巖溶區(qū)建筑工程勘察方法分析及效果評(píng)價(jià)

摘 要：為保證巖溶區(qū)建筑工程的合理設(shè)計(jì)，本文結(jié)合工程實(shí)際，先對(duì)其勘察方法進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上，采用層次分析法進(jìn)行勘察效果分析，驗(yàn)證勘察成果的準(zhǔn)確性。分析結(jié)果表明，巖溶區(qū)的勘察方法應(yīng)具多樣性，本文的實(shí)例工程采用了工程鉆探和工程物探兩種方法，其中，共有11個(gè)鉆孔有溶洞發(fā)育，溶洞高度為0.4～1.1m，平均高度為0.94m，且溶洞在未充填～全充填均有分布，充填物多為可塑黏性土，且經(jīng)工程物探，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)5個(gè)異常區(qū)，推測(cè)為巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地區(qū)。經(jīng)勘察效果分析，本文實(shí)例的整體穩(wěn)定性得分為81.81，對(duì)應(yīng)整體穩(wěn)定性等級(jí)為Ⅲ級(jí)，說明該項(xiàng)目巖溶發(fā)育程度一般，其穩(wěn)定性相對(duì)一般，所得結(jié)果與勘察成果較為一致，為類似工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：巖溶；工程物探；層次分析法；工程鉆探

中圖分類號(hào)：TU 19 " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

巖溶區(qū)的工程建設(shè)越來越多，為保證巖溶區(qū)建筑工程的合理設(shè)計(jì)，需要先保證其勘察成果準(zhǔn)確，因此，對(duì)巖溶區(qū)建筑工程勘察方法進(jìn)行分析及效果評(píng)價(jià)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-2]。目前，已有學(xué)者對(duì)此進(jìn)行研究，例如廖廣超[3]探究了巖溶區(qū)的樁基施工技術(shù)。周裕利等[4]進(jìn)行了巖溶區(qū)建筑的基礎(chǔ)選型研究。黃新華[5]評(píng)價(jià)了巖溶區(qū)的地基穩(wěn)定性，并分析了此類地區(qū)的處理方法。馮俊杰等[6]研究了復(fù)合地基在巖溶區(qū)作為建筑地基的合理性。上述研究充分說明對(duì)研究區(qū)建筑工程進(jìn)行相關(guān)研究是十分必要的，但較少涉及勘察方法分析及效果評(píng)價(jià)，因此，本文結(jié)合工程實(shí)際，先對(duì)其勘察方法進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上，采用層次分析法進(jìn)行勘察效果分析，驗(yàn)證勘察成果的準(zhǔn)確性。通過本文研究，以期為后續(xù)設(shè)計(jì)奠定準(zhǔn)確依據(jù)，也為類似工程積累經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

擬建建筑工程為住宅建筑，其總建筑面積約為119822.5m2，平面形態(tài)具多邊形特征（如圖1所示），且由設(shè)計(jì)資料可知，其上部擬建42層，下部擬建2層地下室，會(huì)形成較大規(guī)?；?，具有建設(shè)規(guī)模大、工程重要性高等特征。

結(jié)合附近資料，項(xiàng)目區(qū)具侵蝕中低山地貌，包括巖溶丘陵、巖溶洼地的微地貌，高程為1128.9～1140.8m，高差約為11.9m，起伏相對(duì)較小，在地層巖性方面，土層覆蓋層厚度為3.6～8.7m，巖性主要為填土、粉質(zhì)黏土，下覆基巖主要為白云巖，灰白色，強(qiáng)～中風(fēng)化。項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)構(gòu)造也較為發(fā)育，主要為褶皺構(gòu)造，并伴生小規(guī)模斷裂，褶皺構(gòu)造主要沿東北向展布，斷裂以剪切斷裂為主，由于構(gòu)造發(fā)育較強(qiáng)，因此，其對(duì)區(qū)內(nèi)巖溶發(fā)育具有積極作用。

在水文地質(zhì)條件方面，項(xiàng)目區(qū)附近未見暗河發(fā)育，主要為上層滯水和巖溶水，前者分布規(guī)模較小，且規(guī)律性較差，后者多賦存于基巖裂隙或溶穴中，富集性與基巖裂隙發(fā)育密切相關(guān)。

該項(xiàng)目周邊環(huán)境條件也較復(fù)雜，其中，北側(cè)、西側(cè)均是近接既有建筑，其建筑屬性都是住宅，上部建設(shè)層數(shù)為16層～30層，下部均有地下室，基礎(chǔ)形式為樁基礎(chǔ)，與新建基坑的凈距為17.4～26.5m，南側(cè)、東側(cè)均近接既有道路，與新建基坑的凈距為24.8～38.1m。

2 勘察方法及成果分析

本項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模較大，所處地質(zhì)條件具有強(qiáng)烈?guī)r溶發(fā)育，加之周邊近接條件差，因此，為保證后續(xù)設(shè)計(jì)依據(jù)的準(zhǔn)確性，并保障建設(shè)安全，需要先保證勘察質(zhì)量。

2.1 勘察方法分析

建設(shè)項(xiàng)目位于巖溶區(qū)，與以往相比，勘察有一定調(diào)整，即主要側(cè)重巖溶發(fā)育規(guī)律分析，掌握其水系發(fā)育情況，并對(duì)工程穩(wěn)定性作出評(píng)價(jià)。

結(jié)合工程實(shí)際，巖溶區(qū)有以下幾種勘察方法。1）地質(zhì)調(diào)查法。主要是對(duì)項(xiàng)目區(qū)地表及附近進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，例如掌握巖溶地貌類型，包括微地貌的組合形態(tài)，初步了解巖溶地層類型及巖性特征，探究項(xiàng)目區(qū)地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育情況，尤其是與巖溶發(fā)育相關(guān)的構(gòu)造特征等。2）遙感解譯。該方法主要是彌補(bǔ)地質(zhì)調(diào)查法的不足，可通過遙感器從高空探測(cè)地層性質(zhì)，進(jìn)一步全面掌握項(xiàng)目區(qū)巖溶發(fā)育特征。3）工程鉆探。這與以往勘察方法一致，值得提出的是，在工程鉆探過程中，除應(yīng)掌握地層巖性外，還應(yīng)了解溶穴、溶蝕發(fā)育特征。4）工程物探。由于鉆探孔徑限制，難以表明附近地層特征，因此，可通過物探手段進(jìn)行全面分析，尤其對(duì)掌握項(xiàng)目區(qū)的巖溶發(fā)育程度評(píng)價(jià)具有重要意義。

2.2 勘察成果分析

結(jié)合工程實(shí)際，選取工程鉆探和工程物探作為該項(xiàng)目的勘察方法。

2.2.1 工程鉆探的勘察成果

針對(duì)擬建建筑形態(tài)、結(jié)構(gòu)分布特征，共布設(shè)177個(gè)鉆孔，完成鉆孔進(jìn)尺共3721.8m，且結(jié)合鉆孔成果，主要發(fā)現(xiàn)11個(gè)鉆孔有溶洞發(fā)育，其發(fā)育特征見表1。根據(jù)表1，溶洞發(fā)育規(guī)模中等偏大，其高度為0.4～1.1m，平均高度為0.94m。

溶洞在未充填～全充填均有分布，其中，K22、K68和K138均屬“未見充填”狀態(tài)，K64和K103均屬“全充填”狀態(tài)，其余鉆孔均屬“半充填”狀態(tài)，同時(shí)，充填物多為可塑黏性土，軟塑為主，局部可見流塑，黏粒含量較高，局部夾雜少量角礫，棱角狀，含量一般為20%。

2.2.2 工程物探的勘察成果

工程物探手段為高密度電法，共布置26條測(cè)線，其檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)5個(gè)異常區(qū)（編號(hào)為A～E區(qū)），其位置如圖1所示，推測(cè)為巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地區(qū)，其中，A區(qū)影響面積約為327.9m2，異常深度約為13.4m，B區(qū)影響面積約為968.1m2，異常深度約為15.9m；C區(qū)影響面積約為357.3m2，異常深度約為10.9m；D區(qū)影響面積約為295.0m2，異常深度約為16.5m；E區(qū)影響面積約為339.2m2，異常深度約為15.1m。

3 勘察效果分析

巖溶區(qū)工程建設(shè)的核心是保證工程穩(wěn)定，因此，該節(jié)重點(diǎn)是對(duì)建筑工程穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 評(píng)價(jià)方法構(gòu)建

結(jié)合以往經(jīng)驗(yàn)，將巖溶區(qū)建筑工程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法確定為P×C法[7-8]，并采用層次分析法將其目標(biāo)層設(shè)定為“巖溶區(qū)建筑工程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系A(chǔ)”，共設(shè)計(jì)3個(gè)指標(biāo)的準(zhǔn)則層，包括水文地質(zhì)條件B1、覆蓋層特征B2和巖溶發(fā)育程度B3，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步細(xì)化目標(biāo)層，具體劃分如下。1）水文地質(zhì)條件B1。該指標(biāo)細(xì)分為5個(gè)二級(jí)指標(biāo)，包括水系發(fā)育E1、水位變幅E2、水位埋深E3、水位變頻E4和地下水水量E5。2）覆蓋層特征B2。該指標(biāo)細(xì)分為3個(gè)二級(jí)指標(biāo)，包括覆蓋層厚度E6、覆蓋層結(jié)構(gòu)E7和覆蓋層性質(zhì)E8。3）巖溶發(fā)育程度B3。該指標(biāo)細(xì)分為5個(gè)二級(jí)指標(biāo)，包括見洞率E9、基巖特征E10、基巖結(jié)構(gòu)E11、溶洞規(guī)模E12和溶洞密度E13。

該項(xiàng)目的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系如圖2所示。

在評(píng)價(jià)體系構(gòu)建基礎(chǔ)上，先利用1～9標(biāo)度法計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)值，其計(jì)算過程是先構(gòu)建對(duì)應(yīng)的判別矩陣，并進(jìn)行其一致性檢驗(yàn)，如公式（1）所示。

（1）

式中：C為一致性指標(biāo)；λmax為特征值最大值；n為評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)；R為重要性參數(shù)。

若計(jì)算得到的C值不大于0.1，則判斷矩陣是滿足構(gòu)建要求的，對(duì)λmax對(duì)應(yīng)特征向量進(jìn)行歸一化處理，所得值即為對(duì)應(yīng)指標(biāo)權(quán)值。

采用專家法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行隸屬度計(jì)算[9]，結(jié)合權(quán)值計(jì)算結(jié)果，即可量化評(píng)價(jià)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的穩(wěn)定程度。

在量化計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上，將巖溶區(qū)建筑工程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定如下。①穩(wěn)定性為Ⅰ級(jí)，即巖溶發(fā)育程度很高，其穩(wěn)定性相對(duì)很差，對(duì)應(yīng)穩(wěn)定性得分為0～60。②穩(wěn)定性為Ⅱ級(jí)，即巖溶發(fā)育程度較高，其穩(wěn)定性相對(duì)較差，對(duì)應(yīng)穩(wěn)定性得分為60～75。③穩(wěn)定性為Ⅲ級(jí)，即巖溶發(fā)育程度一般，其穩(wěn)定性相對(duì)一般，對(duì)應(yīng)穩(wěn)定性得分為75～88。④穩(wěn)定性為Ⅳ級(jí)，即巖溶發(fā)育程度較低，其穩(wěn)定性相對(duì)較好，對(duì)應(yīng)穩(wěn)定性得分為88～100。

3.2 評(píng)價(jià)結(jié)果分析

按照3.1節(jié)原理，首先，采用1～9標(biāo)度法對(duì)3個(gè)一級(jí)指標(biāo)和13個(gè)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)值，計(jì)算結(jié)果見表2。由表2可知，不同指標(biāo)的權(quán)重值存在明顯差異，這也說明不同指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的貢獻(xiàn)程度存在差異，其中，在一級(jí)指標(biāo)中，B3指標(biāo)的貢獻(xiàn)程度相對(duì)最高，其次是B1指標(biāo)和B2指標(biāo)。在二級(jí)指標(biāo)中，E1～E5指標(biāo)的貢獻(xiàn)程度從多到少排序：E5＞E2＞E1＞E4＞E3，E6～E8指標(biāo)的貢獻(xiàn)程度從多到少排序：E6＞E7＞E8，E9～E13指標(biāo)的貢獻(xiàn)程度從多至到排序：E10＞E9＞E12＞E11＞E13。

其次，采用專家法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度，且為保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，本次共調(diào)查20位專家，且專家均具高級(jí)工程師以上職稱，經(jīng)統(tǒng)計(jì)，得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度，見表3。由表3可知，Ⅰ級(jí)條件下的隸屬度為0.033～0.108，均值為0.065，Ⅱ級(jí)條件下的隸屬度為0.101～0.221，均值為0.158，Ⅲ級(jí)條件下的隸屬度為0.451～0.659，均值為0.574，Ⅳ級(jí)條件下的隸屬度為0.122～0.253，均值為0.203。

根據(jù)上述權(quán)值、隸屬度計(jì)算結(jié)果，計(jì)算得到13個(gè)二級(jí)指標(biāo)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果，見表4。由表4可知，二級(jí)指標(biāo)的穩(wěn)定性得分為70.16～90.73，均值為81.92，對(duì)應(yīng)穩(wěn)定性等級(jí)介于Ⅱ～Ⅳ級(jí)，其中，Ⅱ級(jí)穩(wěn)定性等級(jí)指標(biāo)有3個(gè)，其所占比例為23.08%，Ⅲ級(jí)穩(wěn)定性等級(jí)指標(biāo)有7個(gè)，其所占比例為53.84%，Ⅳ級(jí)穩(wěn)定性等級(jí)指標(biāo)有3個(gè)，其所占比例為23.08%。

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)得到3個(gè)一級(jí)指標(biāo)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果，見表5。B1～B3指標(biāo)的穩(wěn)定性得分依次為72.16、84.68和80.76，對(duì)應(yīng)穩(wěn)定性等級(jí)均屬Ⅲ級(jí)。

最后，計(jì)算得到該項(xiàng)目整體評(píng)價(jià)的隸屬度矩陣L=[0.036 0.121 0.582 0.261]，相應(yīng)穩(wěn)定性得分矩陣D=[55 70 80 95]T，建筑工程穩(wěn)定性評(píng)價(jià)總體得分Z=LD=81.81，該建筑工程的整體穩(wěn)定性等級(jí)屬Ⅲ級(jí)，說明該項(xiàng)目巖溶發(fā)育程度一般，其穩(wěn)定性相對(duì)一般，設(shè)計(jì)、施工過程應(yīng)予以一定考慮，側(cè)面也驗(yàn)證了勘察成果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)論

本文通過巖溶區(qū)建筑工程勘察方法分析及效果評(píng)價(jià)，得出以下結(jié)論。1）巖溶區(qū)的勘察方法應(yīng)具多樣性，通過各種方法的相互印證、相互配合來提高勘察成果的準(zhǔn)確性，以便對(duì)后續(xù)工程建設(shè)進(jìn)行服務(wù)。2）根據(jù)工程實(shí)際，共有11個(gè)鉆孔有溶洞發(fā)育，且經(jīng)工程物探，檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)5個(gè)異常區(qū)，推測(cè)為巖溶強(qiáng)烈發(fā)育地區(qū)。3）經(jīng)勘察效果分析，一級(jí)指標(biāo)、二級(jí)指標(biāo)的穩(wěn)定性等級(jí)屬Ⅱ～Ⅳ級(jí)，且經(jīng)整體評(píng)價(jià)，其整體穩(wěn)定性得分為81.81，對(duì)應(yīng)整體穩(wěn)定性等級(jí)屬Ⅲ級(jí)，說明該項(xiàng)目巖溶發(fā)育程度一般，其穩(wěn)定性相對(duì)一般。

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