方便，不改变地下水系。

昌金高速公路B2－1标段填方路基施工时出现半径30m的岩溶塌陷，遂将路基填方改为桩基架桥通过。

九景高速鄱阳湖特大桥全长3799m，80%位于岩溶地带，设计采用桩基效果很好，巳经住11月26日九江5.7级地震的考验。

桩基的入岩深度各行业做法不一，但均从安全角度考虑较多。

基于桩基载荷试验成果而制定的《建筑桩基技术规范》认为桩端入岩深度0.5米左右嵌岩段的侧阻和端阻发挥的作用最佳，本文也认为这是最为经济合理的。

公路桥涵桩基也应视岩溶上覆地层厚度、受力特性和荷载大小而确定嵌入完整岩体的深度。

桩基最适合覆盖型的强岩溶地基，造价虽高但安全可靠。

像瑞昌－彭泽、萍乡－乐平发育带、吉安发育块的强岩溶地段应多采用桩基处治。

4.3强固基础是岩溶处治之辅
在填塞不够稳妥或岩溶埋深大于3～5m情况下，强固公路工程构造物基础是岩溶处治的一种行之有效的辅助方法。

不同的构造物有不同的基础强固方式。

作为公路路基而言，强固方法主要有满铺连续钢筋混凝土板、路床土工格栅、加筋轻质路堤等。

桥涵有明挖扩大基础，扩基与桩混合基础。

通过基础的强固和扩大受力面积，调整荷载均匀分布，从而利于构造物的稳定。

昌金高速湘赣收费站附近岩溶路堑采用配筋连续混凝土板解决了岩溶埋深较大的问题，一年多的通车证明了处治的效果较佳。

该法适应于岩溶发育较弱或埋深较大地段的路基与小桥涵基础处治。

4.4理论验算是岩溶处治之据
岩溶处治验算主要是验算岩溶洞穴顶板安全厚度和岩溶埋深安全深度。

其方法有地基附加应力法、溶洞顶板塌陷堵塞估算法、双向板(梁)分析法、厚跨比值法、成拱分析法、结构力学分析法、有限单元法等。

岩溶洞穴的稳定性主要与洞穴顶板的厚度、跨度、节理裂隙状况，受荷性质以及当地气候等因素有关。

在选取验算方法时应遵循由简到繁、建模分析、多种方法相互验证原则，根据验算结果采取适当的处治措施。

如九景高速公路鄱阳湖大桥岩溶洞穴稳定性验算采用简单的顶板塌陷堵塞估算法验算，认为绝大多数洞穴稳定不会影响大桥基础安全，这一结论得到5年通车运营的考验。

昌金高速公路岩溶路基采用地基土附加应力法验算，得出岩溶埋深大于9m对路基不会构成威胁结论，因而概不处治。

对埋深3～9m的岩溶采用在路面之下设置配筋连续混凝土板或路床部位土工格栅包裸砂砾石处治，通车一年未见不良现象，说明验算基本正确。

4.5四新技术是岩溶处治之源
“四新技术”是科学发展的结晶，是推动人类工程活动进步的动力，更是岩溶处治方法不断更新的不竭之源。

人类在工程活动中面对岩溶由恐惧绕避到从容治理，从单一填塞到综合方法，从天然材料到人工新材，从现场分析到建模验算无一不是四新技术运用的体现。

随着越来越多越来越复杂的岩溶处治，四新技术已渗透到勘察设计、施工与养护每个环节。

如岩
溶勘察中的物探新技术：水陆两栖时间域电磁法、高
密度电法、浅层地震法、井中CT透视法、探地雷达法等，为查明岩溶构造空间分布规律与形态立下了汗马功劳。

而岩溶处治施工中的新技术使用较多的有冲击成孔法、定向爆破法、冷冻开挖法、高压灌浆法等，为岩溶处治技术的发展贡献很大。

只有四新技术才能推动岩溶处治的不断发展，今后要偿试和开发无害灌浆、超长桩基、轻质高强路堤、环保混凝土锥体填塞
等新技术，使岩溶处治更上台阶。

5 结语
1、江西岩溶主要集中分布在“三带”“三块”地区，这是江西区域地形地貌、地层岩性、构造形迹及新构造运动制约和湿润气候、复杂水文地质条件影响的结果。

2、在“三带”“三块”内，石炭系黄龙组、船山组，二迭系下统长兴组灰岩岩溶最为发育，地貌典型，洞穴暗河较多，是工程建设必须特别引起重视的地层；二迭系栖霞组、三迭系灰岩岩溶发育次之，也是工程建设的不良地层；而震旦系、寒武系、奥陶系灰岩白云质灰岩岩溶发育最弱。

3．岩溶处治是系统工程，必须重视各环节管理和各部门协调配合。

正确树立岩土工程勘察是岩溶处治的关键，科学设计是岩溶处治的核心，施工质量是岩溶处治的保证。

增加勘察投入，开拓设计思路，运用施工新方法是岩溶处治的必由之路。

4、岩溶处治要遵循治标治本原则，改善岩溶地基与强固构造物基础并重，四新技术运用与勘察设计施工结合，建模评价洞穴稳定与不断探索处治新法同举，力争做到处治安全、经济、有效。

5、岩溶处治不仅要考虑经济技术指标更要维护其工程与水文环境及生态平衡，尽量减少地表、地下自然环境的破坏，用可持续的科学发展观贯穿处治全过程。

参考文献：
[1]江西省工程地质图说明书.(1：50万)江西省地质矿产局
水文地质工程地质大队. 1985年8月.
[2]向乾俊.九江鄱阳湖口大桥岩溶特征及处理讨论[A].江
西交通公路学会.‘97年会论文[C].1997年6月.。