廣州白云區(qū)某高速橋梁樁基地面塌陷成因分析及處理

李 容

(廣東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 廣州 510507)

本研究基于廣州市白云區(qū)某高速主線橋50#墩地面塌陷實(shí)踐，使用鉆探、CT等綜合勘察手段查明探測(cè)剖面范圍內(nèi)的巖面起伏、巖溶發(fā)育情況，分析發(fā)生地面塌陷的因素，有針對(duì)性地采用鉆孔注漿法加固治理塌陷路面，為工程勘察、設(shè)計(jì)及施工提供借鑒。

1 項(xiàng)目概況

廣州白云區(qū)某高速主線橋50#墩發(fā)生地面塌陷事故，位于京廣高鐵橋以西沿鴉崗大道西行約650 m處。塌陷區(qū)位于中央分隔帶中偏南，面積約300 m2，最大塌陷深度約2.5 m。大約有20 m×6 m的塌陷區(qū)域位于兩條車(chē)道上，導(dǎo)致西往東方向只有最南側(cè)的一條車(chē)道供通行。

2 地面塌陷致災(zāi)因子分析

2.1 巖溶發(fā)育

巖溶是產(chǎn)生塌陷的基礎(chǔ)，為塌陷物質(zhì)提供容納的場(chǎng)所和運(yùn)移的空間，其分布和發(fā)育受構(gòu)造斷裂帶、褶皺軸部及可溶性巖石等因素控制。本研究區(qū)位于廣州西北部的廣花盆地內(nèi)，構(gòu)造上處于華南褶皺系粵中坳陷廣花凹陷的廣花復(fù)式向斜上，控制其構(gòu)造走向的區(qū)域大斷層為廣三-瘦狗嶺斷層和廣從斷層。地層以沉積地層為主，巖溶比較發(fā)育，主要由中上石炭統(tǒng)壺天組灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r，下石炭統(tǒng)石磴組灰?guī)r等可溶性巖組成。據(jù)統(tǒng)計(jì)壺天組灰?guī)r及石磴組灰?guī)r有很高的巖溶發(fā)育率。通常在斷層、褶皺軸部位置巖石破碎,巖溶發(fā)育,是地下水補(bǔ)給、徑流、排泄的主要通道，在抽汲地下水時(shí),往往沿著這些地帶產(chǎn)生地面塌陷。

2.2 松散覆蓋層

覆蓋層的特征在一定程度上對(duì)地面塌陷起著控制作用，本研究區(qū)覆蓋層為淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、砂土多元結(jié)構(gòu)，厚約16 m。地面塌陷災(zāi)害表明，地面塌陷多發(fā)生在上覆層厚度在0～20 m的覆蓋層地帶，約占塌陷總數(shù)的85%。多元結(jié)構(gòu)地質(zhì)特征中的土層顆粒粗細(xì)不均，結(jié)構(gòu)較松散，土層滲透性能差異大，容易產(chǎn)生因沖刷而形成的土洞和塌陷。

2.3 地下水

地下水是巖溶塌陷形成中最積極、最活躍的因素,因其對(duì)巖體長(zhǎng)期不斷的溶蝕和侵蝕，使得溶洞逐漸擴(kuò)大，同時(shí)地下水可以溶解土體中某些可溶性礦物和膠結(jié)物，并帶走土體中某些細(xì)小顆粒對(duì)覆蓋層產(chǎn)生潛蝕作用，導(dǎo)致土洞的產(chǎn)生。地下水的反復(fù)作用，可使土洞逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致塌陷的發(fā)生。本研究區(qū)鄰近白坭河受潮汐影響，長(zhǎng)期地下水位升降作用，在溶洞頂形成較大的土洞，在震動(dòng)、擠壓作用下，土洞下沉，引起地面下陷。

2.4 人工活動(dòng)

因鄰近樁基采用沖擊鉆施工，震動(dòng)較大，導(dǎo)致溶洞頂板塌陷或者開(kāi)裂，致使細(xì)砂層和淤泥層水土流失，引起地面沉陷。

3 地面塌陷治理措施

3.1 鉆探結(jié)果

塌陷區(qū)邊緣布置了CYZX50a、CYZX50b、CYZX50d三個(gè)鉆孔，位于塌陷區(qū)的原鉆孔為CYZX50-1、CYZX50-3，補(bǔ)充勘察鉆孔平面布置圖見(jiàn)圖1。

圖1 補(bǔ)充勘察鉆孔平面布置圖

根據(jù)鉆探資料結(jié)果顯示，塌陷區(qū)內(nèi)除了鉆孔CYZX50b，其他鉆孔均有揭示溶洞發(fā)育，塌陷區(qū)內(nèi)見(jiàn)洞率為80%，其中鉆孔CYZK50-3附近溶洞最為發(fā)育，溶洞率為44%，最高溶洞厚度為10.3 m，整塌陷區(qū)內(nèi)溶洞率為27%，溶洞平均厚度為4.3 m(詳見(jiàn)表1)。

表1 塌陷區(qū)巖溶發(fā)育分布表

3.2 CT探測(cè)

為再次驗(yàn)證塌陷區(qū)的地下溶洞分布、大小等情況，對(duì)CYZX50a、CYZX50b、CYZX50d孔間地層進(jìn)行CT探測(cè)。

探測(cè)結(jié)果顯示，塌陷區(qū)的覆蓋層厚度約為16 m，覆蓋層未見(jiàn)土洞發(fā)育，巖面以下溶洞廣泛分布，最大體量的溶洞位于CYZX50d中心至西側(cè)12 m的范圍內(nèi)(見(jiàn)圖2)，即平面圖所示的CYZX50-3附近。CT結(jié)果與地質(zhì)資料吻合，該溶洞中心與塌陷區(qū)中心位置基本吻合。

圖2 CT掃描斷面圖

溶洞與覆蓋層間均存在一定厚度的頂板，且塌陷區(qū)下方的溶洞頂板厚度為1～3 m，此次塌陷發(fā)生后，溶洞頂板并未垮塌。可判定是覆蓋層內(nèi)的砂土淤泥質(zhì)土流失引起的塌陷。

3.3 塌陷治理措施

針對(duì)引起本次塌陷的原因，對(duì)本次塌陷采取如下措施：

(1)首先用片(碎)石對(duì)塌陷區(qū)進(jìn)行回填，中分帶回填至原地面高程，機(jī)動(dòng)車(chē)道回填至原路面以下約0.7 m。

(2)機(jī)動(dòng)車(chē)道頂面用高強(qiáng)快硬混凝土澆筑約70 cm厚的混凝土板。(已在塌陷搶險(xiǎn)期完成)。

(3)路基以下的土層受塌陷影響，變得松散、密實(shí)度低，擬采用回填+注漿法進(jìn)行加固處理。

(4)塌陷區(qū)涵蓋了50#-1和50#-3樁位，后續(xù)的樁基沖孔施工過(guò)程仍然存在塌陷的風(fēng)險(xiǎn)，因此對(duì)位于50#橋墩樁位下方的溶洞進(jìn)行注漿封閉處理。由于上述兩根樁的鉆孔樁狀圖顯示與巖面相鄰的覆蓋層底部為約3 m厚的砂土層，應(yīng)同時(shí)對(duì)此砂土層進(jìn)行注漿固化，以防止沖孔施工擊裂溶洞頂板，砂土層再次流失造成塌陷。

(5)50#墩樁位范圍以外的其他塌陷區(qū)域，巖面以下的溶洞頂板無(wú)垮塌，且溶洞頂板有一定的厚度，可不進(jìn)行溶洞的注漿處治。

(6)先進(jìn)行覆蓋土層加固處治，再對(duì)樁位處的溶洞進(jìn)行注漿預(yù)處理。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)巖溶地面塌陷分布受地質(zhì)構(gòu)造、地下水條件、覆蓋層巖土結(jié)構(gòu)特征等因素的影響，還與人類(lèi)工程活動(dòng)密切相關(guān)，在巖溶區(qū)施工時(shí)應(yīng)盡量減少人類(lèi)工程活動(dòng)對(duì)巖土體的擾動(dòng)，從而避免發(fā)生巖溶地面塌陷等地質(zhì)災(zāi)害。

(2)通過(guò)分析發(fā)生塌陷的客觀條件和影響塌陷的各種因素，以此作為預(yù)測(cè)的依據(jù)，最后根據(jù)發(fā)生塌陷的機(jī)理，有針對(duì)性地提出合理的處理措施，達(dá)到良好的加固效果。