粤东北某地岩溶塌陷成因分析及治理建议

蒙 毅

（广东省核工业地质局二九二大队，广东 河源 517001）

受强降雨（当地称“龙舟水”）影响，在粤东北喀斯特岩溶地形地貌区，地面常常突然性塌陷，导致场地不均匀坍塌，使周围地质结构失稳，边坡倾斜甚至开裂，对人民生命财产造成极大危害。为治理该类地质灾害，场地工程地质勘察不可或缺，旨在查明地质灾害的基本特征和发生成因，有的放矢地实施工程治理[1]。本文以粤东北某地岩溶地面塌陷场地工程勘查为切入点，重点分析岩溶地面塌陷成因，提出针对岩溶地面塌陷的工程治理措施。

1 基本概况

该岩溶塌陷灾害点位于粤东北南岭山脉南麓，属我国南方地区局部存在的覆盖型岩溶区。2019年5月5日，该地连续强降雨引起地面不均匀沉降，地面产生大小不一的裂缝，最后导致地质边坡突然塌陷，致使厚20cm的砼板出现约3m2的开口，当日晚间，地质塌陷加剧，其西侧砼板下方填土层土体被掏空，塌陷面积累计约30m2，坑深约24m，全部充满水。邻近边坡地下水位深1m，水面震荡，持续冒泡30s后水位稳定（见图1、图2）。

图1 塌陷坑形成初期特征

图2 塌陷坑继续发育后特征

据调查，岩溶塌陷坑周边地坪及地质结构产生29条地面及墙体裂缝，多沿塌陷坑呈弧形分布，裂缝呈垂直和倾斜两种形态，倾角35°～55°宽度2mm～30mm不等。

2 塌陷区地质特征

2.1 地层岩性组成

塌陷区出露的地层由老至新有石炭系中统黄龙组（C2h）和第四系（Q4）（见图 3）。

图3 区域地质图

2.1.1 石炭系中统黄龙组（C2h）

隐伏于第四系地层以下，属覆盖型岩溶区。据钻孔资料显示，岩性为白云质灰岩及灰岩，多呈灰色、灰白色、褐红色，隐晶质结构，厚层构造，局部岩石节理裂隙方解石脉发育，裂隙面见褐红色铁质渲染或泥铁质物充填[2]。区内大面积分布；岩芯溶隙轴夹角为15°～19°，与岩溶土洞长轴方向近似一致，埋深＞15m。钻孔揭露该地层时常见串珠状溶洞洞穴。

2.1.2 第四系（Q4）

塌陷区内大面积出露，由上至下为人工填土层（Q4ml）、冲洪积层（Q4al+pl）和残坡积层（Q4el+dl）组成。人工填土层主要成分为粉质黏土，厚1m～3m，夹杂人工填埋的废弃垃圾、边坡碎块；

冲洪积层主要由砂土层（细砂、中砂、粗砂和砂砾）、卵石、碎石土、粉质粘土、淤泥质砂土等组成，揭露厚度3.9m～29.1m。

残坡积层主要有粉质黏土组成，厚0.3m～40.9m不等，为土洞发育的主要层位，土洞多全充填淤泥质粉土或流塑性细砂。

2.2 断裂构造

塌陷区地处河源深大断裂北西侧，受区域构造作用严格控制。距离塌陷点最近的构造为上营断裂，位于塌陷点东南侧，直线距离约700m。上营断裂总体走向NE35°，与区内河流—大席河走向基本一致，它沟通塌陷区地下水活动，对塌陷区内岩土层完整程度及场地的稳定性存在一定的影响，上营断层上下盘岩性主要为砂岩及薄层泥岩，岩面光滑细腻，颜色发红，接触带内碎裂化、硅化强烈，裂隙发育，挤压作用强烈，见挤压泥岩呈玻璃化，呈页、片状、碎裂状（见图3），局部见绿泥石、黄铁矿充填在裂隙内，裂隙内渗水，该点有上升泉活动。断层产状有三组：315°∠70°、321°∠82°、305°∠73°；构造方位分布在215°～231°一线，往北东向延伸汇入大席河。

2.3 水文地质条件

塌陷区分布于大席河左岸，整个塌陷区受两侧的溪沟挟持，区内大小水沟错综复杂。地表水为东江水系支流—大席河及多条村内溪沟，大席河水流方向与上营断裂走向基本一致；地下水源丰富，地下水流向整体上沿北西-南东向展布，与塌陷区所在山丘平台走向一致，距山脚300m～500m（见图4）。裂缝发育走向基本上亦与之大致吻合。

图4 上营断层发育特征

区内居民生产生活用水以抽取地下水为主，地下水水量在雨旱季时令与大席河水位呈互为消涨关系。

为了进一步了解地表水与地下水的径流关系，本文利用MAPGIS软件DMT模块对塌陷区及周边8个抽水井地下水位数据进行地下水流向模拟，结果显示塌陷区及其周围地下水径流方向为南东向，与上营断层走向呈垂直关系，推测上营断层在深部沟通了塌陷区岩溶地下水，与塌陷区地下水活动在深部存在水力联系，地表水与地下水相互贯通且影响密切。综合认为大席河水文地质条件对塌陷区稳定性有所影响。

3 岩溶塌陷基本成因分析及治理建议

3.1 成因分析

洪流常常漫过塌陷区内沟谷或山前白云质石灰岩岸边，冲洪积物沉积形成了淤泥粘土质砂砾土地层，即第四系地层，它直接覆盖在下伏石炭系中统黄龙组白云质灰岩地层上，这是塌陷区地史上最早期的地层岩性组合。由于地壳运动和河源深大断裂构造作用的影响下，上营断层初具雏形，加之周边有利地形水流向断层部位汇流，逐步形成了现状的大席河。

一方面，由于石灰岩的易溶性，地下水活动频繁，侵蚀作用强烈，岩溶普遍发育，形成大量溶洞。另一方面，经过长期雨旱季交替变换引起地下水位涨落变化，促使砂土缓慢流失，上覆冲洪积层土层内薄弱部位产生自然土洞[3]。

地下水活动对溶洞土洞亦影响巨大。长期以来地质工程建设设施较为落后，是施工企业在使用工程用水量较多，地下水位变化幅度及速度较大。地下水的潜蚀效应及垂直渗压效应，加剧了土体收缩，砂土流失，致使土洞“破顶”，加之地质工程建设设施自重，持力层承载力不够，造成土体下陷，在地面上沿原地下水流向形成剪切裂缝，进一步产生塌陷坑，导致地面不均匀沉降，使地质结构及边坡失稳，被张裂力破坏。在极端天气下，一旦溶洞土洞顶板支撑力小于上覆地层压力，即造成突发性岩溶塌陷。

3.2 治理建议

塌陷区场地受灾对象主要是塌陷溶洞坑、地质沉陷、边坡滑坡，建议在查明场地地质灾害情况前提下，采取如下措施进行治理：

（1）充填塌陷区既有的溶洞土洞。具体是利用块石和级配较好的砂砾石作为骨料，其中块石块径约20cm～30cm，砂砾石要求粒径1cm～5cm，再注入水泥浆液，待凝固后形成一个完整的硬化基底；

（2）加固施工区域内人工填土层。按间距布置钻探，在孔内灌浆固结硬化该地层；

（3）灌浆固结地质结构基础；开挖地质基础局部，设置灌浆槽，让水泥浆液贯入地质施工工程基础的砌石缝隙中，围护加固工程基础。