某建設用地巖溶塌陷評估分析與預防措施

陳 峰

（廣州市地質調查院，廣東 廣州 510440）

我國城市化進程不斷加快，城鎮建設快速擴張，建設用地資源日趨緊張。而在石灰巖分布區巖溶塌陷災害呈現多發性、復雜性的嚴峻態勢，嚴重威脅人民群眾生命財產安全[1]。研究區位于廣州市白云區中部，石灰巖廣布，區內及周邊建筑物密集，人類工程活動強烈。開展巖溶地質災害評估工作，并采用適宜的防治措施具有重要意義。

1 工程地質條件

擬建場地地面起伏較小，高程9.32～10.72m，最大高差1.40m。根據勘探和調查結果[2]，場地主要分布有第四系沖積層（Qal）、第四系殘積層（Qel）和下伏壺天群灰巖(C2+3ht)。

1.1 地層巖性

（1）第四系（Q）。由殘積層和沖積層組成，其中殘積層巖性為粉質粘土，可塑狀為主，厚約0.50～2.10m，局部分布；沖積層由淤泥質土和中砂組成，表層為粉質粘土：局部分布，土層呈紅褐色、土黃色，飽和，可塑狀，土質不均勻，厚約0.90～9.40m；中部為中砂，廣泛分布，灰白色、局部黃褐色、灰色，飽和，厚約0.5～5.8m，；底部為粉質粘土，局部分布，紅褐色、土黃色，飽和，可塑狀，厚約0.90～23.10m。

（2）石炭系（C）。下伏地層為石炭系上～中統壺天群（C2+3ht），巖性為灰白，深灰色，中厚層狀隱晶～微晶質灰巖、白云質灰巖，地層產狀為135°∠55°，厚度＞150m，巖溶較發育。頂層埋深16.30～32.60m，按其風化程度可劃分為全風化、強風化、中分化及微風化帶。①全風化泥灰巖：分布不連續，厚度1.80～5.20m，巖石堅硬土狀。②強風化泥灰巖：分布不連續，厚度3.70～28.50m，巖石半巖板土狀、堅硬土狀。③中風化泥灰巖：分布不連續，厚度3.00～9.50m，巖石塊狀、短柱狀，裂隙發育，巖質極軟～軟。④微風化泥灰巖：分布不連續，厚度5.30～6.40m，巖石柱狀，巖質軟，錘擊聲不脆。⑤中風化灰巖：大范圍揭露，巖溶洞隙發育，巖溶基面起伏不平，高差變化大。勘察揭露層厚0.20～4.70m，平均1.22m，巖面起伏很大。⑥微風化灰巖：分布較廣，巖溶洞隙發育，巖溶基面起伏不平，高差變化大。揭露層厚0.10～6.40m，巖面起伏很大。

1.2 地下水發育情況

場地地下水分為第四系松散巖類孔隙水和碳酸鹽巖類裂隙溶洞水2大類型。

（1）第四系松散巖類孔隙水。分布于第四系沖積砂層，巖性為粉細中砂或泥質粗砂、礫砂等，分選性較差，結構以中密為多，含水層厚度約1.59～17.16m，水量豐富。

（2）碳酸鹽巖類裂隙溶洞水。碳酸鹽巖類裂隙溶洞水呈北北東－南南西向條帶狀分布，隱伏于第四系地層之下，主要含水層為灰巖、白云質灰巖，質純，酸不溶物含量少，厚層狀。受巖性、構造以及填充狀態等多因素作用，富水性差異較大。

1.3 地質構造

場地內的褶皺、斷裂構造不發育，未見大的區域斷裂構造通過，地表被第四系厚層覆蓋，未見基巖出露，地層產狀為135°∠55°。

2 巖溶塌陷評估分析

2.1 區域巖溶發育特征

根據地質資料，三元里～嘉禾段壺天群石灰巖巖溶較發育，類型主要為埋藏型，且以淺層巖溶發育為主，與第四系砂層聯通性較好。溶洞參數：洞頂標高-30.40～-3.74m，埋藏深度為19.34～44.40m，洞高0.40～15.10m，整體見洞率達41.6%，有25%的勘探鉆孔揭露兩層巖溶以上，靠近三元里段溶洞無充填物，全漏水，靠近嘉禾段溶洞有充填物，充填物主要為流塑、軟塑狀粘性土，局部為可塑狀粉質粘土或充填泥砂，灰巖上覆中粗砂和礫砂滲透性較好。在外力作用下，可能產生頂板垮塌風險，對工程建設造成較大影響[3]。

2.2 區內巖溶發育特征

根據巖土工程勘察，共完成施工鉆孔47個，其中共29個溶洞分布，大部分溶洞分布在擬建場地中部，局部溶洞零散分布，基本上無規律可言，其中有7個鉆孔內呈雙層或多層串狀分布，不良地質現象顯著發育，見洞率高達61.70%，而溶洞的規模與走向等指標未明。由于巖溶發育具有不均勻性，綜合區域水文地質資料結合研究區施工的鉆孔情況，判定研究區巖溶發育程度為強[4]。

2.3 巖溶塌陷危險性預測評價

巖溶塌陷發育影響因素主要包括基巖巖溶發育特征、土性特征以及地下水動力條件，其中前兩個因素在一定范圍及時期內基本不變，巖溶塌陷主要受地下水動力影響。因此，評價巖溶塌陷危險性的主要方式有地下水監測和第四系土層抗塌性能測試。

（1）巖溶塌陷的定性分析。擬建場地在巖溶發育程度上非常強烈，目前未進行處理，與塌陷關系最為密切的水動力條件未發生較大改變，周邊環境不存在大規模地下工程的抽排水活動，地下水位變化屬正常的季節性變化，推斷處于暫時性穩定平衡狀態。綜合評價建設場地內巖溶地面塌陷地質災害危險性大。

（2）巖溶塌陷的半定量預測。采用經驗類比與經驗指標法綜合考慮進行預測，預測的因素選取巖溶發育程度、覆蓋層巖性結構、覆蓋層厚度、巖溶地下水位、逕流條件、地貌等。預測因子賦值見表1。

預測指標判別值：N=K+S+H+W+F+G

表1 塌陷半定量預測因子賦值標準表

N=17～21，極易塌陷，可產生大量塌陷；N=13～16，易塌陷，可產生較多塌陷；N=9～12，不易塌陷，可產生小量或零星塌陷；N≤8，一般不易塌陷，屬穩定區，在特殊條件下可能產生個別塌陷。研究區巖溶發育程度極強烈，覆蓋層巖性結構一般上部為砂類土、淤泥質粘土，下部為粘性土，砂類土中局部夾有淤泥質粘土，根據已測量的巖溶地下水位情況，為承壓水，高出基巖面在10m以上，受斷層控制存在逕流帶，為潛水和巖溶水雙層含水層分布，地貌屬廣花盆地。各項指標取值分別為K=4，S=3，H=2，W=4，F=3，G=3，計算N=19，屬極易塌陷，綜合判斷可產生大量塌陷，存在大規模塌陷的可能。

研究區地下水補給主要為地表降水的豎向補給，擬建場地在工程建設工程中將會在巖溶孔洞頂板產生一個附加荷載，建設場地區基礎施工、基坑開挖時的人工降水，將進一步加劇巖溶孔洞塌陷產生可能性。巖溶塌陷直接危害對象為建筑物樁基礎，因此工程建設時不能大范圍大降深抽排地下水。綜合預測巖溶塌陷的危害為大，危險性為大。

3 巖溶塌陷預防措施

首先，在詳細查明巖溶發育的規模、分布特征以及地下水變化情況下，合理規劃建筑分布位置、建筑方式及施工工藝；第二，控制抽排地下水及機械貫穿等人為干擾因素，以防施工中引發地面塌陷；對已發現的土洞或溶洞，宜采取灌漿堵塞等工程措施進行防治；第三，開展地面或建筑物位移變形監測，以及布設鉆孔進行地下水位的長期監測與預警，做到早發現早防治。

4 結束語

廣州地區石灰巖分布區巖溶多發育，同時地下水排采、基坑開挖等工程建設易破壞原有地質條件，使工程建設遭受危害。針對巖溶塌陷危險性程度，結合工程建設實際，采用有效的預防措施降低或消除地質災害危害，從而保障人民生命財產安全。