白云山西側地區巖溶發育成因及地面塌陷治理分析

李亞軍 高 林

（1.廣東省佛山地質局，廣東佛山 528000；2.廣東佛山地質工程勘察院，廣東佛山 528000）

巖溶地面塌陷是廣州市及其周邊地區發育最強、分布最廣、危害最大的地質災害之一，主要分布于廣花盆地。本文以廣州市白云區江夏村的建設工程為實例，從巖土層特征、地質構造等角度分析了白云山西部地區的巖溶發育成因；從地質環境特征、人類工程活動等角度分析了地面塌陷的主要成因；針對治理地質災害的施工方法進行了可行性探討。

1 工程實例

1.1 工程概況

本文以“廣州白云江夏46畝地塊項目”為研究對象，擬建工程項目位于廣州市白云區黃石街道江夏村，南臨黃石東路及藍天新苑小區，東臨白云大道北及白云山風景區。

擬建工程項目包括5棟高層住宅樓及若干座附屬設施等，最大建筑高度為134.40 m，設有1～2層地下室，基坑開挖深度為5.45～9.25 m。

1.2 地層巖性

根據鉆孔揭露，場地地基巖土層按成因可劃分為人工填土（Qml）、第四系沖積層（Qal）、第四系風化殘積層（Qal）、石炭紀中晚石炭世壺天群（C2H）、早石炭世測水組（C1c）風化基巖。

地基土主要為人工填土、粉質黏土、粉土、黏土、淤泥、淤泥質土、粉砂、中砂、粗砂、礫砂、圓礫及殘積土等，層位不穩定，且各土層的狀態、埋深和厚度在水平和垂直方向變化較大，地基的均勻性差。場地基巖垂直方向及水平方向上巖性變化較復雜，為煤層、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、炭質灰巖及石灰巖等。

在詳細勘察階段，本場地共實施工程地質鉆孔130個，6個鉆孔處揭露有土洞，見洞率為4.62%；共33個鉆孔處分布有溶洞，見洞率為25.39%；在施工勘察階段，本場地共實施樁基礎超前鉆孔495個，發現土洞的鉆孔共7個，土洞見洞率1.42%；發現溶洞的鉆孔共157個，溶洞見洞率31.72%。綜合評價，本場地土洞發育程度屬微發育，溶洞發育程度屬強發育，建筑場地巖溶發育程度屬巖溶強發育場地。

土洞洞高一般1.10～3.60 m，平均高度2.44 m，土洞一般呈空洞，充填物為多為流塑～軟塑狀黏性土。溶洞洞高一般0.70～9.00 m，平均3.73 m，溶洞一般位于中風化灰巖的中部、底部及微風化灰巖的頂部、上部及中部等，局部由多個溶洞交替組成，呈串珠狀，洞中多有基巖薄隔層。溶洞一般為半填充，局部全充填，填充物主要為黏性土，局部含較多基巖碎塊，大部分存在漏漿現象。

2 場地巖溶發育情況及成因分析

2.1 巖性對巖溶發育的控制

巖溶包括水對可溶巖產生化學溶解和機械破壞作用，還包括作用引起的各種現象和形態。巖溶形成必須基于一定條件，主要成因有巖石可溶性、巖石裂隙性、水流通性、水侵蝕性等。

場地下伏基巖主要為石炭紀中晚石炭世壺天群（C2H）及早石炭世測水組（C1c）的石灰巖、炭質灰巖，灰巖類中鈣質成分的可溶性物質較多，因此巖溶較發育。

2.2 構造對巖溶發育的控制

根據珠江三角洲1∶200 000綜合水文地質圖資料，白云山區域主要發育有東北向的廣從斷裂、北西向的沙灣斷裂和北西向的瘦狗嶺斷裂。該區域構造巖主要指角礫巖、碎裂巖等，且局部地段展現出了發育較好的鉆孔巖芯擦痕。該區域位于巖石破碎且連通性較好的斷裂帶內，天然地為地下水流動提供了良好通道條件，引發了巖溶發育現象。

根據區域地質資料，勘察場地附近有一次級斷層通過，斷層走向25°～55°，傾向南東，傾角陡。反向平移正斷層，斷裂北段上盤為石炭系，下盤為小坪組。發育構造角礫巖和碎裂巖，寬2.5 m以上。斷面見擦痕、階步，指示反鐘向平移逆斷層性質。兩側巖石節理、片理發育，巖層發生揉皺。斷層隱伏于第四系下，以發育構造角礫巖為特征，下石炭統中，見構造角礫巖、斷層泥和構造透鏡體。斷裂帶內巖石破碎，連通性較好，給地下水的流動提供了較好的天然通道，致使巖溶發育[1-2]。

3 地面塌陷情況及原因分析

在施工勘察階段，鉆機附近發生多次小規模地面塌陷或沉降，局部地段超前鉆施工過程中，鉆孔出現不同程度的冒水現象，初期冒水高度約0.2～0.6 m，水柱呈紅褐色，含有大量泥沙，后逐漸變成清水，約1 h后地面停止冒水。

3.1 復雜地質環境特征是形成地面塌陷的內因

（1）廣州市白云區位于我國東南地洼區的南部，經歷過加里東期、印支期、燕山期等多期次構造變動，新構造運動使老構造進一步復雜化。第三紀以來的地殼構造運動具有明顯的繼承性和一定的新生性。繼承性主要表現在運動承襲燕山運動以來地殼的構造格局，以大面積抬升伴隨頻繁的斷塊差異運動，巖漿活動為主，構造線仍以屬于老構造的北東走向和近東西走向為主。新生性則由內陸向沿海增強，前者表現為斷塊差異運動弱，活動盆地不發育，地震水平較低，后者表現為斷塊差異運動較強，火山活動也較強，活動盆地發育，地震水平較高。

（2）地面塌陷分布范圍內隱伏巖溶的覆蓋層均為第四系雙層或多層結構土體，河流沖洪積的中、粗砂等砂土層的結構松散，透水性良好；隱伏巖溶為石炭紀中晚石炭世壺天群（C2H）及早石炭世測水組（C1c）的粉砂質泥巖、泥質砂巖及石灰巖、炭質灰巖，巖溶較發育，構成了良好的地下水流動的巖溶管道和儲存空間。

3.2 工程活動是地面塌陷的誘發因素

（1）工程活動引起的地下水變化。

①土重度發生改變。

水量增加，土重度隨之增大；本工程中，區域內存在較多一般黏性土，黏土土體充分吸收水分達到飽水狀態后，重度相應增大，導致相關塌陷體重量增加，土洞拱頂垮落。

②改變土體結構。

針對石炭紀中晚石炭世壺天群（C2H）及早石炭世測水組（C1c）廣泛分布的強風化巖層以及場地揭露的煤層，含水量增加，必然出現膨脹；若處于干燥條件，會因垂直裂隙造成土體被切割，抗剪強度降低。在此狀態下，發育土洞會導致地基不穩定。

③巖溶地下水位下降。

減弱巖溶對于覆蓋層或土洞頂板的浮托力，即水位下降會增加土體自重，具體消減值主要與水位下降程度、土體重度變化有關。

工程活動會導致地下水發生滲透潛蝕作用，地下水位下降時，坡降和流速相應增大，增強動水壓力的過程中，側向潛蝕、沖刷和掏空巖溶洞隙通道的松散充填物和覆蓋層[3-5]。

（2）人為振動和機械擊穿。

人為工程活動引起地面塌陷指施工過程因設備使用等產生振動，土體結構會受到不同程度影響，嚴重時導致其被破壞（如抗剪強度降低等），減少抗塌力，使溶洞、土洞失衡，加速塌陷。

在人工加載時，施工區域內蓋層會增加一個附加應力，導致蓋層力學不平衡，穩定性降低。在此作用下，若不及時進行處理，溶洞、土洞頂板已接近極限平衡狀態的情況下，加載作用會導致洞頂發生失穩而被破壞，最終出現塌陷。地下土洞或溶洞的隔水頂板被樁基或勘探工程貫穿后，地表水與地下水相聯系，引發沙漏，也會引起地面塌陷。

4 溶洞、土洞及地面塌陷的治理工作建議

（1）封堵回填法。

一般用于塌坑較淺、范圍較大的塌陷處理，通過采用碎石或石塊，先大塊后小塊回填進行填堵夯實，對塌坑及地下巖溶管道進行填實封堵，削弱地下水的侵蝕作用，增強土體的抗潛蝕能力，防止塌陷的再次發生與發展[6-8]。

（2）壓力注漿法。

一般用于較深的土洞、溶洞，采用適當的注漿材料將土洞、溶蝕裂隙、管道等充填密實并膠結。此方案可降低巖土體的滲透性，削弱地下水的潛蝕作用，可對松散土體或巖石進行加固，增大強度，提高抵抗滲透變形以及抵抗塌陷的能力，限制或消除巖溶塌陷的發生與發展。

（3）梁、板跨越法或樁基礎穿越法。

針對建造在塌陷或潛在塌陷帶上的構筑物，可采用梁、板等牢固的跨越結構，使作用在塌陷帶上的荷載通過跨越結構傳到兩側穩定的巖土體上，防止建筑物荷載的作用引起塌陷的發生與發展。塌陷范圍較大時，對重大建筑物也可采用樁等深基礎穿越塌陷或土洞、溶洞底部以下，進入穩定的巖土層內，確保建筑物的穩定和安全。

5 結語

（1）白云山西側地區地質環境條件差，場地穩定性較差，溶洞非常發育，且經常發生地面塌陷等地質災害，巖土工程地質性質差，建議超高層或重要建筑物宜避開此區域，如無法避開，設計及施工均需要謹慎考慮。

（2）治理溶洞與處理地面塌陷的方法應當結合進行，對于深度較淺、范圍較小的塌陷，對建筑物危害不大時，對塌陷進行回填夯實即可；對于一般的多層建筑，塌陷坑、隱伏土洞、溶洞規模較小時，可采用灌漿封堵以及跨越法等綜合治理。