工程勘察结合物探法在道路塌陷调查中的应用

袁 峰 宗 静

(1.江苏科泰岩土工程有限公司，江苏 泰州 225309； 2.南京市测绘勘察研究院股份有限公司，江苏 南京 210019)

近年来，城市道路塌陷越来越多，日渐成为城市管理的一大难题。路面塌陷不断发生，且有同一区域多次发生塌陷的现状。这势必给地上建筑、地下管线、市内交通带来严重的破坏，造成财产损失，甚至人员伤亡。因此，探寻城市道路塌陷的原因，并制定相应的治理措施已然成为当前地质灾害治理的一个热门课题[1]。国内学者已进行了卓有成效的研究，其中，胡聿涵等[2]统计了近10年城市道路塌陷案例，认为人为因素是塌陷的主因，提出了以预防为主的治理对策；吴毅勇[3]认为地下水是路面塌陷的主要因素，并提出了预防和治理的措施；王继伟[4]结合案例总结了地下空洞的成因，并提出了道路塌陷隐患检测和确保安全运营的科学建议；刘春明[5]分析了部分城市道路塌陷的成因，提出了检测技术和采取的对策；郭士礼等[6]分析了道路塌陷的诱因，提出了探地雷达的布置原则，并讨论了参数设置和数据采集的评判方法；王建峰[7]从探测线圈参数入手，进行了瞬变电磁法应用于道路塌陷的研究；许泽善等[8]根据兰州市道路塌陷实际情况，分析了该地区地下病害的形成原因，介绍了探地雷达在病害检测方面的技术和数据处理的经验及难题；吕祥锋[9]分析了路基塌陷的原因，提出了小孔路基疏密钻测方法，用于路基疏密判定，快速诊断塌陷危险区路基疏密程度；徐迎春[10]结合道路塌陷处理的经验分析了塌陷的原因，提出从设施巡查、管道隐患排查、地面空洞检测等方面预防，并给出了完善应急处置制度的建议；崔海涛等[11]通过多个城市的工程实践，形成了一套车载阵列雷达预警探测道路塌陷的技术方法和作业流程，应用于道路塌陷预警探测。基于上述学者研究，本文以南京市江宁区某道路塌陷工程事故为例，通过工程勘察方法和物探方法，调查分析了事故发生的原因，提出了有效的处理建议，以期对该地区道路塌陷的预防和治理提供经验参考。

1 工程背景

1.1 塌陷位置

南京江宁区金盛路某小区门口，城市道路出现路面局部塌陷。经调阅该道路下市政管线资料，并于现场核对调查，发现塌陷区域地下约6 m～7 m深处有一条平行于道路的φ1 800 mm的污水管道；埋深2 m～3 m有一条平行于道路的φ500 mm污水管，塌陷区位于两条污水管道之间。现场情况详见图1。φ500 mm污水管，其管材为钢筋混凝土，采用明挖施工；塌陷区另一侧φ1 800 mm污水管，管材为钢筋混凝土，采用顶管施工；污水管垂直侧，即塌陷区北侧埋有φ1 800 mm污水管的圆形工作井，该工作井顶板埋深约2.0 m，半径约3.6 m，采用沉井法施工。

1.2 工程地质概况

场地地面高程在6.550 m～6.811 m之间，地势平坦。场地范围内岩土层自上而下分为：①1杂填土。杂色，松散，为粉质粘土混大量砖块、碎石填积，成分较为杂乱，最大粒径大于0.1 m，碎石、砖块等硬质含量10%～20%，欠均质。填龄大于5年。层厚1.5 m～3.2 m。①2素填土。黄褐色，软～可塑，由粉质粘土混少量碎砖、碎石填积，局部夹植物根系，土质不均匀。填龄大于10年。层顶埋深1.5 m～1.7 m，层厚0.6 m～1.0 m。①2a淤泥、淤泥质填土。灰色～灰黑色，流塑，含腐质植物，有腐臭味。层顶埋深2.0 m～2.2 m，层厚0.2 m。②1粉土。灰色，中密，局部稍密，含少量云母碎片，摇振反应迅速。层顶埋深1.8 m～3.2 m，层厚3.3 m～5.0 m。②2淤泥质粉质粘土夹粉土、粉砂。灰色，流塑，粉土、粉砂为稍密，呈水平层理，局部呈互层状，粉土、粉砂和淤泥质粉质粘土层厚比约1∶4～1∶3。层顶埋深5.2 m～7.1 m，揭露层厚2.9 m～5.5 m。②3粉土、粉砂夹淤泥质粉质粘土。灰色，稍～中密，淤泥质粉质粘土为流塑，呈水平层理，局部呈互层状。层顶埋深10.2 m～11.6 m，揭露层厚3.4 m～4.1 m。②4淤泥质粉质粘土。灰色，流塑，局部夹稍密粉土，切面稍有光泽，韧性、干强度低。层顶埋深14.3 m～15.1 m，层厚3.7 m～4.3 m。工程影响范围内的土体物理力学参数见表1。

表1 土体物理力学参数

1.3 水文地质概况

根据勘探揭示的场地岩土层分布情况和实地观测结果，本场地地下水为潜水。主要赋存于①层人工填土层和②层新近沉积土中。①层人工填土结构松散、孔隙大，有利于地下水的渗透及汇集，含水较为丰富，雨季时出水量较大，渗透性良好但不均匀，属弱透水地层；②层粉质粘土夹粉土、粉砂,含水量较高，透水性较弱，属弱透水地层。

2 工程勘察调查分析

2.1 工程勘察工作

勘探点沿塌陷区周围布置，各勘探点间距为5 m～10 m左右。本工程共布置26个勘探点，其中取土孔8个，界限鉴别孔9个，静力触探孔9个。取土孔孔深按20 m控制，界限鉴别孔孔深按20 m控制，静力触探孔孔深按15 m控制，外业完成工作量见表2。

表2 钻探工程量统计表

外业勘探工作于2019年12月23日～2019年12月28日进行，投入XY-1A型百米钻机3台。为保证取样及原位测试质量，采用钢护筒和泥浆护壁的钻进工艺。

2.2 工程勘察结果分析

本次勘察在钻孔中采取了10组地下水样。根据水质分子，以离子含量大于25%作为水的化学类型定名界限值，场地地表水和地下水中各主要离子、分子含量见表3。

表3 水质分析统计表

经调查，场地和周边无环境污染源。根据GB 50021—2001岩土工程勘察规范2009年版的环境评价标准，该场地环境类型为Ⅱ类。从表3的水质分析看，场地地下水和地表水对混凝土结构具有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

本次勘察在地下水位以上采取了10件土体试样，进行了易溶盐分析试验，场地土体内离子含量见表4。

表4 土质分析统计表

3 物探法调查分析

3.1 物探工作

通过物探方法，以该道路下φ1 800 mm的污水管为中轴线，对塌陷区周边以污水主管道中轴线两侧各5 m以W8井为中点沿道路方向前后各10 m总计为10 m×20 m的区域范围进行物探，探明目标区域地下10 m深度范围内管道附近是否还存在其他空洞。物探过程首先采用弹性波CT地震勘探方法。该方法能够在不损坏物体的前提下，得到物体内部的物理参数分布、几何形态等需要的信息。一般是通过接收在物体外部发射并且穿过物体而携带有物体内部各种信息的物理信号，利用计算机重建技术，重现物体内部结构。然后采用VSP垂直地震剖面法，该方法是在地表附近激发，在井中不同深度布置一些检波器进行观测，即检波器放在井中，测线沿井孔垂向布置，所以这种方法称为垂直地震剖面法。最后采用雷达探测，该方法通过发射天线向地下发射高频电磁波，电磁波在传播途中遇到电性分界面时产生反射，反射波被地面的接收天线所接收，通过对反射电磁波旅行时，形态、振幅等信息的分析处理，反演推断探测区域范围内结构、构造及异常体的分布情况。

3.2 物探法调查结果分析

图2为采用CT地震勘探技术采集的地震勘探剖面图。其中图2中大圆圈是φ1 800污水管道接头处的检查井室(沉井)范围，方框是在塌陷区附近。根据图2可看出，探测区域2 m～6 m深度的切片中存在低速的松散区，这表明该处已经发生水土流失，形成松散区或空洞。这与地勘钻孔发现的位置基本吻合。

图3为探测区域7 m～10 m深度CT地震勘探剖面切片，其中图中φ1 800污水管道接头处的检查井室(沉井)范围，方框是在塌陷区附近，从图3同样可看出，该区域存在低速的松散区，进一步证明该场地下已发生水土流失，形成松散现象。

图4为VSP物探剖面图，从图4可看出，探测区域垂直于道路纵向切片，中间圆圈是管道位置，随着靠近塌陷区在3 m～8 m深度速度逐渐减小，在塌陷区下方存在松散异常区。该探测结果与地质勘察和CT地震勘探调查的结果基本吻合。

图5为低频雷达探测剖面图，从图5可看出，塌陷区2 m以上表土层同相轴紊乱，这表明此处填埋物与周边同层位不相同。在测线横向8 m～13 m，数据的同相轴错乱，该区域对应地表为塌陷区，区域地下8 m以上层位相对紊乱，表明此区域范围为松散脱空区，其他区域并未见异常。

综合弹性波CT地震勘探、VSP垂直地震剖面法和低频地质雷达3种方法，并在排除已知管线及现场其他因素造成的异常后，判定塌陷区周围地质条件较为稳定。在塌陷区下方2 m～10 m深度范围存在不同程度的松散区，3 m～6 m的松散程度相对严重，在平面上的投影面积约为10 m2～12 m2。

4 结语