摘 要：巖溶塌陷是嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害，具有突發(fā)性，但查明巖溶塌陷的機(jī)理有助于提前治理，預(yù)防塌陷產(chǎn)生。本文以韶關(guān)東服務(wù)區(qū)地面沉陷為例，采用跨孔電磁波CT、鉆探等綜合勘察手段，詳細(xì)查明了場(chǎng)區(qū)地質(zhì)條件，分析沉陷機(jī)理并提出治理措施。

關(guān)鍵詞：巖溶塌陷;地面沉陷;跨孔電磁波CT;鉆探

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，規(guī)模越來(lái)越大，在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)中，受到長(zhǎng)期不良地質(zhì)現(xiàn)象的影響，特別是巖溶路基，在行車荷載及長(zhǎng)期地下水作用的影響下，巖溶進(jìn)一步發(fā)育，產(chǎn)生地面沉陷，甚至是路基塌陷等現(xiàn)象。路基的穩(wěn)定性對(duì)高速公路的運(yùn)營(yíng)安全影響很大，路基一旦產(chǎn)生地面沉陷，若沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)并治理，將會(huì)很快發(fā)展呈地面塌陷的災(zāi)害。

本文基于廣東省韶贛高速韶關(guān)東服務(wù)區(qū)地面沉陷的勘察，發(fā)現(xiàn)鉆孔漏水嚴(yán)重，而地震波CT法需要孔液耦合，無(wú)水的情況下無(wú)法進(jìn)行，經(jīng)與設(shè)計(jì)方溝通后，改為不需孔液耦合的跨孔電磁波CT。

一、工程概況

韶贛高速韶關(guān)東服務(wù)區(qū)加水站南側(cè)靠近加油站一側(cè)的服務(wù)區(qū)停車場(chǎng)，在營(yíng)運(yùn)過(guò)程中，于2015年5～6月份靠近綠化帶一冊(cè)的服務(wù)區(qū)發(fā)生一次巖溶塌陷，塌陷范圍大約23*7.4m，塌陷最大深度約5m。2018年6月份發(fā)現(xiàn)在原塌陷區(qū)相鄰的綠化帶出現(xiàn)地面沉陷現(xiàn)象，沉陷范圍約3*9 m2。該地質(zhì)病害的產(chǎn)生，已對(duì)路基安全造成了危害，對(duì)行車安全形成了較大安全隱患。因此進(jìn)行了專項(xiàng)地面沉陷勘察，以查明沉陷區(qū)地質(zhì)情況，為處治、施工提供依據(jù)。

二、地質(zhì)概況

沉陷區(qū)域位于低緩丘陵地貌區(qū)，現(xiàn)為韶關(guān)東服務(wù)區(qū)及匝道平整地，地面標(biāo)高約95m。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，本沉陷所在區(qū)域未見大型斷裂構(gòu)造形跡，屬穩(wěn)定地塊。根據(jù)鉆孔成果，場(chǎng)區(qū)主要覆蓋層主要為素填土、坡殘積粉質(zhì)粘土，基底主要由泥盆系錫礦山組灰?guī)r及其風(fēng)化層組成4、水文地質(zhì)條件區(qū)內(nèi)地下水類型為第四系松散層潛水、巖溶裂隙水及巖溶水，松散層潛水主要分布在殘積粉質(zhì)粘土中，賦水量貧乏;巖溶裂隙水主要分布在錫礦山組灰?guī)r裂隙中，賦水量較少;巖溶水分布在溶洞中，賦水量分布不均。地下水受大氣降雨補(bǔ)給，以側(cè)向徑流向巖溶通道排泄。

場(chǎng)區(qū)地下水埋藏較深，外業(yè)勘察期間，未能測(cè)得地下水位。此外，鉆孔過(guò)程中鉆進(jìn)至土洞、巖面、或空洞等處時(shí)，即開始漏水不返水（如：ZK1孔深15.0m處、ZK2孔深15.2m處、ZK3孔深11.8m處、ZK4孔深10.7m處）。

場(chǎng)區(qū)發(fā)育的不良地質(zhì)現(xiàn)象為巖溶，該區(qū)下伏灰?guī)r，巖溶發(fā)育，遇洞率75%。根據(jù)鉆孔揭露，巖溶埋藏深度不一，規(guī)模大小不一，埋深11.8～22.3m，洞高0.3～6.4m，個(gè)別孔區(qū)溶洞層數(shù)達(dá)2層，多為由軟～可塑狀粉質(zhì)粘土全充填，個(gè)別為空洞。其分布范圍、規(guī)模及特征詳見下表1。

三、物探方法及分析解釋

（一）工作方法

本次電磁波CT探測(cè)采用一孔發(fā)射另一孔接收的觀測(cè)方式，觀測(cè)系統(tǒng)為定點(diǎn)、全掃描觀測(cè)系統(tǒng)，測(cè)量點(diǎn)距為1.0m。[1]測(cè)量采用掃頻方式，天線長(zhǎng)度2.5m，根據(jù)試驗(yàn)選擇頻率4MHz、8MHz、12MHz、16MHz天線采集數(shù)據(jù)。

（二）分析解釋

本次資料分析和解釋過(guò)程中，地質(zhì)與物探進(jìn)行了充分的結(jié)合，將物探 CT 圖像與地質(zhì)剖面合二為一，形成物探CT地質(zhì)剖面成果圖。遵循“電磁波CT視吸收系數(shù)愈小、巖土體性狀愈好，反之愈差?！盵2]的規(guī)律，對(duì)物探 CT成果圖進(jìn)行分析、解釋，確定物探CT 地質(zhì)剖面中的異常。

1、L1剖面（ZK1-ZK2）：

①巖土分層：

從圖1上總體來(lái)看，上部介質(zhì)為冷色調(diào)（藍(lán)色和綠色），而下部介質(zhì)為暖色調(diào)（紅色和黃色），反映出上部介質(zhì)吸收系數(shù)大而下部介質(zhì)吸收系數(shù)小。[3]具體巖土的劃分以吸收系數(shù)2.0dB/m為界，大于2.0dB/m的介質(zhì)基本為土層的反映，而小于2.0dB/m的介質(zhì)基本為灰?guī)r的反映。巖土分界的劃分結(jié)合鉆探揭露情況，即從已知邊界條件出發(fā)，來(lái)作具體分界線的勾勒。

②異常劃分：

巖溶發(fā)育區(qū)：在巖土分層的基礎(chǔ)上，在劃分出的灰?guī)r區(qū)域內(nèi)，即在視吸收系數(shù)小于2.0dB/m的背景值中，尋找視吸收系數(shù)較大的區(qū)域，原則上大于等于2.5dB/m的區(qū)域定為巖溶發(fā)育區(qū)。經(jīng)與鉆探揭露情況比對(duì)，推斷的巖溶發(fā)育區(qū)與鉆探探明的溶洞相吻合。

③沉陷異常區(qū)：

在巖土分層的基礎(chǔ)上，在劃分出的巖土分界面附近，尋找視吸收系數(shù)較大并呈漏斗狀的下凹異常區(qū)帶。如圖1所示：兩條帶箭頭的紅線所夾區(qū)域?yàn)椤俺事┒窢畹南掳籍惓^(qū)帶”，從數(shù)值、形態(tài)和與下部“巖溶發(fā)育區(qū)”的空間關(guān)系來(lái)看，此區(qū)域判斷為“沉陷異常區(qū)”。

2、L2剖面（ZK3-ZK4）：

①巖土分層：

從圖2上總體來(lái)看，上部介質(zhì)為冷色調(diào)（藍(lán)色和綠色），而下部介質(zhì)為暖色調(diào)（紅色和黃色），反映出上部介質(zhì)吸收系數(shù)大而下部介質(zhì)吸收系數(shù)小。具體巖土的劃分以吸收系數(shù)2.0dB/m為界，大于2.0dB/m的介質(zhì)基本為土層的反映，而小于2.0dB/m的介質(zhì)基本為灰?guī)r的反映。巖土分界的劃分結(jié)合鉆探揭露情況，即從已知邊界條件出發(fā)，來(lái)作具體分界線的勾勒。

②異常劃分：

巖溶發(fā)育區(qū)：在巖土分層的基礎(chǔ)上，在劃分出的灰?guī)r區(qū)域內(nèi)，即在視吸收系數(shù)小于2.0dB/m的背景值中，尋找視吸收系數(shù)較大的區(qū)域，原則上大于等于2.5dB/m的區(qū)域定為巖溶發(fā)育區(qū)。經(jīng)與鉆探揭露情況比對(duì)，推斷的巖溶發(fā)育區(qū)與鉆探探明的溶洞相吻合。

③沉陷異常區(qū)：

在巖土分層的基礎(chǔ)上，在劃分出的巖土分界面附近，尋找視吸收系數(shù)較大并呈漏斗狀的下凹異常區(qū)帶。如圖2所示：兩條帶箭頭的紅線所夾區(qū)域?yàn)椤俺事┒窢畹南掳籍惓^(qū)帶”，從數(shù)值、形態(tài)和與下部“巖溶發(fā)育區(qū)”的空間關(guān)系來(lái)看，此區(qū)域判斷為“沉陷異常區(qū)”。

四、沉陷的基本特征

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)查、物探及鉆探成果綜合分析，勘察場(chǎng)區(qū)2015年發(fā)生過(guò)一次地面塌陷，混凝土填充后，基本穩(wěn)定，現(xiàn)階段存在一小型地面沉陷。沉陷邊界的判定主要以地面開裂、沉陷變形特征為依據(jù)，圈定的平面形態(tài)詳見平面圖。本沉陷平面形態(tài)整體呈近橢圓狀，呈中間深周邊淺，總體往西南方向發(fā)展，最深位于綠化帶處。

五、沉陷形成機(jī)制分析

（一）沉陷影響因素分析評(píng)價(jià)

1、地層巖性

沉陷區(qū)屬巖溶地區(qū)，巖溶極發(fā)育。路基以下殘積土層，厚度較厚10.5～19.4m;下伏灰?guī)r節(jié)理裂隙發(fā)育，溶蝕裂隙、溶洞發(fā)育，洞高0.3～6.4m，軟～可塑狀粉質(zhì)粘性土充填或空洞，溶洞遇洞率75%。沉陷區(qū)的基巖面呈溝槽狀。

2、人類工程活動(dòng)

服務(wù)區(qū)施工時(shí)及通車后，巖土體受到工程機(jī)械震動(dòng)、行車荷載的作用，會(huì)使得原狀巖土體受到擾動(dòng)，原狀結(jié)構(gòu)局部會(huì)受到破壞。

（二）沉陷形成機(jī)理分析

沉陷區(qū)的形成，是由上一次土洞塌陷、淺層巖溶（溶洞）、行車震動(dòng)、荷載等綜合作用的結(jié)果。

沉陷區(qū)2015年曾發(fā)生一次塌陷，經(jīng)混凝土填充后，未再發(fā)生塌陷現(xiàn)象，而僅僅是地表局部發(fā)生裂縫，綠化帶一帶出現(xiàn)較明顯沉陷現(xiàn)象。綜合鉆探、物探及走訪調(diào)查成果，沉陷區(qū)的形成機(jī)理主要為兩方面的原因。

首先，上一次塌陷的主要成因?yàn)?，因地基土中發(fā)育的土洞垮塌而產(chǎn)生地面塌陷現(xiàn)象，形成塌陷后，地基土因塌陷產(chǎn)生擾動(dòng)，在自重應(yīng)力作用下，緩慢壓縮、固結(jié)，產(chǎn)生一定的沉降，形成現(xiàn)有的沉陷區(qū)。

其次，根據(jù)物探成果顯示，視吸收系數(shù)影像圖呈現(xiàn) “呈漏斗狀的下凹異常區(qū)”的形態(tài)，可看出上部較高吸收系數(shù)的介質(zhì)與下部較低吸收系數(shù)的介質(zhì)存在一個(gè)通道。從鉆探揭露來(lái)看，上覆土層成分與溶洞中全充填的的土層基本相同?？梢姡孩偃芏错敯逡呀?jīng)部分已穿透，呈向上部分開口的形態(tài);②上覆土層順巖土分界面向下漏向溶洞。

從空間分析，已知地面沉陷區(qū)西南（即ZK1、ZK3附近）為“巖溶發(fā)育區(qū)”，已知地面沉陷區(qū)與“巖溶發(fā)育區(qū)”之間存在“沉陷通道”。具體詳見工程地質(zhì)剖面圖。

沉陷通道主要成分為強(qiáng)～中風(fēng)化溶蝕灰?guī)r并及發(fā)育大量的溶蝕孔穴，地表水及地下水對(duì)上覆土層的細(xì)顆粒物質(zhì)長(zhǎng)期淋濾作用下，形成了一定的空隙，降低了路基土的地基承載力及抗剪強(qiáng)度c、ψ值指標(biāo)，在土體自重、行車荷載及車輛震動(dòng)的綜合作用下，沿溶槽緩慢形成漏斗狀沉陷區(qū)。若進(jìn)一步發(fā)展，則可能形成新的土洞。

六、沉陷區(qū)的穩(wěn)定性分析

本次勘察范圍，2015年發(fā)生的塌陷主要原因?yàn)橥炼刺?，土洞頂板厚度不夠，形成地表巖溶塌陷災(zāi)害。根據(jù)鉆探及物探成果，勘察范圍內(nèi)未揭露土洞發(fā)育，因此，本次對(duì)土洞的穩(wěn)定性進(jìn)行反演，綜合確定土洞對(duì)路基穩(wěn)定性的影響。參考《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第四版）巖溶地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)6-1-1公式，土洞頂板坍塌后，塌落體積增大，當(dāng)塌落至一定高度H時(shí)，溶洞空間自行填滿，無(wú)需考慮對(duì)地基的影響。所需的塌落高速H按下式公式計(jì)算。

根據(jù)勘探揭露，項(xiàng)目區(qū)覆蓋層厚度約10.5～19.4m，通常在巖土交界面附近易形成土洞，按最不利因素考慮，假定土洞高度，反演土洞高度對(duì)地基穩(wěn)定性的影響。

根據(jù)反演成果，按不利因素考慮，當(dāng)土洞高度≤0.5m時(shí)，地基土是穩(wěn)定的，若土洞高度>0.5m，則地基處于不穩(wěn)定狀態(tài)，產(chǎn)生巖溶塌陷地質(zhì)災(zāi)害。本次勘察鉆探點(diǎn)及物探剖面未揭露土洞，但完全排除勘察范圍外土洞發(fā)育的可能性。

七、結(jié)論與建議

（一）上部沉陷體與下部巖溶發(fā)育區(qū)（物探揭示藍(lán)色區(qū)塊）之間存在“沉陷通道”，沉陷體與巖溶發(fā)育區(qū)處于暫時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)，但在長(zhǎng)期地下水的淋濾作用下，沉陷體潛在繼續(xù)發(fā)育成土洞，進(jìn)而發(fā)展為巖溶塌陷的可能性。

（二）沉陷體處于暫時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)展較為緩慢，沉陷區(qū)的變形仍在發(fā)展當(dāng)中，為確保服務(wù)區(qū)及匝道的安全，建議采取預(yù)注漿的方式對(duì)剖面圖中巖溶發(fā)育區(qū)及沉陷通道進(jìn)行地基處理。

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作者簡(jiǎn)介：黃豐發(fā)（1987- ），男，福建永春人。工程師，大學(xué)本科，主要從事公路工程地質(zhì)勘察設(shè)計(jì)工作。