粵東北某地巖溶塌陷成因分析及治理建議

蒙 毅

（廣東省核工業(yè)地質局二九二大隊，廣東 河源 517001）

受強降雨（當?shù)胤Q“龍舟水”）影響，在粵東北喀斯特巖溶地形地貌區(qū)，地面常常突然性塌陷，導致場地不均勻坍塌，使周圍地質結構失穩(wěn)，邊坡傾斜甚至開裂，對人民生命財產造成極大危害。為治理該類地質災害，場地工程地質勘察不可或缺，旨在查明地質災害的基本特征和發(fā)生成因，有的放矢地實施工程治理[1]。本文以粵東北某地巖溶地面塌陷場地工程勘查為切入點，重點分析巖溶地面塌陷成因，提出針對巖溶地面塌陷的工程治理措施。

1 基本概況

該巖溶塌陷災害點位于粵東北南嶺山脈南麓，屬我國南方地區(qū)局部存在的覆蓋型巖溶區(qū)。2019年5月5日，該地連續(xù)強降雨引起地面不均勻沉降，地面產生大小不一的裂縫，最后導致地質邊坡突然塌陷，致使厚20cm的砼板出現(xiàn)約3m2的開口，當日晚間，地質塌陷加劇，其西側砼板下方填土層土體被掏空，塌陷面積累計約30m2，坑深約24m，全部充滿水。鄰近邊坡地下水位深1m，水面震蕩，持續(xù)冒泡30s后水位穩(wěn)定（見圖1、圖2）。

圖1 塌陷坑形成初期特征

圖2 塌陷坑繼續(xù)發(fā)育后特征

據(jù)調查，巖溶塌陷坑周邊地坪及地質結構產生29條地面及墻體裂縫，多沿塌陷坑呈弧形分布，裂縫呈垂直和傾斜兩種形態(tài)，傾角35°～55°寬度2mm～30mm不等。

2 塌陷區(qū)地質特征

2.1 地層巖性組成

塌陷區(qū)出露的地層由老至新有石炭系中統(tǒng)黃龍組（C2h）和第四系（Q4）（見圖 3）。

圖3 區(qū)域地質圖

2.1.1 石炭系中統(tǒng)黃龍組（C2h）

隱伏于第四系地層以下，屬覆蓋型巖溶區(qū)。據(jù)鉆孔資料顯示，巖性為白云質灰?guī)r及灰?guī)r，多呈灰色、灰白色、褐紅色，隱晶質結構，厚層構造，局部巖石節(jié)理裂隙方解石脈發(fā)育，裂隙面見褐紅色鐵質渲染或泥鐵質物充填[2]。區(qū)內大面積分布；巖芯溶隙軸夾角為15°～19°，與巖溶土洞長軸方向近似一致，埋深＞15m。鉆孔揭露該地層時常見串珠狀溶洞洞穴。

2.1.2 第四系（Q4）

塌陷區(qū)內大面積出露，由上至下為人工填土層（Q4ml）、沖洪積層（Q4al+pl）和殘坡積層（Q4el+dl）組成。人工填土層主要成分為粉質黏土，厚1m～3m，夾雜人工填埋的廢棄垃圾、邊坡碎塊；

沖洪積層主要由砂土層（細砂、中砂、粗砂和砂礫）、卵石、碎石土、粉質粘土、淤泥質砂土等組成，揭露厚度3.9m～29.1m。

殘坡積層主要有粉質黏土組成，厚0.3m～40.9m不等，為土洞發(fā)育的主要層位，土洞多全充填淤泥質粉土或流塑性細砂。

2.2 斷裂構造

塌陷區(qū)地處河源深大斷裂北西側，受區(qū)域構造作用嚴格控制。距離塌陷點最近的構造為上營斷裂，位于塌陷點東南側，直線距離約700m。上營斷裂總體走向NE35°，與區(qū)內河流—大席河走向基本一致，它溝通塌陷區(qū)地下水活動，對塌陷區(qū)內巖土層完整程度及場地的穩(wěn)定性存在一定的影響，上營斷層上下盤巖性主要為砂巖及薄層泥巖，巖面光滑細膩，顏色發(fā)紅，接觸帶內碎裂化、硅化強烈，裂隙發(fā)育，擠壓作用強烈，見擠壓泥巖呈玻璃化，呈頁、片狀、碎裂狀（見圖3），局部見綠泥石、黃鐵礦充填在裂隙內，裂隙內滲水，該點有上升泉活動。斷層產狀有三組：315°∠70°、321°∠82°、305°∠73°；構造方位分布在215°～231°一線，往北東向延伸匯入大席河。

2.3 水文地質條件

塌陷區(qū)分布于大席河左岸，整個塌陷區(qū)受兩側的溪溝挾持，區(qū)內大小水溝錯綜復雜。地表水為東江水系支流—大席河及多條村內溪溝，大席河水流方向與上營斷裂走向基本一致；地下水源豐富，地下水流向整體上沿北西-南東向展布，與塌陷區(qū)所在山丘平臺走向一致，距山腳300m～500m（見圖4）。裂縫發(fā)育走向基本上亦與之大致吻合。

圖4 上營斷層發(fā)育特征

區(qū)內居民生產生活用水以抽取地下水為主，地下水水量在雨旱季時令與大席河水位呈互為消漲關系。

為了進一步了解地表水與地下水的徑流關系，本文利用MAPGIS軟件DMT模塊對塌陷區(qū)及周邊8個抽水井地下水位數(shù)據(jù)進行地下水流向模擬，結果顯示塌陷區(qū)及其周圍地下水徑流方向為南東向，與上營斷層走向呈垂直關系，推測上營斷層在深部溝通了塌陷區(qū)巖溶地下水，與塌陷區(qū)地下水活動在深部存在水力聯(lián)系，地表水與地下水相互貫通且影響密切。綜合認為大席河水文地質條件對塌陷區(qū)穩(wěn)定性有所影響。

3 巖溶塌陷基本成因分析及治理建議

3.1 成因分析

洪流常常漫過塌陷區(qū)內溝谷或山前白云質石灰?guī)r岸邊，沖洪積物沉積形成了淤泥粘土質砂礫土地層，即第四系地層，它直接覆蓋在下伏石炭系中統(tǒng)黃龍組白云質灰?guī)r地層上，這是塌陷區(qū)地史上最早期的地層巖性組合。由于地殼運動和河源深大斷裂構造作用的影響下，上營斷層初具雛形，加之周邊有利地形水流向斷層部位匯流，逐步形成了現(xiàn)狀的大席河。

一方面，由于石灰?guī)r的易溶性，地下水活動頻繁，侵蝕作用強烈，巖溶普遍發(fā)育，形成大量溶洞。另一方面，經過長期雨旱季交替變換引起地下水位漲落變化，促使砂土緩慢流失，上覆沖洪積層土層內薄弱部位產生自然土洞[3]。

地下水活動對溶洞土洞亦影響巨大。長期以來地質工程建設設施較為落后，是施工企業(yè)在使用工程用水量較多，地下水位變化幅度及速度較大。地下水的潛蝕效應及垂直滲壓效應，加劇了土體收縮，砂土流失，致使土洞“破頂”，加之地質工程建設設施自重，持力層承載力不夠，造成土體下陷，在地面上沿原地下水流向形成剪切裂縫，進一步產生塌陷坑，導致地面不均勻沉降，使地質結構及邊坡失穩(wěn)，被張裂力破壞。在極端天氣下，一旦溶洞土洞頂板支撐力小于上覆地層壓力，即造成突發(fā)性巖溶塌陷。

3.2 治理建議

塌陷區(qū)場地受災對象主要是塌陷溶洞坑、地質沉陷、邊坡滑坡，建議在查明場地地質災害情況前提下，采取如下措施進行治理：

（1）充填塌陷區(qū)既有的溶洞土洞。具體是利用塊石和級配較好的砂礫石作為骨料，其中塊石塊徑約20cm～30cm，砂礫石要求粒徑1cm～5cm，再注入水泥漿液，待凝固后形成一個完整的硬化基底；

（2）加固施工區(qū)域內人工填土層。按間距布置鉆探，在孔內灌漿固結硬化該地層；

（3）灌漿固結地質結構基礎；開挖地質基礎局部，設置灌漿槽，讓水泥漿液貫入地質施工工程基礎的砌石縫隙中，圍護加固工程基礎。