北盘江大桥桥址区岩溶发育特征及规律分析

李荣峰 李丽莉

(1.江苏省水文地质海洋地质勘查院，江苏淮安 223005;2.江苏中祥建设集团有限公司，江苏淮安 223200)

1 概述

我国碳酸盐岩分布广泛，面积约为2×106km2，其中裸露于地表的约为1.3×106km2。在贵州、四川、云南、广西、湖南和湖北诸省面积达5×105km2，呈连续分布状态［1］。岩溶发育主要受断裂构造控制，构造运动升降作用导致了溶洞发育具多层性，地表水的径流范围等控制着岩溶的发育深度和规模。北盘江大桥位于六盘水市水城县都格乡都格村与云南省宣威市普立乡腊龙村交界的北盘江大峡谷，为杭瑞高速公路贵州境毕节至都格段的重要工点。桥梁起点桩号为K218+903.406，终点桩号为K220+244.806，全长1 341.4 m，桥宽27.9 m。查清桥址区岩溶发育特征和规律，关乎桥梁的安全稳定，对桥梁设计、施工具有重要意义。

2 工程地质特性［1］

2.1 气候

桥址区属亚热带至温暖带云贵高原湿润季风气候区，降水量充沛。据水城气象站1988年～2005年气象资料，桥址区年平均气温11℃～15℃，年平均最低气温0℃～4℃，垂直温差较大。年平均降水量为1 141.9 mm，最大年降水量为1 353.1 mm(1997年)，最小年降水量为945.8 mm(1988年)，年内降水分布不平均，6月～9月为雨季，其降水量占全年降水量的77%;11月～次年3月为枯水季节，其降水量仅占年降水量的10%。

2.2 地形地貌

桥址区位于贵州高原西部北盘江流域上游，由于流水长期侵蚀，地面岩溶较发育，河谷两岸起伏陡峭。地貌属溶蚀中山地貌，受构造、岩性、气候、水流等因素的综合控制。地貌类型多样，发育典型，山峦延绵起伏，沟壑深覆险峻，经过多期地质构造运动，在内、外应力的作用下，产生了复杂多样的构造侵蚀～溶蚀中山地貌，形成陡峭的尖棱状山峰和沟谷。改变地貌形态的外营力主要为水流下切作用，山区河曲发育，比降大，河流以深切、冲刷作用为主，地表水侵蚀作用强烈，河流沟谷发育多呈树枝状展布的“U”形和“V”形谷产出。河谷两岸基本呈陡壁状，陡壁高度超过200 m。陡壁向两侧地形稍缓，其中云南岸坡度一般在20°～30°之间，局部达45°;贵州岸地形坡度一般约30°。桥址区峡谷两岸最大宽度约400 m，桥轴线河面标高约958 m，10号桥台处标高1 507 m，最大高差约550 m。桥轴线附近河谷走向约145°。

2.3 地层岩性

区域岩层自泥盆系至侏罗系均有出露，第四系厚度不大，但分布较为广泛。桥址区基岩以二叠系下统栖霞及茅口组灰岩为主体，岩性为灰色、深灰色厚层、厚层间中薄层致密状灰岩，其中以敲击有沥青嗅味及含燧石条带及结核为特征，地层产状一般为132°～135°∠24°～25°，裂隙发育，溶蚀现象普遍分布。桥址区第四系残坡积分布广泛，山顶零星，厚度薄，山坡及凹谷内厚度增大。由于灰岩溶蚀后的古岩面起伏不平，在古岩溶塌陷后形成不同厚度的古岩溶洞穴堆积。在4号索塔和10号桥台，最大揭露厚度分别达到38.2 m和60 m。

桥址区揭露的地层主要为第四系松散层和二叠系下统栖霞组—茅口组灰岩。岩性自上而下主要为:含黏土碎石、碎石、块石、微风化燧石灰岩(中厚层状)、微风化灰岩(厚层～巨厚层状)、微风化灰岩(中厚层状)和微风化炭质灰岩(中薄层状)夹层。

2.4 地质构造

场区处于扬子准地台—黔北台隆—六盘水断陷—普安旋扭构造变形区西北部—布坑底背斜的南翼。桥址区位于布坑底背斜南翼，为一单斜构造，发育一条小规模断裂(f1)，该断层位于都格村上寨组东侧陡崖之西，为一被松散层覆盖的隐伏断层，走向310°～320°，倾向东北，倾角约 50°～80°，长度小于 800 m。其北东侧陡崖与断层附近地面标高差约40 m，因长期风化剥蚀崩落的结果，崖面很少留有构造踪迹。断层所处的斜坡微地貌变化不明显，断层上覆3 m以上的松散坡积物没有发现任何构造运动踪迹，该断层在第四纪以来未活动。断层两侧厚层灰岩节理裂隙发育，部分密集成带，走向315°左右，条带状溶沟、溶槽随处可见。

桥址区节理裂隙一般以拉张节理为主，由于溶蚀作用，浅部地表以溶沟、溶槽出现，往下逐渐变窄至闭合。通过对溶沟、溶槽节理随机测量数据分析可知，310°～320°走向者占比为50%，10°～30°走向者占比为15%。310°～320°方位的节理(裂隙)在桥址区为主要节理组，是溶洞、溶沟、溶槽等岩溶发育的优势面。

2.5 新构造运动

场区地貌单元为强烈隆升的云贵高原向湖南丘陵过渡的斜坡地带。新构造运动表现以间歇性抬升为主，强烈期为新第三纪至第四纪初，晚更新世以来，新构造运动趋于和缓、稳定，具体表现为:河谷以V形下切，侵蚀作用强烈，河谷阶地或夷平面断续分布;山顶多锥形，山坡较陡，河谷沉积层不发育;松散堆积物较薄，基岩风化层较薄;山坡冲沟枝状分布，多有基岩出露;平顶甚至尖顶山坡面均有薄土层覆盖，反映出近期上升较缓。

2.6 水文地质条件

场区地表水属珠江水系，地处北盘江的支流。北盘江自西北向东南流向，断面陡狭，流速快，雨季洪水位暴涨，枯水位河床裸露。桥址区地下水主要为岩溶裂隙水。含水层为碳酸盐岩层(二叠系栖霞、茅口组)，以降雨和侧向径流补给为主，在溶蚀裂隙中运移，以泉的形式排泄于北盘江中。由于地形陡峻，高差大，地表浅部未见地下水位，江边发现下降泉水，流量较大，标高1 200 m以浅分布潜水包气带。

3 岩溶发育特征

3.1 地表岩溶发育特征

桥址区岩溶较发育，从地表观察，岩溶形态以溶沟、溶槽居多，少量为溶孔、溶隙，个别见有溶洞。溶沟、溶槽一般深0.5 m～1.5 m，宽0.2 m～1.0 m，长3 m～5 m，岩溶个体分布走向为310°～320°，与区内主要节理组走向一致。贵州和云南两岸均有315°方向展布的溶蚀裂隙带，两侧悬崖岸卸荷裂隙带裸露地表，走向为315°，与北盘江走势近平行。

地表岩溶多为半充填型，向深部多被黏土混碎石充填，部分溶沟内可见半胶结的砾岩被后期冲蚀再充填现象，未见软化的黏土或淤质物。在贵州岸1号辅助墩处悬崖壁见有较多溶蚀裂隙，壁面有0.1 mm～0.5 mm厚的淀积钙膜，局部可见石钟乳，多集中分布。

3.2 地下岩溶发育特征

在桥址区进行了钻探和物探工作，沿桥轴线共布置43个钻孔，其中贵州岸16个钻孔，3个孔见溶洞，云南岸27个钻孔，11个见溶洞;同时在大多数钻孔中溶蚀裂隙、溶蚀破碎带也较为发育。云南岸溶洞较贵州岸发育，按碳酸盐岩岩溶发育程度分级:贵州岸岩溶发育程度弱，云南岸岩溶发育程度中等。钻孔揭露的溶洞主要发育于厚层灰岩中，数量较多，规模较小，大部分溶洞的直径为2 m～3 m，且大多数被黏性土或角砾充填，发育深度多位于15 m～25 m。

沿桥轴线左右100 m内、地表100 m以浅布置多条测线、采用高密度电法、大地电磁法、浅层地震法、电磁波CT扫描法等物探方法探查岩溶发育情况。在贵州岸共发现2个溶洞，9个溶蚀裂隙带;在云南岸共发现2个溶洞和3个溶蚀破碎带。溶洞数量较多，规模较大，溶洞直径为10 m～20 m，大多数被黏性土或角砾充填，发育深度多位于20 m～30 m。

4 岩溶发育规律

4.1 节理裂隙与岩溶发育密切相关

桥址区节理裂隙在后期张性、张扭性应力作用下，裂隙开张，加速溶蚀，形成溶蚀裂隙带。315°～320°方向节理裂隙普遍分布，与地层产状几乎正交，其节理裂隙面为岩溶发育的优势面。

4.2 地层岩性是岩溶发育的基础条件

厚层状质纯灰岩是最易溶蚀的，桥址区两岸灰岩具备了这一溶蚀条件。

4.3 山川水势分布格局是岩溶发育的外在条件

周边地势隆起，中部的河溪汇流，顺坡向的地层产状，为岩溶发育奠定了有利条件。

4.4 地表及地下岩溶发育规律

桥址区地表岩溶以溶沟、溶槽居多，个别见有溶洞，多为半充填型，向深部多被黏土混碎石充填，部分溶沟内可见半胶结的砾岩被后期冲蚀再充填现象，未见软化的黏土或淤质物。桥址区近垂直裂隙发育，且地下水位低，地表水多沿垂向裂隙下渗、溶蚀，地下岩溶多垂向发育。综合分析钻探和物探资料，岩溶多沿垂向裂隙面发育，水平向岩溶发育现象较少，仅层面有溶蚀现象。

4.5 岩溶发育趋势预测

桥址区岩溶发展阶段多，经历了沉积—不均匀抬升—河谷切割—重力卸荷等阶段。但全新世以来，地壳趋于稳定，山川水势变化极为缓慢。由于地下水位低，地表100 m内现有的岩溶仅靠地表水的入渗溶蚀，发育趋势缓慢，可以认为基本处于稳定状态。

［1］杭瑞高速贵州省毕节至都格(黔滇界)公路BD-T17合同段北盘江大桥施工图设计工程地质勘察报告［R］.淮安:江苏省水文地质海洋地质勘查院，2011.

［2］李智毅，杨裕云.工程地质学概论［M］.北京:中国地质大学出版社，1999.

［3］GB 50021-2001，岩土工程勘察规范(2009年版)［S］.