河池至百色高速公路丘莫屯地表開裂分析

趙志忠

摘 要：為了研究河池至百色高速公路丘莫特大橋樁基施工引發的地表開裂、塌陷原因及整治對策，通過采用地質鉆探、調繪、地球物理勘探多種手段和方法，對地表開裂原因進行了綜合分析，并預測未來地表開裂、塌陷發展的趨勢，最后提出了針對性的整治對策。

關鍵詞：高速公路；樁基施工；巖溶；地表開裂

前言

地表開裂、塌陷是巖溶地區常見的工程地質災害，但由于地質災害發生區域的地質、水文環境及工程類型不盡相同，地表開裂、塌陷所產生的原因與作用機理同樣存在差異，文章通過丘莫屯地質勘察成果，對地質構造演變過程及開裂、塌陷機理進行分析，以期為同類型地質災害的預判及處治提供經驗。

1 概況

丘莫特大橋是河池至百色高速公路控制性工程之一，橋長1410米，跨越巴拉河后與丘莫隧道相接，橋梁南段東側緊鄰河池市東蘭鎮新煙村丘莫屯。巴拉河南岸共布設樁基16根，樁基施工采用140kW沖擊成孔，第四根樁基施工過程中，發現樁基附近一帶房屋邊緣出現裂縫，隨即施工停止，而后丘莫屯多處出現地表裂縫及民房開裂，地面連續裂縫長度超過40米，裂縫寬度2-5mm，且開裂速度有不斷向外擴展。

2 丘莫屯工程地質條件

2.1 勘察方法

地表開裂出現后，對丘莫屯進行地質勘察，勘察綜合采用了工程地質鉆探、調繪、地球物理勘探多種手段和方法，具體勘察工作布置如表1：

2.2 地形地貌

結合地質資料及早期勘察成果，可知勘察區兼具褶皺洼地及巖溶洼地的特點，東往西向大體呈“山”字形褶皺，大致垂直于這一“山”字形的次級褶皺束控制著河谷的總體形態。丘莫屯位于巴拉河河谷區，本段河流總體上呈梯狀下落，在上游平臺邊緣地表水未見明顯變小，說明地下溶洞入水口明顯受阻。地下暗河與地表河相互貫通，地表形成河谷階地，同時地下暗河逐漸被河谷堆積物填充，地表水、地下水主要在表層交互，巖溶逐漸在表層灰巖一帶發展，形成現丘莫屯底部寬大溶洞并形成篩狀小型巖溶漏斗。

2.3 地層巖性

通過地質鉆孔揭示，丘莫屯地層由第四系覆蓋層（Q）和石炭系上統（C3）石灰巖組成。

（1）第四系覆蓋層（Q）

自下而上依次為全新統早期殘坡積粘土（Q4el+dl）、全新統后期沖洪積卵石土（Q42al），伴有第四系全新統晚期溶洞內填充物（Q42）：

第四系全新統早期殘坡積層（Q4el+dl）：以粘土為主，一般呈褐黃色，局部地段缺失，層厚多在1～8m之間，不能排除局部存在更厚層的可能性，飽水，一般呈軟塑-流塑狀，標貫擊數一般1-3擊，鉆進過程均有明顯縮孔。

第四系全新統晚期沖洪積（Q42al）：以卵石土為主，卵石一般呈渾圓狀，主要由灰巖碎屑組成，粒徑一般介于50-200mm，充填砂礫局部充填泥質，潮濕——飽水，稍密——中密。

第四系全新統晚期溶洞內填充物（Q42）：根據鉆探資料，丘莫屯周邊下部溶洞基本已完全填充，但填充物基本未固結，泥砂仍呈稠度極大的黏糊狀，填充物多由砂礫及泥水混合物組成，部分地段底部含卵礫石。

（2）石炭系上統（C3）灰巖

勘察深度內灰巖呈中風化狀態，灰色，隱晶質結構，中厚～厚層狀構造，巖石堅硬。受巖溶作用、構造擠壓上部基巖面起伏較大，巖溶洼地內表層灰巖多被流塑軟土披蓋；內有大型巖溶發育，現代河道下溶洞多被第四系松散砂礫、粘粒充填完全，局部夾雜卵石。從直觀上看，溶洞大部分沉積物比現代河道飽水松散砂層疏松流變性更強。

2.4 水文地質條件

地表水：丘莫屯緊鄰巴拉河，巴拉河屬常年性河流，本段河流由東南流向西北，主要以大氣降水及暗河補給，旱季流量不大，雨季流量較大，容易形成短期洪水，勘察期間河水寬約11.00m，水深0.50m，流量約190L/s。

地下水：地下水主要為巖溶水，其次為第四系覆蓋層中的孔隙水、基巖中的巖溶裂隙水。勘察區地下水與地表水通過大小不等的巖溶漏斗相互緊密聯系，導致巖溶小漏斗在地表如篩狀發展，也給丘莫屯大范圍地表開裂提供了條件。

3 丘莫屯房屋開裂、地面沉陷分析

（1）勘察區地下溶洞發育，較大溶槽分布，表層灰巖發育篩狀巖溶小漏斗，為丘莫屯地表開裂、地面沉陷提供的基本條件。結合地質勘察結論，丘莫屯總體上看屬于近東西向褶皺束的背斜段（如圖1），而背斜是良好的儲水地段，為特大型巖溶發育提供了條件。上述褶皺核心地帶形成大型溶洞后，在新生代喜馬拉雅運動期局部地段發生平行于褶皺方向的斷裂，東段受太平洋板塊自南向北擠壓，發生走向大致垂直于東西向褶皺的次級褶皺，這一褶皺發生時期相對較晚，但速度相對較快（大于河道切割速度），致使形成現有梯狀河道。進入第四系以來，這一褶皺仍持續活動。對溶洞而言，這一褶皺則使溶洞暗河出口受阻，形成事實上的淤積壩（如圖2），填充物只進不出或者進多出少致使溶洞內部填充物大量聚集。

從溶洞填充物膠結程度分析，丘莫屯河谷底部溶洞的發展在第四紀中晚期遇阻并逐漸進入緩慢填充時期。目前，填充仍在進行中，溶洞內物質基本呈流砂狀，要完成這一過程，尚需要漫長的地質時期。在施工之前，地下溶洞填充物基本呈湖相，是接近靜止的，是丘莫屯在施工樁基階段才產生較大變形的地質背景。

大型溶洞分布呈湖相：受巖性及構造作用，為該區域形成大型溶洞創造良好條件，受后期構造影響，巖溶出水口被非灰巖系地層阻斷，逐漸形成地下湖。

篩狀巖溶漏斗發育：類似地下湖的巖溶流體物質長期以來基本處于靜止或水文交換極差的狀態，下部水鈣離子含量基本飽和，致使巖溶向下發展遇阻，逐步為丘莫屯低洼地帶篩狀巖溶漏斗形成創造條件。雖然地表篩狀溶洞尚無直接證據表明其存在。但是，本次鉆探中，大量的地下溶洞填充物以粘粒及砂礫居多，部分地段集中卵石，且粒徑明顯分化，這也間接印證了篩狀小型巖溶漏斗的存在。

（2）樁基施工是丘莫屯地表開裂、地面沉陷的直接原因

未開挖樁基之前，勘察區溶洞已被泥砂完全充填，溶洞的進一步填充、固結仍在過程之中。溶洞蓋板上部地層與溶洞內物質通過各種形態漏斗相聯系，漏斗上下物質與溶洞內物質處于脆弱的動態平衡狀態，降雨量多寡、地震等因素使這一平衡隨時都被打破，只是平時變形不大，未引起重視而已。

丘莫大橋本段樁基直徑3.4米，這樣的大型嵌巖樁一般采用重型沖擊鉆進行施工。本段施工采用140kW沖擊鉆，帶動15噸吊錘沖擊作業，沉渣通過泥漿循環帶出，這一過程將溶洞內原有沉積物帶出，引起周邊流體補償這一力學平衡，進而沿漏斗方向自近而遠的打破漏斗上下原有動態平衡，地基物質沿篩狀漏斗跌落或擠入下部溶洞，于是產生地表沉降。

（3）勘察區卵石之下存在軟弱地基土，是大范圍房屋變形、地面下陷的部分原因

根據勘察資料，變形區域內地表卵石之下灰巖之上一般分布黏土層，此粘土層一般下部2.0米呈流塑狀態。由于施工而引發區域地質環境發生變化，粘土層持力效果較差，進行造成地表開裂、下陷。

塑性很強的粘土，在下部溶洞填充物流動過程中，由于支撐壓力減小，受真空吸附，沿篩狀漏斗將向下運動。上部卵石、下部黏土這種不正常的地層結構本身就意味著，丘莫屯現低洼地帶在第四系地質歷史上經歷了湖積逐漸轉向沖積的過渡期。這一地層組合特征也是勘察區下部巖溶水呈湖相的又一佐證。

4 整治方案

（1）對完成基坑開挖的樁基盡快澆筑，以便盡快封閉巖溶填充物出口，促使現有溶洞填充物快速穩定。

（2）樁基施工中難以避免擾動溶洞填充物，應采用對溶洞填充物擾動少的施工工藝，同時在不影響樁基穩定的前提下，也可以適當減小樁基入巖深度。

（3）施工過程中對丘莫屯人員及重要財產組織撤離，同時加強周邊變形監測。

（4）樁基施工完成后，對屯內較大巖溶漏斗，盡快填埋。影響區變形穩定后，組織權威部門對受災區房屋進行評估。

5 結束語

丘莫屯樁基開挖過程中產生沉陷是多種因素相互交織的結果。主要由新構造運動及溶洞內淤積現狀、軟弱地基土、地下巖溶呈篩狀漏斗發育、樁基開挖等因素。丘莫屯變形受復雜因素控制，現行的施工方案只可減緩沉陷發展速度，預防災難性事故發生，卻難以絕對制止變形發生。因此，下一步應加強地表變形監測，發現突變時，采取動態設計并及時處治。

參考文獻

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