广州白云区某高速桥梁桩基地面塌陷成因分析及处理

李 容

(广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东 广州 510507)

本研究基于广州市白云区某高速主线桥50#墩地面塌陷实践，使用钻探、CT等综合勘察手段查明探测剖面范围内的岩面起伏、岩溶发育情况，分析发生地面塌陷的因素，有针对性地采用钻孔注浆法加固治理塌陷路面，为工程勘察、设计及施工提供借鉴。

1 项目概况

广州白云区某高速主线桥50#墩发生地面塌陷事故，位于京广高铁桥以西沿鸦岗大道西行约650 m处。塌陷区位于中央分隔带中偏南，面积约300 m2，最大塌陷深度约2.5 m。大约有20 m×6 m的塌陷区域位于两条车道上，导致西往东方向只有最南侧的一条车道供通行。

2 地面塌陷致灾因子分析

2.1 岩溶发育

岩溶是产生塌陷的基础，为塌陷物质提供容纳的场所和运移的空间，其分布和发育受构造断裂带、褶皱轴部及可溶性岩石等因素控制。本研究区位于广州西北部的广花盆地内，构造上处于华南褶皱系粤中坳陷广花凹陷的广花复式向斜上，控制其构造走向的区域大断层为广三-瘦狗岭断层和广从断层。地层以沉积地层为主，岩溶比较发育，主要由中上石炭统壶天组灰岩、白云质灰岩，下石炭统石磴组灰岩等可溶性岩组成。据统计壶天组灰岩及石磴组灰岩有很高的岩溶发育率。通常在断层、褶皱轴部位置岩石破碎,岩溶发育,是地下水补给、径流、排泄的主要通道，在抽汲地下水时,往往沿着这些地带产生地面塌陷。

2.2 松散覆盖层

覆盖层的特征在一定程度上对地面塌陷起着控制作用，本研究区覆盖层为淤泥质土、粉质黏土、砂土多元结构，厚约16 m。地面塌陷灾害表明，地面塌陷多发生在上覆层厚度在0～20 m的覆盖层地带，约占塌陷总数的85%。多元结构地质特征中的土层颗粒粗细不均，结构较松散，土层渗透性能差异大，容易产生因冲刷而形成的土洞和塌陷。

2.3 地下水

地下水是岩溶塌陷形成中最积极、最活跃的因素,因其对岩体长期不断的溶蚀和侵蚀，使得溶洞逐渐扩大，同时地下水可以溶解土体中某些可溶性矿物和胶结物，并带走土体中某些细小颗粒对覆盖层产生潜蚀作用，导致土洞的产生。地下水的反复作用，可使土洞逐渐扩大，最终导致塌陷的发生。本研究区邻近白坭河受潮汐影响，长期地下水位升降作用，在溶洞顶形成较大的土洞，在震动、挤压作用下，土洞下沉，引起地面下陷。

2.4 人工活动

因邻近桩基采用冲击钻施工，震动较大，导致溶洞顶板塌陷或者开裂，致使细砂层和淤泥层水土流失，引起地面沉陷。

3 地面塌陷治理措施

3.1 钻探结果

塌陷区边缘布置了CYZX50a、CYZX50b、CYZX50d三个钻孔，位于塌陷区的原钻孔为CYZX50-1、CYZX50-3，补充勘察钻孔平面布置图见图1。

图1 补充勘察钻孔平面布置图

根据钻探资料结果显示，塌陷区内除了钻孔CYZX50b，其他钻孔均有揭示溶洞发育，塌陷区内见洞率为80%，其中钻孔CYZK50-3附近溶洞最为发育，溶洞率为44%，最高溶洞厚度为10.3 m，整塌陷区内溶洞率为27%，溶洞平均厚度为4.3 m(详见表1)。

表1 塌陷区岩溶发育分布表

3.2 CT探测

为再次验证塌陷区的地下溶洞分布、大小等情况，对CYZX50a、CYZX50b、CYZX50d孔间地层进行CT探测。

探测结果显示，塌陷区的覆盖层厚度约为16 m，覆盖层未见土洞发育，岩面以下溶洞广泛分布，最大体量的溶洞位于CYZX50d中心至西侧12 m的范围内(见图2)，即平面图所示的CYZX50-3附近。CT结果与地质资料吻合，该溶洞中心与塌陷区中心位置基本吻合。

图2 CT扫描断面图

溶洞与覆盖层间均存在一定厚度的顶板，且塌陷区下方的溶洞顶板厚度为1～3 m，此次塌陷发生后，溶洞顶板并未垮塌。可判定是覆盖层内的砂土淤泥质土流失引起的塌陷。

3.3 塌陷治理措施

针对引起本次塌陷的原因，对本次塌陷采取如下措施：

(1)首先用片(碎)石对塌陷区进行回填，中分带回填至原地面高程，机动车道回填至原路面以下约0.7 m。

(2)机动车道顶面用高强快硬混凝土浇筑约70 cm厚的混凝土板。(已在塌陷抢险期完成)。

(3)路基以下的土层受塌陷影响，变得松散、密实度低，拟采用回填+注浆法进行加固处理。

(4)塌陷区涵盖了50#-1和50#-3桩位，后续的桩基冲孔施工过程仍然存在塌陷的风险，因此对位于50#桥墩桩位下方的溶洞进行注浆封闭处理。由于上述两根桩的钻孔桩状图显示与岩面相邻的覆盖层底部为约3 m厚的砂土层，应同时对此砂土层进行注浆固化，以防止冲孔施工击裂溶洞顶板，砂土层再次流失造成塌陷。

(5)50#墩桩位范围以外的其他塌陷区域，岩面以下的溶洞顶板无垮塌，且溶洞顶板有一定的厚度，可不进行溶洞的注浆处治。

(6)先进行覆盖土层加固处治，再对桩位处的溶洞进行注浆预处理。

4 结语

(1)岩溶地面塌陷分布受地质构造、地下水条件、覆盖层岩土结构特征等因素的影响，还与人类工程活动密切相关，在岩溶区施工时应尽量减少人类工程活动对岩土体的扰动，从而避免发生岩溶地面塌陷等地质灾害。

(2)通过分析发生塌陷的客观条件和影响塌陷的各种因素，以此作为预测的依据，最后根据发生塌陷的机理，有针对性地提出合理的处理措施，达到良好的加固效果。