工程勘察結合物探法在道路塌陷調查中的應用

袁 峰 宗 靜

(1.江蘇科泰巖土工程有限公司，江蘇 泰州 225309； 2.南京市測繪勘察研究院股份有限公司，江蘇 南京 210019)

近年來，城市道路塌陷越來越多，日漸成為城市管理的一大難題。路面塌陷不斷發生，且有同一區域多次發生塌陷的現狀。這勢必給地上建筑、地下管線、市內交通帶來嚴重的破壞，造成財產損失，甚至人員傷亡。因此，探尋城市道路塌陷的原因，并制定相應的治理措施已然成為當前地質災害治理的一個熱門課題[1]。國內學者已進行了卓有成效的研究，其中，胡聿涵等[2]統計了近10年城市道路塌陷案例，認為人為因素是塌陷的主因，提出了以預防為主的治理對策；吳毅勇[3]認為地下水是路面塌陷的主要因素，并提出了預防和治理的措施；王繼偉[4]結合案例總結了地下空洞的成因，并提出了道路塌陷隱患檢測和確保安全運營的科學建議；劉春明[5]分析了部分城市道路塌陷的成因，提出了檢測技術和采取的對策；郭士禮等[6]分析了道路塌陷的誘因，提出了探地雷達的布置原則，并討論了參數設置和數據采集的評判方法；王建峰[7]從探測線圈參數入手，進行了瞬變電磁法應用于道路塌陷的研究；許澤善等[8]根據蘭州市道路塌陷實際情況，分析了該地區地下病害的形成原因，介紹了探地雷達在病害檢測方面的技術和數據處理的經驗及難題；呂祥鋒[9]分析了路基塌陷的原因，提出了小孔路基疏密鉆測方法，用于路基疏密判定，快速診斷塌陷危險區路基疏密程度；徐迎春[10]結合道路塌陷處理的經驗分析了塌陷的原因，提出從設施巡查、管道隱患排查、地面空洞檢測等方面預防，并給出了完善應急處置制度的建議；崔海濤等[11]通過多個城市的工程實踐，形成了一套車載陣列雷達預警探測道路塌陷的技術方法和作業流程，應用于道路塌陷預警探測?；谏鲜鰧W者研究，本文以南京市江寧區某道路塌陷工程事故為例，通過工程勘察方法和物探方法，調查分析了事故發生的原因，提出了有效的處理建議，以期對該地區道路塌陷的預防和治理提供經驗參考。

1 工程背景

1.1 塌陷位置

南京江寧區金盛路某小區門口，城市道路出現路面局部塌陷。經調閱該道路下市政管線資料，并于現場核對調查，發現塌陷區域地下約6 m～7 m深處有一條平行于道路的φ1 800 mm的污水管道；埋深2 m～3 m有一條平行于道路的φ500 mm污水管，塌陷區位于兩條污水管道之間?，F場情況詳見圖1。φ500 mm污水管，其管材為鋼筋混凝土，采用明挖施工；塌陷區另一側φ1 800 mm污水管，管材為鋼筋混凝土，采用頂管施工；污水管垂直側，即塌陷區北側埋有φ1 800 mm污水管的圓形工作井，該工作井頂板埋深約2.0 m，半徑約3.6 m，采用沉井法施工。

1.2 工程地質概況

場地地面高程在6.550 m～6.811 m之間，地勢平坦。場地范圍內巖土層自上而下分為：①1雜填土。雜色，松散，為粉質粘土混大量磚塊、碎石填積，成分較為雜亂，最大粒徑大于0.1 m，碎石、磚塊等硬質含量10%～20%，欠均質。填齡大于5年。層厚1.5 m～3.2 m。①2素填土。黃褐色，軟～可塑，由粉質粘土混少量碎磚、碎石填積，局部夾植物根系，土質不均勻。填齡大于10年。層頂埋深1.5 m～1.7 m，層厚0.6 m～1.0 m。①2a淤泥、淤泥質填土?；疑液谏魉埽|植物，有腐臭味。層頂埋深2.0 m～2.2 m，層厚0.2 m。②1粉土?；疑忻?，局部稍密，含少量云母碎片，搖振反應迅速。層頂埋深1.8 m～3.2 m，層厚3.3 m～5.0 m。②2淤泥質粉質粘土夾粉土、粉砂?；疑?，流塑，粉土、粉砂為稍密，呈水平層理，局部呈互層狀，粉土、粉砂和淤泥質粉質粘土層厚比約1∶4～1∶3。層頂埋深5.2 m～7.1 m，揭露層厚2.9 m～5.5 m。②3粉土、粉砂夾淤泥質粉質粘土?；疑?，稍～中密，淤泥質粉質粘土為流塑，呈水平層理，局部呈互層狀。層頂埋深10.2 m～11.6 m，揭露層厚3.4 m～4.1 m。②4淤泥質粉質粘土?；疑魉埽植繆A稍密粉土，切面稍有光澤，韌性、干強度低。層頂埋深14.3 m～15.1 m，層厚3.7 m～4.3 m。工程影響范圍內的土體物理力學參數見表1。

表1 土體物理力學參數

1.3 水文地質概況

根據勘探揭示的場地巖土層分布情況和實地觀測結果，本場地地下水為潛水。主要賦存于①層人工填土層和②層新近沉積土中。①層人工填土結構松散、孔隙大，有利于地下水的滲透及匯集，含水較為豐富，雨季時出水量較大，滲透性良好但不均勻，屬弱透水地層；②層粉質粘土夾粉土、粉砂,含水量較高，透水性較弱，屬弱透水地層。

2 工程勘察調查分析

2.1 工程勘察工作

勘探點沿塌陷區周圍布置，各勘探點間距為5 m～10 m左右。本工程共布置26個勘探點，其中取土孔8個，界限鑒別孔9個，靜力觸探孔9個。取土孔孔深按20 m控制，界限鑒別孔孔深按20 m控制，靜力觸探孔孔深按15 m控制，外業完成工作量見表2。

表2 鉆探工程量統計表

外業勘探工作于2019年12月23日～2019年12月28日進行，投入XY-1A型百米鉆機3臺。為保證取樣及原位測試質量，采用鋼護筒和泥漿護壁的鉆進工藝。

2.2 工程勘察結果分析

本次勘察在鉆孔中采取了10組地下水樣。根據水質分子，以離子含量大于25%作為水的化學類型定名界限值，場地地表水和地下水中各主要離子、分子含量見表3。

表3 水質分析統計表

經調查，場地和周邊無環境污染源。根據GB 50021—2001巖土工程勘察規范2009年版的環境評價標準，該場地環境類型為Ⅱ類。從表3的水質分析看，場地地下水和地表水對混凝土結構具有微腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

本次勘察在地下水位以上采取了10件土體試樣，進行了易溶鹽分析試驗，場地土體內離子含量見表4。

表4 土質分析統計表

3 物探法調查分析

3.1 物探工作

通過物探方法，以該道路下φ1 800 mm的污水管為中軸線，對塌陷區周邊以污水主管道中軸線兩側各5 m以W8井為中點沿道路方向前后各10 m總計為10 m×20 m的區域范圍進行物探，探明目標區域地下10 m深度范圍內管道附近是否還存在其他空洞。物探過程首先采用彈性波CT地震勘探方法。該方法能夠在不損壞物體的前提下，得到物體內部的物理參數分布、幾何形態等需要的信息。一般是通過接收在物體外部發射并且穿過物體而攜帶有物體內部各種信息的物理信號，利用計算機重建技術，重現物體內部結構。然后采用VSP垂直地震剖面法，該方法是在地表附近激發，在井中不同深度布置一些檢波器進行觀測，即檢波器放在井中，測線沿井孔垂向布置，所以這種方法稱為垂直地震剖面法。最后采用雷達探測，該方法通過發射天線向地下發射高頻電磁波，電磁波在傳播途中遇到電性分界面時產生反射，反射波被地面的接收天線所接收，通過對反射電磁波旅行時，形態、振幅等信息的分析處理，反演推斷探測區域范圍內結構、構造及異常體的分布情況。

3.2 物探法調查結果分析

圖2為采用CT地震勘探技術采集的地震勘探剖面圖。其中圖2中大圓圈是φ1 800污水管道接頭處的檢查井室(沉井)范圍，方框是在塌陷區附近。根據圖2可看出，探測區域2 m～6 m深度的切片中存在低速的松散區，這表明該處已經發生水土流失，形成松散區或空洞。這與地勘鉆孔發現的位置基本吻合。

圖3為探測區域7 m～10 m深度CT地震勘探剖面切片，其中圖中φ1 800污水管道接頭處的檢查井室(沉井)范圍，方框是在塌陷區附近，從圖3同樣可看出，該區域存在低速的松散區，進一步證明該場地下已發生水土流失，形成松散現象。

圖4為VSP物探剖面圖，從圖4可看出，探測區域垂直于道路縱向切片，中間圓圈是管道位置，隨著靠近塌陷區在3 m～8 m深度速度逐漸減小，在塌陷區下方存在松散異常區。該探測結果與地質勘察和CT地震勘探調查的結果基本吻合。

圖5為低頻雷達探測剖面圖，從圖5可看出，塌陷區2 m以上表土層同相軸紊亂，這表明此處填埋物與周邊同層位不相同。在測線橫向8 m～13 m，數據的同相軸錯亂，該區域對應地表為塌陷區，區域地下8 m以上層位相對紊亂，表明此區域范圍為松散脫空區，其他區域并未見異常。

綜合彈性波CT地震勘探、VSP垂直地震剖面法和低頻地質雷達3種方法，并在排除已知管線及現場其他因素造成的異常后，判定塌陷區周圍地質條件較為穩定。在塌陷區下方2 m～10 m深度范圍存在不同程度的松散區，3 m～6 m的松散程度相對嚴重，在平面上的投影面積約為10 m2～12 m2。

4 結語