闽西岩溶区某地面塌陷地质灾害勘查

邱志忠

（福建省建榕勘测设计有限公司 福建龙岩 364031）

1 概况

闽西岩溶区某地面塌陷地质灾害项目位于龙岩市连城县某镇，勘查区的建筑物为砖混结构，地面1～3 层，建筑高度约3.20 m～10.00 m，面积约5 200 m2。地质灾害表现为地面塌陷，与塌陷点相邻的房屋水泥地面因此悬空开裂，塌陷点附近部分建筑出现微小裂缝。自2018 年11 月17 日凌晨，一祠堂出现塌陷点2 个，分别为L1 和L2。L1 塌陷在平面形态呈近圆形，直径为9.0 m，深度为21.2 m，剖面上呈近坛状，面积约60.0 m2。塌陷发生后，当地政府组织回填土方量约300 m3；L2塌陷在平面形态呈近圆形，直径5.0 m，深度3.5 m，剖面上呈近浅碟状，面积约19.0 m2。两处塌陷影响其周边4 户20 余人，危及约200 万元财产安全。

2 勘查区地形地貌及工程地质条件

2.1 地形地貌

勘查区地貌单元主要为低山-丘陵地貌单元，周边山体呈浑圆形平顶状，沟谷纵横。地形坡度一般10°～30°，海拔高度314.4 m～746.5 m，相对高差432 m，最高峰的标高为869 m，主要山脉走向为东西向。勘查区的微地貌为山间小盆地，为旧县河支流的一级阶地地貌，总体南高北低，地势相对平坦，地形坡度3°～5°。

2.2 场地工程地质条件

勘查区位于闽西南拗陷带内次一级的明溪—武平拗陷南侧，区内褶皱和裂隙发育。地表出露地层主要有石炭系下统林地组（C1l）和上统的船山组（C2c）、黄龙组（C2h）及第四系（Q）。受地质构造作用，岩石风化厚度普遍较大，岩体普遍较破碎。勘查区内岩石主要为陆相和海陆交互相沉积而成，第四系的土层直接覆盖在石灰岩之上，覆盖层厚度10 m～30 m，场地属浅覆盖型岩溶区。本场地受区域性断层挤压的影响，岩体普遍较破碎，裂隙较发育，沿断层、石灰岩面有显著溶蚀现象，中小型岩溶发育，地下水集中径流。钻探揭露的石灰岩总厚度为28.49 m，溶洞厚度为5.40 m，线岩溶率为15.9%，岩溶发育强度分级为岩溶中等发育区。

根据地面调查及勘探揭露，勘查区地层由新到老主要有：人工堆积成因的杂填土，冲洪积成因的淤泥质粉质粘土、粉质粘土、卵石和含卵石粉质粘土，下伏基岩为石炭系上统黄龙组的石灰岩。

2.3 水文地质条件

勘查区地形平坦，区内无大型地表水体。场地的东北侧和南侧分布有小池塘，排水条件较差，长时间降雨或暴雨期间，易汇水漫流。场地的东侧约540 m 为旧县河支流，河宽约60 m，水流由东向西，水深约0.50 m～1.00 m。

勘查区内地下水的类型主要为第四系孔隙型潜水及石灰岩中溶洞的岩溶水。孔隙型潜水主要赋存于卵石层，因上覆隔水层的作用在场地西侧略具承压性，水量丰富，为上部主要含水段。其余各土层总体属于中等-弱透水层，水量较小。孔隙型潜水主要靠大气降水、地表水及其它地下水侧向径流补给；通过蒸发及地下水侧向径流等方式排泄，地下水迳流方向总体由北向南、由东向西方向排泄于低洼的山谷中。

3 地面塌陷成因及机理分析

根据现场调查资料分析，地面塌陷的产生与岩溶发育、地层岩性、地质构造、大气降雨、地下水、人为工程活动改变水动力条件等有关。

3.1 自然因素

（1）岩溶洞隙发育的影响。塌陷区下覆的基岩为石炭系黄龙组（C2h）的石灰岩，处于地下水排泄流通区，溶蚀形成许多连通的溶洞。在塌陷点的地表下为天然形成的溶洞，溶洞净高5.40 m，溶洞顶板岩土层较薄，厚10.85 m～27.60 m，为此次塌陷的直接原因。

（2）地层岩性的影响。塌陷区下伏基岩为石灰岩，岩溶较发育，在节理、裂较发育地段易形成较大规模的隐伏溶洞。第四系覆层主要为冲积成因的粉质粘土、卵石和含卵石粉质粘土。从致塌条件分析，随着土的颗粒变粗，其抗塌性降低。场地岩土体的结构越破碎，其渗透系数越大，导水性越好，其抗塌性越差，越容易发生塌陷。

（3）地质构造的影响。区域上塌陷区处于闽西南拗陷带中，断裂构造发育在塌陷区南侧500 m～600 m 处有一条北北西向断层，断层走向长度约3.4 km，倾向西南。受该断层的影响，勘查区内岩体相对较破碎，导致基岩含水层的渗透性和导水性好，为地下水的活动提供了必要的通道。

（4）大气降雨的影响。根据收集的气象资料，塌陷发生时，正处于汛期，持续了多日强降雨。持续的大气降雨使基岩上部的覆盖层岩土体过量充水，达到过饱和状态，同时起到一定的软化、渗透潜蚀作用。塌陷处的地表为平地且无水泥硬化，降雨时雨水不易快速沿地表流走，大部分沿第四系松散土层下渗，沿岩溶通道迳流，补给岩溶地下水。下伏石灰岩的岩石破碎、节理裂发育、岩溶发育，为大气降雨的渗入和地下水径流提供了良好的天然通道。地下水的频繁活动将可溶岩进行潜蚀、掏空，同时将岩溶通道中充填物搬运带走。这样就产生了溶洞，且溶洞还在不断被扩大，当溶洞顶板厚度慢慢变薄，其自稳能力不断降低。当承受不住上部岩土体重量时，就会发生岩溶塌陷。

（5）地下水的影响。长时间频繁降雨，导致地下水位不断升降。上部覆盖层岩土体在地下水不断升降过程中反复涨缩，使各土体间的结合力及抗剪强度降低。场地溶洞、土洞的形成、发展与地下水的活动密切相关。土层中细颗粒易被潜蚀、吸蚀，其下有排泄冲蚀物的岩溶通道，上部土体在地下水的升降过程的运动中对土体不断产生潜蚀、吸蚀、搬运作用，形成土洞。经长时间的发展，最终形成地面塌陷。

3.2 人为因素

勘查区内有水井，当地居民在水井内采取地下水，对地下水的水平衡产生一定的破坏作用，使得地下水降落漏斗不断增大，地下水的水流速增加。地下水对上部覆盖层岩土体的潜蚀和对岩溶充填物的溶蚀搬运作用加强，加快了地面塌陷的产生。

综上所述，地面塌陷主要是在不利的地层岩性、地质构造、大气降雨等自然因素条件下形成的。地面塌陷具有随机性、突发性，且危险性大的特点。本次塌陷形成的主要原因是地下水长年活动，下伏石灰岩存在开口型溶洞，地表盖层厚度薄，结构松散，其致塌力与抗塌力处于极限平衡状态。塌陷的诱因是长时间降雨。因降雨量大，地下水位迅速上升充满原土洞空间，浸泡土洞顶板，降低覆盖层的岩土抗塌力。当降雨停止后地下水位下降，形成真空吸蚀。因地下水升降的反复作用，使原本处开极限平衡状态的土洞顶板因致塌力的增加，抗塌力的降低，破坏原有平衡从而产生塌陷。

4 地面塌陷稳定性分析与评价

根据地质测绘及野外钻探成果，场地地处溶蚀-构造成因的残丘阶地，岩溶发育程度中等发育区域。L1 和L2 塌陷主要分布在场地的南部，呈东西向分布。该塌陷属于小型地面塌陷，塌陷已部分充填，充填物疏松，有地下水流冲刷的迹象，塌陷接近休止状态，当地质环境改变时可能复活。

塌陷现处于基本稳定状态，基岩面在现地面以下10.85 m～27.60 m，为厚层状石灰岩，裂隙张开，溶蚀较严重。岩层直走（350°∠45°）向与溶洞斜交，倾角较陡。洞径高度大（为5.40 m），呈椭圆状，埋藏较浅。顶板厚度薄（厚度为0.4 m），与洞径比小（为0.07）。溶洞充填物松散，洞底见近期塌落物，岩溶水活动强烈，流速较大，岩溶洞隙的稳定性差。

根据塌陷分布和密度特征分析，本区岩溶塌陷的强度中等，发育速度中等，频率较低。根据牵引形成的周边裂缝及塌陷深度和塌陷区岩土层的物理、力学性质分析，其外缘土体存在潜在的塌陷面。如不采取有效治理措施，在地下水的作用下，可能继续发生滑塌，危及周边住户安全。

5 防治工程方案建议

根据本次钻探揭示的岩土层分布情况，上部覆盖层厚度较薄，地表水和地下水活动为塌陷稳定性的主要影响因素，建议勘查区采用综合治理的工程措施［1-5］。

（1）治理地表水：做好地表水截流、防渗和堵漏等疏导排泄措施，杜绝地表水渗入，防止土洞进一步发育和新土洞的产生。

（2）挖填处理：对发现的浅层土洞和表层塌陷形成的软土进行挖除，然后采用毛石混凝土回填。对地下水形成的深层土洞和塌陷，可局部采用挖除软土和抛填块石后做反滤层，面层用粘性土夯实。

（3）注浆处理：把水泥浆液或其它浆液均匀地注入到土洞和其周围土体的裂缝、孔隙中，硬化后将与土洞、溶洞内的充填物和周围土体胶结成一个整体，形成一个强度大、压缩性低、抗渗性高和稳定性良好的岩土体。根据本场地土洞、溶洞充填物的性质情况，建议采用高压喷射注浆方法进行地基加固处理。

6 结语

（1）场地属浅覆盖型岩溶区，构造较复杂、岩溶发育，岩溶地下水位埋深浅；石灰岩上部为第四系的土层，第四系孔隙水与下部岩溶水联系密切，具备发生地面塌陷的自然条件。主要是在不利的地层岩性、地质构造、大气降雨和地下水等自然因素条件下形成。塌陷形成诱因是本次的长时间降雨。

（2）塌陷现处于基本稳定状态，岩溶洞隙的稳定性，岩溶塌陷的地质环境中等复杂。地下水对岩溶塌陷的影响强烈，岩溶塌陷易发性高，危害性较大。

（3）实施工程治理前，加强塌陷区的地面变形观测和预警工作。一旦变形加剧，应对塌陷周边土体失稳做出预警，及时处理，人员应尽快尽早撤离，防止发生灾难性事故。

（4）建议塌陷区综合治理工程措施为挖填处理和注浆处理。