1、广东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2023年2月第30卷 第2期FEB 2023Vol.30 No.2DOI:10.19731/j.gdtmyjz.2023.02.004作者简介：彭功勋（1973-），男，博士，正高级工程师，主要从事岩土工程方面的勘察、设计、检测监测和研究工作。E-mail：0引言岩溶的发育受岩组特征、构造特征、地下水化学特征、地下水活动条件等多种因素的控制1-6，因此，其空间分布和规模存在随机性，从而表现出较显著的概率特性。据研究，岩溶沿深度方向存在垂直分带特性5-10，即：不同深度范围的岩溶发育强度存在差异且呈现
2、出条带状分布特征。但这种差异性所蕴含的规律却较少深入探讨。也正因此，在工程实践中，勘察人员提供给设计人员的岩溶统计数据往往是较为笼统的见洞隙率和线岩溶率数值，以及单个溶洞的信息，而缺乏对岩溶空间分布更精细的统计分析及规律表述。事实上，由于岩溶的垂直分带性，浅部和深部的岩溶率、一定深度以内的见洞隙率或线岩溶率都存在差异。尤其工程中常用的线岩溶率指标，存在终孔条件引起的“选择优势”效应，在一定的场地条件下存在被低估或高估的可能，需引起关注。本文基于广州若干工程项目的数据对此进行了探讨。1岩溶率沿深度的变化前人对岩溶沿深度方向的变化规律进行了较多的定性研究5-10，其分带依据包括地下水运动特点、岩溶
3、形态特征、岩溶发育强度等7。但对于岩溶率变化的定量分析相对较少。1.1概念及表达式设某项目有n个钻遇灰岩的钻孔，合计入岩总进尺Dt（m）；钻遇溶洞的钻孔m个，所有溶洞合计进尺dt（m）。当前勘察报告一般提供的场地见洞隙率m0、线岩溶率d0、可分别由式、进行计算：m0=mn100%d0=dtDt100%以岩面为起点，沿深度按每米设定一个单位区间，记每个单位区间中点的深度为hi（i=1，2，），则有hi=i-0.5。设项目n个灰岩孔中有ki个孔的入岩深度小于i-1，即hi所属的单位区间内仅有（n-ki）个孔；若统计得该单位区间内的见溶洞钻孔数为mi个，溶洞合计进尺为di，则该单位区间的见洞隙率mi
4、和线岩溶率di分别如式、所示：mi=min-ki100%di=din-ki100%将i米深度范围内各单位区间的线岩溶率进行平均，即可计算得到i米深度范围内灰岩的线岩溶率di，岩溶率深度校正及应用彭功勋，赖胜，许韬，谢易，唐健（广州市市政工程设计研究总院有限公司广州510060）摘要：通过若干工程实例分析了岩溶率指标随着勘探孔入岩深度的变化规律。研究表明，见洞隙率和线岩溶率对于一个工程场地都并非常量，而是随着入岩深度而发生变化；一个工程场地的溶洞疏松度基本表现为一个常量；岩面以下一定深度范围内的见洞隙率随着入岩深度增加，逐渐趋近于一个极值，而线岩溶率则一般呈减小的趋势。并由此提出，具体工程充分考
5、虑工程的特点，给出针对性的、经深度校正后的线岩溶率指标以有效指导设计和施工。关键词：见洞隙率；线岩溶率；溶洞疏松度；深度校正中图分类号：TU435文献标志码：A文章编号：1671-4563（2023）02-015-04Depth Correction of Karst Rate and Its ApplicationDepth Correction of Karst Rate and Its ApplicationPENG Gongxun，LAI Sheng，XU Tao，XIE Yi，TANG Jian（Guangzhou Municipal Engineering Design&Resea
6、rch InstituteGuangzhou510060，China）AbstractAbstract：Some engineering examples are used to analyze the variation of karstification index with the depth of penetration of exploration hole.The results show that the liner karst rate as well as the borehole porosity rate is not constant for a project sit
7、e，but varies withthe depth of rock entry.However，the porosity degree of karst cave in an engineering site is basically a constant.With the increase of thedepth of rock entry，the whole-depth borehole porosity rate tends to a limit value，while the liner karst rate tends to decrease.It is suggested tha
8、t the specific project should take the characteristics of the project into account，and the liner karst rate index after depth correction isgiven to guide the design and construction effectively.Key wordsKey words：borehole porosity rate；liner karst rate；porosity degree；depth correction15彭功勋，等：岩溶率深度校正
9、及应用FEB 2023 Vol.30 No.22023年2月 第30卷 第2期如式所示：di=1ij=1idj不过，i米深度范围内的见洞隙率mi却无法通过各单位区间的见洞隙率mi计算得到。设i米深度范围内统计的见溶洞钻孔数为mi个，则i米深度范围内的见洞隙率mi的表达式如所示：mi=min100%1.2岩溶率沿深度变化为研究上述指标的变化情况，在对21个不同类型的工程项目3 113个灰岩区钻孔的统计基础上，本文选取了3个典型项目A、B、C作为主要研究对象进行分析。3个典型项目的灰岩区钻孔数分别为530个、280个、205个，数据量充分；3个项目的场地见洞隙率m0、线岩溶率d0如表1所示。对3个
10、项目的mi、di、mi、di的统计结果表明，这些指标沿深度变化。3 个项目的mi、di、mi、di沿深度的变化曲线如图1所示。需注意的是，由于起始统计点从岩面处开始，因此顶部1 m区间往往存在一层岩溶顶板，使得该区间的见洞隙率mi和线岩溶率di偏低。这一初始段异常趋势在下文的讨论中予以忽略。由图1可知：4个参数沿深度方向都并非常量，而是有不同的变化；单位区间的见洞隙率mi和线岩溶率di沿深度方向并非总是下降的，浅部降低后，深部可能有所回弹；一定深度范围内的见洞隙率mi沿深度方向持续增加，一般超过一定深度后快速趋近于一个极值，具有收敛性；一定深度范围内的线岩溶率di沿深度一般呈现稳定下降趋势，但
11、个别项目的特定深度区间可能不下降，甚至略有回升；同一项目的mi和di变化曲线具有较为显著的相似性。由于深度超过5 m后，见洞隙率mi一般具有收敛性。如图 1所示，3个项目 的mi大 致 趋 近 于 75.3%、23.2%、45.0%，和表1中的m0接近或基本一致。故可认为一个项目场地的m是唯一的，可取m0或mi（i值取平均入岩深度取整即可）。然而，线岩溶率di沿深度的变化往往较为明显。除个别情况外，对于一个工程场地，di一般沿深度逐渐减弱。因此，项目终孔深度要求越高，钻孔实际钻探深度越深，所得到的线岩溶率指标可能越小，若简单应用d0指标，可能导致误判。2溶洞疏松度2.1概念提出如前所述，mi和
12、di变化曲线具有较为显著的相似性。项目代号ABCm0/%70.7522.8644.88d0/%21.343.8827.40表13个项目场地见洞隙率、线岩溶率Tab.1Borehole Porosity Rate and Liner Karst Rateof Three Projects项目A项目B10mi/%403050010di/%h/m2204406308101412162018040mi/%h/m250470660880101412162018010di/%h/m2204406308501014121620180h/m24681014121620182000mi/%h/m21043062
13、0810141216201800di/%h/m2104620810141216201800di/%h/m21046158101412162018500mi/%h/m10520101520图13个项目的mi、di、mi、di沿深度的变化曲线Fig.1Change of mi，di，mi，diwith Depth in Three Projects项目C00mi/%h/m2204406860101412162018010mi/%h/m22044063085010141216201800h/m510152010di/%204030500h/m41216200di/%2040816广东土木与建筑FEB
14、 2023 Vol.30 No.22023年2月 第30卷 第2期令p=di/mi，求3个项目各单位区间的p值，其结果如图 2 所示。可见，每个项目的 p 值均接近于一个常量。3个项目的dimi关系如图3所示，由图3可知，dimi之间具有相当良好的线性相关性。3个项目的di/mi平均值及dimi相关系数 R如表2所示。由于p值事实上反映了见洞的单位区间内溶洞洞深占比，大致体现出见洞隙处有多“空”，故将其称为“溶洞疏松度”。对同一个项目，溶洞疏松度p沿深度基本接近一常量，这一规律表明，溶洞疏松度p是一个场地岩溶发育情况的重要表征指标。2.2溶洞疏松度与平均洞径的相关性作 为 自 然 形 成 物，
15、岩 溶 具 有 一 定 的 分 形 特征11-12，即具有空间上的自相似性，故初步判断溶洞疏松度p与溶洞尺寸d有一定的相关性。为此，统计了21个工程项目的溶洞疏松度p及平均洞径d，统计结果如图4所示。由图4可见，p和d呈线性相关关系；作双侧检验，其相关系数 RR0.001=0.652，即显著性超过 99.9%，说明相关性十分显著。p和d两者近似呈以下线性关系：p=0.06d+0.593岩溶率深度校正如前所述，各岩溶率指标沿深度变化。因此，对于不同的基础类型、不同的埋置深度、处理不同的问题，若采用同一岩溶率指标，可能造成一定程度的误判。为此，实际应用时，需要根据具体情况进行深度校正，从而正确指导
16、设计和施工。3.1案例概况以下以项目B为例进行讨论。项目B为桥梁工程，桩径1.21.8 m，孔深要求穿过溶洞进入完整微风化岩5倍桩径。钻探完成钻孔的最终深度，平均进入岩面以下约16.9 m，设计桥桩平均进入岩面以下约10.5 m；钻遇溶洞120个，溶洞规模统计情况如图5所示。最大洞径 4.9 m，平均洞径为 1.53 m，56个洞径1 m，81个洞径1.8 m。3.2线岩溶率指标深度校正表3为项目B几个重要的线岩溶率指标统计值。表3中，除d0和岩面下16.9 m深度的di十分接近外，其余各指标相互差距均较大。其中，桩身范围，即入岩10.5 m深度范围内的线岩溶率指标di=5.11%；而桩底处的单位区间线岩溶率指标di仅为1.56%，其下45 m范围的di平均仅约1.45%。图33个项目midi间的相关性Fig.3Correlation between midiin Three Projects单位区间线岩溶率/%单位区间见洞隙率/%0500403020302010105040单位区间线岩溶率/%单位区间见洞隙率/%0020151015105520单位区间线岩溶率/%单位区间见洞隙率/%
