白云山西侧地区岩溶发育成因及地面塌陷治理分析

李亚军 高 林

（1.广东省佛山地质局，广东佛山 528000；2.广东佛山地质工程勘察院，广东佛山 528000）

岩溶地面塌陷是广州市及其周边地区发育最强、分布最广、危害最大的地质灾害之一，主要分布于广花盆地。本文以广州市白云区江夏村的建设工程为实例，从岩土层特征、地质构造等角度分析了白云山西部地区的岩溶发育成因；从地质环境特征、人类工程活动等角度分析了地面塌陷的主要成因；针对治理地质灾害的施工方法进行了可行性探讨。

1 工程实例

1.1 工程概况

本文以“广州白云江夏46亩地块项目”为研究对象，拟建工程项目位于广州市白云区黄石街道江夏村，南临黄石东路及蓝天新苑小区，东临白云大道北及白云山风景区。

拟建工程项目包括5栋高层住宅楼及若干座附属设施等，最大建筑高度为134.40 m，设有1～2层地下室，基坑开挖深度为5.45～9.25 m。

1.2 地层岩性

根据钻孔揭露，场地地基岩土层按成因可划分为人工填土（Qml）、第四系冲积层（Qal）、第四系风化残积层（Qal）、石炭纪中晚石炭世壶天群（C2H）、早石炭世测水组（C1c）风化基岩。

地基土主要为人工填土、粉质黏土、粉土、黏土、淤泥、淤泥质土、粉砂、中砂、粗砂、砾砂、圆砾及残积土等，层位不稳定，且各土层的状态、埋深和厚度在水平和垂直方向变化较大，地基的均匀性差。场地基岩垂直方向及水平方向上岩性变化较复杂，为煤层、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、炭质灰岩及石灰岩等。

在详细勘察阶段，本场地共实施工程地质钻孔130个，6个钻孔处揭露有土洞，见洞率为4.62%；共33个钻孔处分布有溶洞，见洞率为25.39%；在施工勘察阶段，本场地共实施桩基础超前钻孔495个，发现土洞的钻孔共7个，土洞见洞率1.42%；发现溶洞的钻孔共157个，溶洞见洞率31.72%。综合评价，本场地土洞发育程度属微发育，溶洞发育程度属强发育，建筑场地岩溶发育程度属岩溶强发育场地。

土洞洞高一般1.10～3.60 m，平均高度2.44 m，土洞一般呈空洞，充填物为多为流塑～软塑状黏性土。溶洞洞高一般0.70～9.00 m，平均3.73 m，溶洞一般位于中风化灰岩的中部、底部及微风化灰岩的顶部、上部及中部等，局部由多个溶洞交替组成，呈串珠状，洞中多有基岩薄隔层。溶洞一般为半填充，局部全充填，填充物主要为黏性土，局部含较多基岩碎块，大部分存在漏浆现象。

2 场地岩溶发育情况及成因分析

2.1 岩性对岩溶发育的控制

岩溶包括水对可溶岩产生化学溶解和机械破坏作用，还包括作用引起的各种现象和形态。岩溶形成必须基于一定条件，主要成因有岩石可溶性、岩石裂隙性、水流通性、水侵蚀性等。

场地下伏基岩主要为石炭纪中晚石炭世壶天群（C2H）及早石炭世测水组（C1c）的石灰岩、炭质灰岩，灰岩类中钙质成分的可溶性物质较多，因此岩溶较发育。

2.2 构造对岩溶发育的控制

根据珠江三角洲1∶200 000综合水文地质图资料，白云山区域主要发育有东北向的广从断裂、北西向的沙湾断裂和北西向的瘦狗岭断裂。该区域构造岩主要指角砾岩、碎裂岩等，且局部地段展现出了发育较好的钻孔岩芯擦痕。该区域位于岩石破碎且连通性较好的断裂带内，天然地为地下水流动提供了良好通道条件，引发了岩溶发育现象。

根据区域地质资料，勘察场地附近有一次级断层通过，断层走向25°～55°，倾向南东，倾角陡。反向平移正断层，断裂北段上盘为石炭系，下盘为小坪组。发育构造角砾岩和碎裂岩，宽2.5 m以上。断面见擦痕、阶步，指示反钟向平移逆断层性质。两侧岩石节理、片理发育，岩层发生揉皱。断层隐伏于第四系下，以发育构造角砾岩为特征，下石炭统中，见构造角砾岩、断层泥和构造透镜体。断裂带内岩石破碎，连通性较好，给地下水的流动提供了较好的天然通道，致使岩溶发育[1-2]。

3 地面塌陷情况及原因分析

在施工勘察阶段，钻机附近发生多次小规模地面塌陷或沉降，局部地段超前钻施工过程中，钻孔出现不同程度的冒水现象，初期冒水高度约0.2～0.6 m，水柱呈红褐色，含有大量泥沙，后逐渐变成清水，约1 h后地面停止冒水。

3.1 复杂地质环境特征是形成地面塌陷的内因

（1）广州市白云区位于我国东南地洼区的南部，经历过加里东期、印支期、燕山期等多期次构造变动，新构造运动使老构造进一步复杂化。第三纪以来的地壳构造运动具有明显的继承性和一定的新生性。继承性主要表现在运动承袭燕山运动以来地壳的构造格局，以大面积抬升伴随频繁的断块差异运动，岩浆活动为主，构造线仍以属于老构造的北东走向和近东西走向为主。新生性则由内陆向沿海增强，前者表现为断块差异运动弱，活动盆地不发育，地震水平较低，后者表现为断块差异运动较强，火山活动也较强，活动盆地发育，地震水平较高。

（2）地面塌陷分布范围内隐伏岩溶的覆盖层均为第四系双层或多层结构土体，河流冲洪积的中、粗砂等砂土层的结构松散，透水性良好；隐伏岩溶为石炭纪中晚石炭世壶天群（C2H）及早石炭世测水组（C1c）的粉砂质泥岩、泥质砂岩及石灰岩、炭质灰岩，岩溶较发育，构成了良好的地下水流动的岩溶管道和储存空间。

3.2 工程活动是地面塌陷的诱发因素

（1）工程活动引起的地下水变化。

①土重度发生改变。

水量增加，土重度随之增大；本工程中，区域内存在较多一般黏性土，黏土土体充分吸收水分达到饱水状态后，重度相应增大，导致相关塌陷体重量增加，土洞拱顶垮落。

②改变土体结构。

针对石炭纪中晚石炭世壶天群（C2H）及早石炭世测水组（C1c）广泛分布的强风化岩层以及场地揭露的煤层，含水量增加，必然出现膨胀；若处于干燥条件，会因垂直裂隙造成土体被切割，抗剪强度降低。在此状态下，发育土洞会导致地基不稳定。

③岩溶地下水位下降。

减弱岩溶对于覆盖层或土洞顶板的浮托力，即水位下降会增加土体自重，具体消减值主要与水位下降程度、土体重度变化有关。

工程活动会导致地下水发生渗透潜蚀作用，地下水位下降时，坡降和流速相应增大，增强动水压力的过程中，侧向潜蚀、冲刷和掏空岩溶洞隙通道的松散充填物和覆盖层[3-5]。

（2）人为振动和机械击穿。

人为工程活动引起地面塌陷指施工过程因设备使用等产生振动，土体结构会受到不同程度影响，严重时导致其被破坏（如抗剪强度降低等），减少抗塌力，使溶洞、土洞失衡，加速塌陷。

在人工加载时，施工区域内盖层会增加一个附加应力，导致盖层力学不平衡，稳定性降低。在此作用下，若不及时进行处理，溶洞、土洞顶板已接近极限平衡状态的情况下，加载作用会导致洞顶发生失稳而被破坏，最终出现塌陷。地下土洞或溶洞的隔水顶板被桩基或勘探工程贯穿后，地表水与地下水相联系，引发沙漏，也会引起地面塌陷。

4 溶洞、土洞及地面塌陷的治理工作建议

（1）封堵回填法。

一般用于塌坑较浅、范围较大的塌陷处理，通过采用碎石或石块，先大块后小块回填进行填堵夯实，对塌坑及地下岩溶管道进行填实封堵，削弱地下水的侵蚀作用，增强土体的抗潜蚀能力，防止塌陷的再次发生与发展[6-8]。

（2）压力注浆法。

一般用于较深的土洞、溶洞，采用适当的注浆材料将土洞、溶蚀裂隙、管道等充填密实并胶结。此方案可降低岩土体的渗透性，削弱地下水的潜蚀作用，可对松散土体或岩石进行加固，增大强度，提高抵抗渗透变形以及抵抗塌陷的能力，限制或消除岩溶塌陷的发生与发展。

（3）梁、板跨越法或桩基础穿越法。

针对建造在塌陷或潜在塌陷带上的构筑物，可采用梁、板等牢固的跨越结构，使作用在塌陷带上的荷载通过跨越结构传到两侧稳定的岩土体上，防止建筑物荷载的作用引起塌陷的发生与发展。塌陷范围较大时，对重大建筑物也可采用桩等深基础穿越塌陷或土洞、溶洞底部以下，进入稳定的岩土层内，确保建筑物的稳定和安全。

5 结语

（1）白云山西侧地区地质环境条件差，场地稳定性较差，溶洞非常发育，且经常发生地面塌陷等地质灾害，岩土工程地质性质差，建议超高层或重要建筑物宜避开此区域，如无法避开，设计及施工均需要谨慎考虑。

（2）治理溶洞与处理地面塌陷的方法应当结合进行，对于深度较浅、范围较小的塌陷，对建筑物危害不大时，对塌陷进行回填夯实即可；对于一般的多层建筑，塌陷坑、隐伏土洞、溶洞规模较小时，可采用灌浆封堵以及跨越法等综合治理。