贵阳地区基本地质环境和主要岩土工程问题综述

贵阳地区基本地质环境和主要岩土工程问题综述袁志英，郝江南（贵阳岩土工程勘察有限公司，贵州贵阳５５０００３）大岩溶构造盆地，广泛分布着三迭系和二迭系碳酸盐类岩石，出露和分布面积达６０％以上，局部地段有碎屑岩分布。第四系土层多为残坡积成因的红粘土，冲洪积成因的亚粘土、粘土、碎石类土和泥砾零星分布于洼地、河谷阶地及缓坡地带。第四系土层厚度变化较大，一般为数米至１０余米〔３〕。目前，贵阳地区建筑物向“重、高、深”方向发展，第四系土层很难满足上部荷载要求，一些新区的开发建设除需对上覆第四系土层进行研究，还涉及到下伏岩石和基坑边坡的稳定问题，故对第四系土层、下伏岩石的研究具有强烈的现实性和适用性，已经成为业内人士共同关心的课题。贵阳地区以沉积岩为主要岩石类型。地质历史上频繁的海侵、海退导致种类繁多的岩石类型产生，这从岩石的物质成分、结构类型及厚度上均可反映出来。一般情况下，海侵时多为深海相沉积形成碳酸盐类岩系；海退时多为浅海相沉积和海陆交替相沉积形成碎屑岩类岩系。贵阳地区自中生代燕山运动后，构造运动强烈，古生界地层普遍遭到皱褶和发生断裂，后再经喜山运动，老的构造形迹被复活和强化，形成今日的地形、地貌以及构造十分复杂的地质景观。主要褶皱为近南北向的贵阳一中曹司船型向斜，断层基本上是以北北东、北东、北东东向为主。以水口寺一图云关逆掩断层、照壁山张性正断层为主要代表，并伴随次一级构造形迹。地貌以岩溶洼地和岩溶丘陵为主。受构造影响，地貌呈现背斜呈山、向斜成谷且规模不等的构造山体。贵阳市中心区，较主要地层岩性分布及工程地质特点由于贵阳地区地质构造复杂，岩土单元繁多，导致岩土工程地质条件和岩土工程地质问题具有复杂性和多变性。现将贵阳中心地区主要岩土构成情况、分布范围以及与之相应的工程地质特点和主要的岩土工程地质问题分述如下：侏罗系（Ｊ）：为陆相沉积，主要岩性多为砂岩夹泥、页岩。主要呈带状分布于黔灵湖、二桥、小河地区。表层风化严重。地貌上多形成丘陵。砂岩为贵阳地区建材——黄砂的主要来源。斜坡地段表层经风化后形成厚度较大的残坡积。地球与环境层，该层一般处于极限平衡状态，工程开挖或暴雨会导致边坡失稳而出现塌方或滑坡，黔春路、火车北站等滑坡均位于该层，工程应用中对此应予高度重视。此外，在工程实际中我们发现，当泥、页岩作持力层时，由室内岩样单轴自然抗压强度确定的地基承载力特征值与岩体实际强度有较大差异，试验值明显偏低。故在实际工作中应以现场载荷试验或桩载试验来确定岩石的地基承载力特征值或单桩承载力特征值。对侏罗系分布地区，岩土工程勘察工作的重点是：１．客观、准确地确定和挖掘砂岩、泥页岩的承载力；２．在存在自然斜坡和工程边坡时应重视对其稳定性的研究和评价；３．泥、页岩具有开挖曝露后易崩解、遇水浸湿易软化，从而导致承载力大幅下降这一工程特性，这是地基验槽时应高度重视的一个问题。三叠系（Ｔ）：系贵阳市最重要且分布最广的地层，对此地层的研究具有非常重要的实用意义。三叠系地层分下统、中统、上统。贵阳市主要分布为下统和中统。下统（Ｔ1）：分沙堡湾组（Ｔ1ｓ）、大冶组（Ｔ１ｄ）、安顺组（Ｔ１ａ）。沙堡湾组（Ｔ1ｓ）：浅黄色、黄绿色、棕褐色页岩夹薄层泥质灰岩、泥灰岩。此层为二迭系与三迭系分界的标志层，主要分布于太慈桥、头桥、贵州师大一带。１０余米至数十米，多有粘土充填，延伸亦较大，常将岩体切割成“豆腐块状”。主要工程地质问题是岩溶洞穴，充填和半充填的隐伏型溶洞以及大型溶沟（槽）对地基稳定性的影响。对宽度、深度较大的溶沟（槽），判断其两侧岩体的稳定性对建（构）筑物的安全至关重要。该层岩体一般具有较高的力学强度，是良好的天然地基。安顺组（Ｔ1ａ）：浅灰、灰白色厚层至块状白云岩，局部段见有原生厚层块状角砾岩，风化面呈灰黑色刀砍状，俗称“婆婆脸”。安顺组与三迭系关岭组分界标志层为关岭组底部厚数米的灰绿色斑脱岩化凝灰岩，俗称“绿豆岩”。为贵阳市典型的岩溶化地层。岩溶形态主要表现为岩面急剧起伏，溶沟、溶槽特别发育，但有时呈襄状垂直形态。通常在极小范围内，起伏差可达１０ｍ以上。受构造裂隙及断层影响可形成较大规模溶洞。溶洞发育深度常达３０～４０ｍ，且常在垂直方向上呈串珠状多层溶洞，一般情况下，该层顶部有强风化“砂糖状”白云砂存在，厚度不等，个别风化严重地段可达数米。安顺组白云岩持力层多为微风化，一般具有较高的力学强度。勘察要点是查明岩溶现象对地基稳定性的影响以及顶部强风化层的分布范围。此套岩性工程地质特性复杂，建筑性能差异很大，在一般大型工程项目施工中，往往产生环境工程地质问题。此套页岩层易成为软弱结构面而导致顺层滑坡产生。大冶组（Ｔ，ａ）：根据岩性可进一步划分为：第一段（Ｔ1ｄ１）：薄层及叶片状含泥质灰岩为主，偶夹少量中厚层灰岩、叶片状泥质灰岩。常见蠕虫状结构，岩层褶皱剧烈。该层岩石倾向与坡向一致时形成顺向坡，施工开挖坡脚会引起岩层顺层滑移，影响临近建筑物安全；在岩层水平和陡倾角无临空面情况下，作为建筑物地基适宜，具有较高的力学强度。第二段（Ｔ1ｄ２）：以肉红、浅灰色中至厚层致密灰岩夹薄层灰岩。缓倾岩层“Ｘ”节理发育，受构造裂隙及地下水影响，岩溶发育强烈，常产生较大的岩溶洞穴和大型溶沟（槽）。岩溶常沿大型陡倾节理发育。溶洞、溶沟（槽）多以垂向发育为主。中统（Ｔ2）：划分为关岭组（Ｔ2ｇ）、法郎组（Ｔ2ｆ）。法郎组（Ｔ2ｆ）：底部有一层灰岩，为关岭组与法郎组分界线，岩性以中厚层夹薄层白云质灰岩为主，质纯，夹有泥质层，溶孔及晶孔发育，地貌上多形成中山，常形成陡崖。薄层白云质灰岩则形成缓坡，岩溶发育不强烈，主要分布在南岳山、后巢等地。该层具有良好的建筑性能，无特殊复杂的工程地质问题。但岩层倾向与坡向一致时，易产生沿岩面顺层滑移，如沙冲路滑坡。关岭组（Ｔ2g）：为一套岩性种类较多、组合复杂的碳酸盐岩系地层，主要分布在喷水池一纪念塔、延安中路一紫林庵一河滨公园一人民广场一遵义路一火车站及三桥一带，老城区分布广泛，金阳新区亦有分布。因岩性种类繁多且组合复杂，多以互层或夹层形式出现，加之不同岩性力学性质和工程特性差别。在勘察实践中，对该套地层地基承载力的取值，各勘察单位极不统一，差异甚大。钻探过程取芯困难，岩石室内试验指标积累较少；尤其市中心区旧城改造加快，高层建筑激增，研究此岩层特性及挖掘地基潜力已成迫在眉睫之事。关岭组的主要工程问题是：１．准确划分岩质单元、合理确定岩石地基承载力；２．岩溶对地基稳定性的影响；３．开挖曝露后泥岩、泥灰岩产生崩解、遇水浸软化后使承载力大幅度降低；４．该层岩石倾向与坡向一致形成顺向坡时，施工开挖坡脚引起的岩层顺层滑移。按岩性此地层可划分为三段。第一段（Ｔ2g1）：以浅灰微带肉红色的白云质灰岩为主，偶夹泥灰岩、泥岩，分布在北门桥、红石街、石板坡等地。受构造影响，地段岩溶发育，有小型溶洞。主要工程地质问题为地基潜力挖掘和岩质单元的划分以及小型溶洞对建筑物的影响。第二段（Ｔ2g2）：以中厚层泥质白云岩、泥灰岩互层，偶夹泥质灰岩、泥质石灰岩，以灰黄色为主，也有灰绿色、黄绿色、蓝灰色等泥灰岩。差异风化严重，夹层间及沿裂隙风化带常呈土状，暴雨后易发生局部坍塌，地貌多为缓丘或沿走向展布陇岗槽谷地形。分布于市中心，为中心区主要建筑物场址。工程地质勘察时，应重点研究岩质单元划分和地基强度的挖掘。贵阳高层及特高层建筑多位于此地层，必要时可作一定数量载荷试验研究，使地基强度更接近客观，以降低基础工程造价。此外，对局部特殊地段，如火车站、朝阳洞一带需对浅层岩溶进行研究。第三段（T2g3）：下部以浅灰色薄至中厚层白云质灰岩与褐黄色中至薄层白云岩，泥质白云岩互层，偶夹薄层状泥岩及数层蠕虫状“疙瘩”泥质灰岩。上部以深灰色中厚层白云质灰岩夹致密灰岩，局部含泥质，偶夹褐色薄层泥质白云岩及少量泥灰岩。主要分布于瑞金北路、北京路，南明河省委段两岸，岩溶发育不强烈。勘察要点为岩质单元划分和合理提出地基强度。当岩层倾角较陡时，基槽断面可能分布为不同岩质单元，合理确定地基承载力是研究的重点。二叠系（Ｐ）：主要出露和分布于贵阳盆地东侧红岩村、水口寺、煤矿村、森林公园、百花山、头桥一带。此地层分下统、上统。下统分栖霞组（Ｐ１ｑ）、茅口组（Ｐ１ｍ）。栖霞组（Ｐ1ｑ）：岩性为深灰色中至厚层状结晶灰岩，底部含泥质，层间夹薄层炭质页岩，偶含燧石结核和条带。地貌上多呈中山，受岩性控制，岩溶发育不强烈，无明显的风化带，作为边坡只要不沿顺向切坡，山体稳定性较好；作为地基具有较高的物理力学指标。无特殊复杂的工程地质问题，但在遇含燧石结核和条带时钻探钻进困难。茅口组（Ｐ1ｍ）：为灰白色厚层至块状致密灰岩，局部段有一套灰色薄层状石灰岩与硅质岩互层（见于头桥转弯塘及黔灵公园大门处）。岩体完整，质地坚硬，具有很高的力学强度和良好的建筑性能，为建筑物理想的天然地基，无特殊复杂的工程地质问题。龙潭组（Ｐ2ｌ）：为灰色绿色泥、页岩，粉砂岩及硅质层夹炭质页岩、煤层及灰岩。主要分布于百花山、煤矿村、金顶山、头桥、五里关一带。龙潭组主要工程地质特点和问题如下：１．地貌多形成缓丘。一般缓丘表层堆积坡洪积成因的粘土混碎石层。砂、页岩泥质层表层风化严重。施工过程中，大量削方易产生工程浅层滑坡。工程勘察时应重视地质环境评价。上伏粘土混碎石层有一定厚度，具良好建筑性能，其承载力可达２５０ｋＰａ，压缩模量１２～１５ＭＰａ，是修建一般多层建筑物的良好天然地基。下伏基岩因含有煤层，厚度变化较大且层位不稳定。市区附近虽无大型煤矿，但由于历史上民间小煤窑较多，开采无规律，形成采空区，是影响地基稳定性的隐患，此问题在工程勘察中应作重点研究。２．泥、页岩常发育厚度较大的强风化层。如松山村、百花山厚度达２０～３０ｍ，金顶山强风化层厚度更达４０余米。该层静载荷试验承载力特征值一般为为３００～４００ｋＰａ，变形模量Ｅ0２０～３０ＭＰａ，是多层建筑良好的天然地基。工程实践中应加强对强风化层的研究。３．硅质岩、灰岩常呈似层状、透镜状产出，沿岩层走、倾向尖灭再现的特征显著，故对其空间产状的研究，对准确划分岩质单元、合理确定地基承载力特征值，确保建（构）筑物的安全有着重要的工程意义。４．龙潭组的泥、页岩和砂岩较侏罗纪的泥、页岩和砂岩有较高的力学强度，在工程实践中应予区别对待。与侏罗系一样，龙潭组泥、页岩也具有开挖曝露后易崩解、遇水浸后易软化，从而导致承载力大幅降低的工程特性，应予以足够重视。长兴组（Ｐ。ｃ）：为灰深色厚层块状结晶灰岩，含燧石结核。该层在区域上厚度变化较大，岩溶不甚发育；具较高力学强度，分布区域与龙潭组一致；厚度较小，分布范围较龙潭组小。钻探钻进困难。大隆组（Ｐｚｄ）：黄色、灰绿色硅质页岩，厚度仅８ｍ左右，一般建筑场地以互层形式出现，风化严重，头桥、海马冲一带有此层出露，岩石多为碎块状和碎裂状。清弃强风化层后该层具有与碎石垫层类似的力学强度。易形成浅表滑移。分布着冲洪积成因的亚粘土、粘土、碎石类土和泥砾等，在贵乌路、沙河桥、贵州日报社等地有冲洪积成因的次生粘土（泥角砾），为褐黄色、黄色粘土，以硬塑状态为主，质地细腻，因系原生红粘土经搬运或机械淋滤而成，故裂隙发育，厚度一般５～８ｍ不等。该土层水理指标与红粘土相似，力学性能与相同状态的原生红粘土接近，承载力特征值较原生红粘土稍低。因其中粘性土可压缩，碎石（角砾）不可压缩，因而压缩模量（Ｅｓ）略偏高，为拟建多层或一般高层的良好天然地基。贵阳市刑侦大楼用该层作浅基础。３第四系土层分布及工程地质特点贵阳地区第四系土层堆积厚度不大，主要分布在贵阳盆地中部。多为残坡积成因的红粘土。红粘土分布范围广，为一般建筑物和多层建筑物的良好天然地基，其厚度主要受控于下伏基岩的起伏，一般为数米至１０余米不等。目前尚未发现红粘土厚度超过３０ｍ。红粘土纵向有从上到下逐渐变软的趋由于红粘土厚度与基岩面的起伏关系密切，导致在很多地段红粘土厚度变化极大；而基岩面起伏剧烈是碳酸盐岩的主要工程特性之一，因此对红粘土地基的均匀性评价就成为保证建（构）筑物安全的一个重要问题。此外，红粘土曝露和遭水浸后其物理性质会产生很大变化，力学强度将大幅度降低，故在开