閩西巖溶區(qū)某地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害勘查

邱志忠

（福建省建榕勘測設(shè)計有限公司 福建龍巖 364031）

1 概況

閩西巖溶區(qū)某地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害項目位于龍巖市連城縣某鎮(zhèn)，勘查區(qū)的建筑物為磚混結(jié)構(gòu)，地面1～3 層，建筑高度約3.20 m～10.00 m，面積約5 200 m2。地質(zhì)災(zāi)害表現(xiàn)為地面塌陷，與塌陷點相鄰的房屋水泥地面因此懸空開裂，塌陷點附近部分建筑出現(xiàn)微小裂縫。自2018 年11 月17 日凌晨，一祠堂出現(xiàn)塌陷點2 個，分別為L1 和L2。L1 塌陷在平面形態(tài)呈近圓形，直徑為9.0 m，深度為21.2 m，剖面上呈近壇狀，面積約60.0 m2。塌陷發(fā)生后，當(dāng)?shù)卣M織回填土方量約300 m3；L2塌陷在平面形態(tài)呈近圓形，直徑5.0 m，深度3.5 m，剖面上呈近淺碟狀，面積約19.0 m2。兩處塌陷影響其周邊4 戶20 余人，危及約200 萬元財產(chǎn)安全。

2 勘查區(qū)地形地貌及工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

勘查區(qū)地貌單元主要為低山-丘陵地貌單元，周邊山體呈渾圓形平頂狀，溝谷縱橫。地形坡度一般10°～30°，海拔高度314.4 m～746.5 m，相對高差432 m，最高峰的標(biāo)高為869 m，主要山脈走向為東西向?？辈閰^(qū)的微地貌為山間小盆地，為舊縣河支流的一級階地地貌，總體南高北低，地勢相對平坦，地形坡度3°～5°。

2.2 場地工程地質(zhì)條件

勘查區(qū)位于閩西南拗陷帶內(nèi)次一級的明溪—武平拗陷南側(cè)，區(qū)內(nèi)褶皺和裂隙發(fā)育。地表出露地層主要有石炭系下統(tǒng)林地組（C1l）和上統(tǒng)的船山組（C2c）、黃龍組（C2h）及第四系（Q）。受地質(zhì)構(gòu)造作用，巖石風(fēng)化厚度普遍較大，巖體普遍較破碎?？辈閰^(qū)內(nèi)巖石主要為陸相和海陸交互相沉積而成，第四系的土層直接覆蓋在石灰?guī)r之上，覆蓋層厚度10 m～30 m，場地屬淺覆蓋型巖溶區(qū)。本場地受區(qū)域性斷層擠壓的影響，巖體普遍較破碎，裂隙較發(fā)育，沿斷層、石灰?guī)r面有顯著溶蝕現(xiàn)象，中小型巖溶發(fā)育，地下水集中徑流。鉆探揭露的石灰?guī)r總厚度為28.49 m，溶洞厚度為5.40 m，線巖溶率為15.9%，巖溶發(fā)育強(qiáng)度分級為巖溶中等發(fā)育區(qū)。

根據(jù)地面調(diào)查及勘探揭露，勘查區(qū)地層由新到老主要有：人工堆積成因的雜填土，沖洪積成因的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、卵石和含卵石粉質(zhì)粘土，下伏基巖為石炭系上統(tǒng)黃龍組的石灰?guī)r。

2.3 水文地質(zhì)條件

勘查區(qū)地形平坦，區(qū)內(nèi)無大型地表水體。場地的東北側(cè)和南側(cè)分布有小池塘，排水條件較差，長時間降雨或暴雨期間，易匯水漫流。場地的東側(cè)約540 m 為舊縣河支流，河寬約60 m，水流由東向西，水深約0.50 m～1.00 m。

勘查區(qū)內(nèi)地下水的類型主要為第四系孔隙型潛水及石灰?guī)r中溶洞的巖溶水。孔隙型潛水主要賦存于卵石層，因上覆隔水層的作用在場地西側(cè)略具承壓性，水量豐富，為上部主要含水段。其余各土層總體屬于中等-弱透水層，水量較小。孔隙型潛水主要靠大氣降水、地表水及其它地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給；通過蒸發(fā)及地下水側(cè)向徑流等方式排泄，地下水逕流方向總體由北向南、由東向西方向排泄于低洼的山谷中。

3 地面塌陷成因及機(jī)理分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查資料分析，地面塌陷的產(chǎn)生與巖溶發(fā)育、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、大氣降雨、地下水、人為工程活動改變水動力條件等有關(guān)。

3.1 自然因素

（1）巖溶洞隙發(fā)育的影響。塌陷區(qū)下覆的基巖為石炭系黃龍組（C2h）的石灰?guī)r，處于地下水排泄流通區(qū)，溶蝕形成許多連通的溶洞。在塌陷點的地表下為天然形成的溶洞，溶洞凈高5.40 m，溶洞頂板巖土層較薄，厚10.85 m～27.60 m，為此次塌陷的直接原因。

（2）地層巖性的影響。塌陷區(qū)下伏基巖為石灰?guī)r，巖溶較發(fā)育，在節(jié)理、裂較發(fā)育地段易形成較大規(guī)模的隱伏溶洞。第四系覆層主要為沖積成因的粉質(zhì)粘土、卵石和含卵石粉質(zhì)粘土。從致塌條件分析，隨著土的顆粒變粗，其抗塌性降低。場地巖土體的結(jié)構(gòu)越破碎，其滲透系數(shù)越大，導(dǎo)水性越好，其抗塌性越差，越容易發(fā)生塌陷。

（3）地質(zhì)構(gòu)造的影響。區(qū)域上塌陷區(qū)處于閩西南拗陷帶中，斷裂構(gòu)造發(fā)育在塌陷區(qū)南側(cè)500 m～600 m 處有一條北北西向斷層，斷層走向長度約3.4 km，傾向西南。受該斷層的影響，勘查區(qū)內(nèi)巖體相對較破碎，導(dǎo)致基巖含水層的滲透性和導(dǎo)水性好，為地下水的活動提供了必要的通道。

（4）大氣降雨的影響。根據(jù)收集的氣象資料，塌陷發(fā)生時，正處于汛期，持續(xù)了多日強(qiáng)降雨。持續(xù)的大氣降雨使基巖上部的覆蓋層巖土體過量充水，達(dá)到過飽和狀態(tài)，同時起到一定的軟化、滲透潛蝕作用。塌陷處的地表為平地且無水泥硬化，降雨時雨水不易快速沿地表流走，大部分沿第四系松散土層下滲，沿巖溶通道逕流，補(bǔ)給巖溶地下水。下伏石灰?guī)r的巖石破碎、節(jié)理裂發(fā)育、巖溶發(fā)育，為大氣降雨的滲入和地下水徑流提供了良好的天然通道。地下水的頻繁活動將可溶巖進(jìn)行潛蝕、掏空，同時將巖溶通道中充填物搬運帶走。這樣就產(chǎn)生了溶洞，且溶洞還在不斷被擴(kuò)大，當(dāng)溶洞頂板厚度慢慢變薄，其自穩(wěn)能力不斷降低。當(dāng)承受不住上部巖土體重量時，就會發(fā)生巖溶塌陷。

（5）地下水的影響。長時間頻繁降雨，導(dǎo)致地下水位不斷升降。上部覆蓋層巖土體在地下水不斷升降過程中反復(fù)漲縮，使各土體間的結(jié)合力及抗剪強(qiáng)度降低。場地溶洞、土洞的形成、發(fā)展與地下水的活動密切相關(guān)。土層中細(xì)顆粒易被潛蝕、吸蝕，其下有排泄沖蝕物的巖溶通道，上部土體在地下水的升降過程的運動中對土體不斷產(chǎn)生潛蝕、吸蝕、搬運作用，形成土洞。經(jīng)長時間的發(fā)展，最終形成地面塌陷。

3.2 人為因素

勘查區(qū)內(nèi)有水井，當(dāng)?shù)鼐用裨谒畠?nèi)采取地下水，對地下水的水平衡產(chǎn)生一定的破壞作用，使得地下水降落漏斗不斷增大，地下水的水流速增加。地下水對上部覆蓋層巖土體的潛蝕和對巖溶充填物的溶蝕搬運作用加強(qiáng)，加快了地面塌陷的產(chǎn)生。

綜上所述，地面塌陷主要是在不利的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、大氣降雨等自然因素條件下形成的。地面塌陷具有隨機(jī)性、突發(fā)性，且危險性大的特點。本次塌陷形成的主要原因是地下水長年活動，下伏石灰?guī)r存在開口型溶洞，地表蓋層厚度薄，結(jié)構(gòu)松散，其致塌力與抗塌力處于極限平衡狀態(tài)。塌陷的誘因是長時間降雨。因降雨量大，地下水位迅速上升充滿原土洞空間，浸泡土洞頂板，降低覆蓋層的巖土抗塌力。當(dāng)降雨停止后地下水位下降，形成真空吸蝕。因地下水升降的反復(fù)作用，使原本處開極限平衡狀態(tài)的土洞頂板因致塌力的增加，抗塌力的降低，破壞原有平衡從而產(chǎn)生塌陷。

4 地面塌陷穩(wěn)定性分析與評價

根據(jù)地質(zhì)測繪及野外鉆探成果，場地地處溶蝕-構(gòu)造成因的殘丘階地，巖溶發(fā)育程度中等發(fā)育區(qū)域。L1 和L2 塌陷主要分布在場地的南部，呈東西向分布。該塌陷屬于小型地面塌陷，塌陷已部分充填，充填物疏松，有地下水流沖刷的跡象，塌陷接近休止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)環(huán)境改變時可能復(fù)活。

塌陷現(xiàn)處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，基巖面在現(xiàn)地面以下10.85 m～27.60 m，為厚層狀石灰?guī)r，裂隙張開，溶蝕較嚴(yán)重。巖層直走（350°∠45°）向與溶洞斜交，傾角較陡。洞徑高度大（為5.40 m），呈橢圓狀，埋藏較淺。頂板厚度?。ê穸葹?.4 m），與洞徑比小（為0.07）。溶洞充填物松散，洞底見近期塌落物，巖溶水活動強(qiáng)烈，流速較大，巖溶洞隙的穩(wěn)定性差。

根據(jù)塌陷分布和密度特征分析，本區(qū)巖溶塌陷的強(qiáng)度中等，發(fā)育速度中等，頻率較低。根據(jù)牽引形成的周邊裂縫及塌陷深度和塌陷區(qū)巖土層的物理、力學(xué)性質(zhì)分析，其外緣土體存在潛在的塌陷面。如不采取有效治理措施，在地下水的作用下，可能繼續(xù)發(fā)生滑塌，危及周邊住戶安全。

5 防治工程方案建議

根據(jù)本次鉆探揭示的巖土層分布情況，上部覆蓋層厚度較薄，地表水和地下水活動為塌陷穩(wěn)定性的主要影響因素，建議勘查區(qū)采用綜合治理的工程措施［1-5］。

（1）治理地表水：做好地表水截流、防滲和堵漏等疏導(dǎo)排泄措施，杜絕地表水滲入，防止土洞進(jìn)一步發(fā)育和新土洞的產(chǎn)生。

（2）挖填處理：對發(fā)現(xiàn)的淺層土洞和表層塌陷形成的軟土進(jìn)行挖除，然后采用毛石混凝土回填。對地下水形成的深層土洞和塌陷，可局部采用挖除軟土和拋填塊石后做反濾層，面層用粘性土夯實。

（3）注漿處理：把水泥漿液或其它漿液均勻地注入到土洞和其周圍土體的裂縫、孔隙中，硬化后將與土洞、溶洞內(nèi)的充填物和周圍土體膠結(jié)成一個整體，形成一個強(qiáng)度大、壓縮性低、抗?jié)B性高和穩(wěn)定性良好的巖土體。根據(jù)本場地土洞、溶洞充填物的性質(zhì)情況，建議采用高壓噴射注漿方法進(jìn)行地基加固處理。

6 結(jié)語

（1）場地屬淺覆蓋型巖溶區(qū)，構(gòu)造較復(fù)雜、巖溶發(fā)育，巖溶地下水位埋深淺；石灰?guī)r上部為第四系的土層，第四系孔隙水與下部巖溶水聯(lián)系密切，具備發(fā)生地面塌陷的自然條件。主要是在不利的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、大氣降雨和地下水等自然因素條件下形成。塌陷形成誘因是本次的長時間降雨。

（2）塌陷現(xiàn)處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，巖溶洞隙的穩(wěn)定性，巖溶塌陷的地質(zhì)環(huán)境中等復(fù)雜。地下水對巖溶塌陷的影響強(qiáng)烈，巖溶塌陷易發(fā)性高，危害性較大。

（3）實施工程治理前，加強(qiáng)塌陷區(qū)的地面變形觀測和預(yù)警工作。一旦變形加劇，應(yīng)對塌陷周邊土體失穩(wěn)做出預(yù)警，及時處理，人員應(yīng)盡快盡早撤離，防止發(fā)生災(zāi)難性事故。

（4）建議塌陷區(qū)綜合治理工程措施為挖填處理和注漿處理。