第３２卷第１２期 Ｖ０１．３２ Ｎｏ．１２ 建筑施工 ＢＵＩＬＤＩＮＧ Ｃ０ＮＳＴＲＵＣＴ１０Ｎ 岩溶地质塌陷的影响因素及工程处理 Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ Ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ Ｋａｒｓｔｉｃ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｏｌｌａｐｓｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｍｅｄｉａｌｌ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｅａｓＵｒｅｓ 口 梁志 （广西吉恩建设投资有限公司 南宁５３００２２） 【摘要】根据岩溶塌陷发育需要具备的三个基本要素（岩溶洞隙、松散覆盖层和地下水活动），详细阐述了以桂林市为代表 的岩溶地质塌陷的影响因素及分布特征，并把工程建设分为前、中、后三个阶段，分别论述了各阶段防治塌陷的处理技术。 【关键词】桂林市 土洞岩溶塌陷地质 施工技术 处理 【中图分类号】ＴＵ７５３．８ ／文献标识码 Ｂ 【文章编号】１００４—１００１（２０１０）１２—１２０ｇ一０４ ０引言 后依次为桂林组、融县组和岩关阶，见表１。 岩溶塌陷是岩溶地区常见的一种动力地质现象，在人类 的经济——工程活动参与岩溶地区环境的利用改造中，岩溶 塌陷已变得十分频繁和活跃，使岩溶塌陷成为岩溶地区一种 地层 统计孔 遇洞孔 遇洞率 塌陷坑 占总塌陷坑数 第四系覆 塌陷密度／ 代号 数／个 数／卟 ／（ 数／个 的百分率／（ 盖率／㈤ （个・ｋｍ ） 重要的环境地质问题Ⅲ。 Ｃｌ ５６ ２７ ４８．２ ６４ １４．２ ７５．６ ０．９９ 桂林是我国典型的岩溶发育区之一。随着桂林市工程建 Ｄ ２０１ １３２ ６５．６７ ２９０ ６４．４ ７４．８ １．２１ 设的迅速发展，塌陷发生的频次逐年呈明显的上升趋势。据 Ｄ３ｇ ２５ １６ ６４．０ ５７ １２．６７ ３８．９ ４．０７ Ｄ射 ３４ ２１ ６１．７ ３９ ８．６７ ４０ ４．８８ 统计 ］，截止１９９９年底的４０年间，在市区及近郊约３００ ｋｍ２ 的范围内，至少发生岩溶塌陷６５４个，给该市工农业生产、城 ｆ２）断裂构造［ ］ 市建设及人民生命财产安全等方面带来了严重的危害，造成 研究显示，区内至少存在７个较为明显的岩溶塌陷带， 了极大的经济损失。因此，认识和研究岩溶塌陷的影响因紊 带内共有岩溶塌陷４９１个，占全区已知６５４个岩溶塌陷总数 及分布规律，同时采取合理可行的防治措施，将获得可观的 的７５．１％。这些岩溶塌陷带均沿规模较大的ＮＥ（东北）向、Ｎｗ 经济和社会效益。 （西北）向和近ＥＷ（东西）向断层展布，如表２。 １岩溶塌陷的影响因素 岩溶地区塌陷的形成，需具备有岩溶洞隙、一定厚度盖 岩溶塌陷带名称 与地质构造关系 展布 塌陷数 占塌陷总数 层、地下水活动三个基本要素［ 。本文主要就三个基本要素 方向 量／个 比率／（ 对桂林市岩溶塌陷的影响因素及空间分布特征进行阐述。 种言场一第二造纸厂塌陷带 沿猴山背斜轴部和寨江断层（ＺＦ）及箍山断层（Ｈ日展布 ４Ｏ０ ３７ ５．７ 蘑床厂一桂林北站塌陷带 沿双漳圩断层（ｓＦ）展布 ４Ｏ０ ８５ １３．０ １．１岩溶洞隙 上月山一羊角山塌蹈带 沿上月山一羊角山断层（ｓｙＦ】展布 ２５。 １７５ ２６．８ 地下岩溶的存在是土洞、塌陷产生的基本条件之一。从 路口一丫吉村塌陷带 沿路口ＩＩ￣（ＬＫＦ）展布 近ＥＷ １３３ ２Ｏ ３ 某种意义上讲，地下岩溶的发育程度对塌陷的形成起着控制 氯肥厂一何家村塌陷带 沿有色疗养院断层 ｓＦ）展布 ３１５ｏ ５４ ８．３ 蘑床厂一市造纸厂塌陷带 沿龙家断层 Ｆ）展布 ３１０ｏ ２３５ ３５．９ 性作用。 琴潭一六狮洲塌陷带 ，￣ｇ４ｔ一六狮洲断层（ＱＬｆｊ展布 ４０。 ５４ ８．３ （１）岩性 统计结果显示，桂林市岩溶塌陷均发育在中、上泥盆统 据不完全统计，本区共有塌陷空间指数≥６的岩溶塌陷 和下石碳统可溶性碳酸盐岩之上的土层中。但由于岩性不同 密集区（与岩溶塌陷群相对应）４６个，有２２个发育在断层的 导致岩溶发育程度有较大差异，使塌陷在不同层位基岩上的 交汇部位。其中３组或３组以上断层交汇处的岩溶塌陷密集 分布具有明显的不均匀性，其中东岗岭组塌陷密度最大，其 区有６个，１９０个岩溶塌陷点，占全区已知岩溶塌陷点数的 【作者简介】梁志（１９８２一），男，助理工程师，学士。联系地址 １９． ；二组断层交汇处的岩溶塌陷密集区有１５个，１７６个岩 广西南宁市民族大道９３号新兴大厦２９层（５３００２２）。 溶塌陷点，占全区已知岩溶塌陷点的２６．９％。从断层交汇部位 【收稿日期】２０１０—０９～０９ １ａ『２０１Ｏ 梁志：岩溶地质塌陷的影响因素及工程处理 第１２期 控制的岩溶塌陷的情况看，在 和ＮＥ向断层（或多组断层 交汇时，同时含有 和ＮＥ向断层）交汇部位发育的岩溶塌 陷最多，有３４６个，占全区岩溶塌陷总数的５２．９％。 １．２覆盖土层 岩溶覆盖土层是土洞形成和塌陷产生的物质基础。土层 的成因类型、矿物成份、岩性、颗粒成份、结构构造、物理力学 性质、水理性质、状态、厚度等都对岩溶塌陷的产生具有一定 的影响。 （１）覆盖层岩土类型 表３为盖层岩土类型与塌陷关系的统计结果。从表中可 知：Ｏ 残积黏土由于形成时代旱，黏粒含量高，固结程度高， 故其抗剪强度也较大、抗塌能力较强、塌陷密度小。０。形成的 残坡积及 中洪积黏性土，黏粒含量及固结程度相对较低，因 此，抗剪强度较低，抗塌能力也相对较低，塌陷密度较大。 表３ 盖层岩土类型与塌陷关系 盖层土ｌ黏粒含 ｐ／ ｅ ｆＬ Ｋ／ Ｃ／ 小／ 塌陷 面积／ 塌陷密度／ 类型Ｉ量／％ （ｇ‘ｃｍ ｆｍ’ｄ一 １ ｋＰａ ） 数／个 限ｍ （个・ｋｍ Ｑ ｌ ４．５．６ ２ ７２ ０ ８９ １８＿８ ０．４８ ０１３１～０．５５２ ２５．３ ８．８ １０７ ８．２４ １２．９９ Ｑ ｌ ５６１ ２ ７６ １．０９ ２４ ５ Ｏ ３４ ０ ０１４～０ １３７ ５２ ７ ５ ８ ２０６ １９ ７４ １０．４４ Ｑ，． Ｉ＞６０ ２．７４ １．０４ ２３ ６ ０．１２ Ｏ１９７～１．１９５ ６５ ３ １４ ６Ｉ ６ １ ３５ ４．４４ （２）覆盖层结构 覆盖层结构主要指各不同岩性土层间的相互排列及组 合特征。通过野外工程地质测绘及大量钻孔资料的分析研 究，得到区内覆盖层结构与塌陷关系的统计结果，如表４。从 表４可以看出，具有混杂结构的覆盖层，塌陷密度最大，表明 其抗塌性能最差。这是由于此类结构较松散，且粗细颗粒渗 透性能差异大，在其接触面上容易产生接触冲刷而形成土洞 和塌陷；具有一元结构的覆盖层，塌陷密度也较大，表明其抗 塌性能也较差；具有二元结构和多元结构的覆盖层，从总体 上看，塌陷密度相对较小，表明其抗塌能力相对较强。这主要 是由于这两类土中黏土的粒问连接力较强，抗渗能力也较 强，不易被水流搬运带走。 表４覆盖层结构与塌陷关系统计表 覆盖层结构 塌陷数 占总数 塌陷分布 塌陷密度／ ／个 ／％ 面积／（ｋｍ ｆ个・ｋｍ３ 一元结构：粉质黏土 １８８ ５８．９ １８ ０６ １０ ４１ 二元结构：粉质黏土／砂砾石 ２６ ８．２ ２ ９９ ８ ６９ 多元结构：粉质黏土／砂砾石／黏土 １５ ４．７ ２．０５ ７＿３２ 混杂结构：粉质黏土、粉砂、黏土、砂砾石交错 ９０ ２８ ２ ６．２５ １４．４ （３）覆盖层厚度 通过对该区大量钻孔资料和地表测绘资料的统计分析， 得到覆盖层厚度与塌陷关系，如表５。表中表明，覆盖层厚度 越小，岩溶塌陷越发育。 １．３地下水活动 地下水是岩溶塌陷形成中最活跃的因素。地下水渗透水 溺 表５覆盖层厚度与岩溶塌陷关系统计 覆盖层厚度／ｍ ＜２ ２～４－ ４—６ ６—８ ８—１０ １０—１２ １２～１４ ∑ 塌陷个数／ ９７ ７２ ６９ ５．６ ２：２ ２ １ ３１９ 百分比／％ ３０．４１ ２２．５４ ２１．６３ １７．５５ ６．９０ ０．６３ Ｏ３１ １０Ｏ 流产生的渗透压力，弓Ｉ起潜蚀作用使土粒或土体迁移，出现 管涌或流土现象。地下水位的升降或补逸排活动，不但使土 层含水量的增减而改变土体的容重和状态，还可使位于地下 水位以下土体受的浮托力产生变化；使封闭较好的岩溶空腔 中的气体出现向上的冲压（正压力）或形成负压腔，出现 中爆 或吸蚀，引起岩土体的破坏嘲。 （１）地下水渗流 地下水流动会对覆盖层土体产生潜蚀作用。当地下水活 动强烈时，对岩溶塌陷的影响更为明显。据统计 ，桂林市 ８０％以上的塌陷都分布在各个地下水强径流带内。地下水强 径流带由于其水流集中，水流速较大，流态复杂易变，地下水 位波动频繁，地下水交替循环强烈，因此，地下水对岩土体的 溶蚀、潜蚀、吸蚀等作用都会加强，从而使塌陷更加容易形成 与产生。如区内沙塘一林机厂一临桂县自来水厂一临桂县 、琴潭岩一电表厂、磨床厂一通讯大队３个地下水强径 流带中，塌陷数达１６２个，占总数的５２％，３个径流带内塌陷 密度分别为８．７７个／ｌ（ｍ 、１４．４个／｝（ｍ 、１４．６个／Ｉ（ｍ２，说明强径 流带与塌陷关系密切。 （２）地下水位升降波动 地下水位升降波动会对覆盖层土体产生崩解及真空吸 蚀作用。对原状土在不同水位变幅条件下进行崩解试验表明 ［８］，水的波动频度对土体崩解速度影响极大，波动频度与土 体崩解速度成正比，如表６。从总的趋势看，水位变幅越大， 土的崩解速度越大，尤其是水位变幅为１ ｍ而出现真空负压 的试验，其崩解速率最大。 表６不同水位变幅下原状土崩解试验结果［８１ 实验 水位变 样品数 最大崩解 最小崩解 平均崩解率 条件 幅／ｍ ／个 率／（ｃｍ・ｄ一 ） 率／（ｃｍ．ｄ ） ／（ｃｍ’ｄ ） 微承 ０ ８ ５．０３ Ｏ １．２９ 正压 ０．２ １７ １０．２８１ Ｏ １．９７ 微承 ０５ １７ ３．１５ Ｏ ０．８１ 负压 １ １５ １５．１ Ｏ．１５ ２．９１ 通过在岩溶塌陷地区进行现场破坏性抽水致塌试验『９］， 也可获得与上述试验较为一致的结果。试验采用定流量抽水 和间歇性波动式抽水两种抽水形式，试验结果证实：①间歇 性抽水比持续抽水更容易产生塌陷；②间歇性抽水引起的塌 陷范围较持续抽水的影响范围更广。 当经潜蚀作用和崩解作用形成较小规模的土洞后，真空 吸蚀作用将有利于土洞的发育和扩大。勘查资料也表明，在 琴潭岩一电表厂、临桂自来水公司、沙地上一带水位波动频 ・ｌ２Ｏ９・ 第１２期 梁志：岩溶地质塌陷的影响因素及工程处理 １２／２Ｏ１Ｏ 度较高，因此岩溶塌陷较易发生，塌陷密度较大。 １．４人为因素 由人类工程活动即人为因素引起的塌陷称为人为塌陷， 桂林市岩溶塌陷以人为塌陷为主，如表７。人类工程活动改 变了原有地质及水文地质赋存环境，从而诱发或加速岩溶塌 陷作用。在人类工程活动中抽水及振动因素对塌陷的影响较 为明显。 表７桂林市岩溶塌陷的成因类型 成因类型 自然塌陷 人为塌陷 抽水 振动 排污 荷裁 成因不明塌陷 塌陷个数 ２４８ ２９１ ６５ １６ ３ ３１ 占总数比 ３７．９％ ４４．５％ ９．９％ ２．４％ ０．５％ ４．７％ （１）抽水 由表７可知，在人为塌陷中又以抽水塌陷为主，共有 ２９１个，占全区人为塌陷总数的７７．６名。频繁抽取地下水作为 工农业和生活用水，引起地下水水位的反复升降，加剧了侵 蚀作用，从而导致地面塌陷。当集中抽取大量地下水时，将改 变地下水天然流场，形成水位下降漏斗及强径流一排泄带。 如琴潭岩一航天电器公司一带，在约１Ｏ ｋｍ 范围内，地下水 开采量１万ｍ ，形成水位降落漏斗与水位低糟，其水力坡 度８ 左右，而外围水力坡度一般小于５名，此带白为２Ｏ世纪 ７０年代以来，共发生大大小小塌陷点７２个，密度达ｌ４．４个 ／ｋｍ２，塌陷主要集中在降落漏斗内或沿水位脊槽分布，外围 相对较少，密度１．６个／ｋｍ删。 （２）振动 这类塌陷是在原有土洞、溶洞基础上，由于振动或上部 负荷增加、破坏岩土体平衡所致。常见于钻探桩基工程施工 地段；另外，在公路、铁路附近，由于车辆长期往返震荡，使土 体失稳而造成塌陷，如桂梧高速公路临桂县会仙镇附近的塌 陷群属此类型ＥＩＯ］。 ２岩溶塌陷工程处理 认识和研究岩溶塌陷的影响因素及分布规律，是为了更 好地改造和利用岩溶地质体，利于人类在生产建设活动中对 岩溶发育区域加以规避或采取合理的防治措施，力求将塌陷 引起的危害降到最低。因此，岩溶塌陷治理应针对引起塌陷 的主要因素进行，具体处理方法在文献＿１１卜埘中有详细论述， 但各种处理方法都具有一定的适用局限性，实际工程中应根 据场地工程地质情况，因地制宜，选择既经济合理，又实用有 效的处理措施。 本文按工程建设的开展进程为主线，将工程建设分为工 程建设前期、工程建设中期、工程建设后期三个阶段，并就其 中已经或可能发生的塌陷及其处理进行论述。 ２．１工程建设前期岩溶塌陷工程处理 工程建设前期，即建筑基础施工前期，该阶段的岩溶地 ・１２１０・ 质体处于天然状态，尚未受到外界人为因素干扰，可能的岩 溶塌陷对场地环境的影响也相对有限，因此，对工程建设而 言该阶段是进行岩溶塌陷防治的最佳时期。该阶段的主要工 作可分为岩土工程勘察及地基处理两项。 （１）岩土工程勘察 岩土工程勘察是认识天然地质体的重要途径，也是工程 建设中不可或缺的环节，应严格按照规范采用工程地质测绘 和调查、物探、钻探等多种方法联合应用以查明场地工程地 质及水文地质条件，并就各地质因素对引发岩溶塌陷的可能 性进行综合判定，为工程建设提供详细、准确的地质资料。工 程建设中由于勘察工作不到位而引起的工程事故时有发生。 如宜春市某综合楼对场地勘察未引起重视，再加上机械施工 振动和抽取地下水，导致该场地出现严重的地面塌陷事故 。因此，在岩溶区开展工程建设，对岩土工程勘察应引起高 度重视。 （２）地基处理 岩溶区岩土工程设计、施工应根据场地勘察资料制定合 理可行的施工计划，对可能发生的塌陷进行有效的防治；对 已查明的塌陷、土洞、岩溶洞隙、软土等不良地质现象应采取 相应的地基加固处理。相对而言，该阶段的塌陷处理方法具 有很大的选择余地，对已发现的浅埋土洞、塌陷（一般小于 ３．０ ｍ），可采取开挖回填；对深埋土洞、软土可采用灌注 法、［蚓：亦可联合采用结构设计措施，如调整基础尺寸、跨越 法㈣及调整柱距［１６ 等。 在实际工程建设中有一种地基类型常被工程人员所忽 视，即在深层发育有土洞的地基。《建筑地基基础设计规范》 ＧＢ ５０００７－２００２第６．５．２条或《岩土工程勘察规范）ＧＢ ５００２１—２００１第５．１．１０条第一款均规定：“在岩溶地区，当基 础底面以下的土层厚度大于３倍基础底宽，或大于６倍 条形基础底宽，且在使用期间不具形成土洞条件时，可不考 虑岩溶对地基稳定性的影响”。从而使工程设计人员认为只 要满足上述规范要求，就可不考虑土洞对地基（包括地基承 载力）的不利影响。实际上，文献［１７ 采用弹塑性理论计算该类 地基承载力证实其是有影响的。因此，在建设过程中尚需对 深层土洞进行加固处理，为工程消除隐患。 ２．２工程建设中岩溶塌陷工程处理 工程建设中期，即工程处于基础或上部结构施工的过程 当中，该阶段的岩溶地质体将受到外界诸如振动、抽水等人 为因素干扰及逐渐增加的建筑荷载影响，同时，施工亦将对 周边环境造成较为明显的影响。该阶段的地面塌陷，在岩溶 区比较常见。造成塌陷的原因主要为人为因素，这其中既有 施工直接造成的塌陷，也有由于施工处理不当而间接造成的 塌陷。文献［瑚对岩溶区常见塌陷工程有详细的论述。相对于 前期阶段而言，该阶段可能的塌陷危害性增大，处理方法的 选择余地变小，也难以利用相关结构调整措施。处理方法应 针对塌陷事故原因合理选取，做到对症下药，标本兼治。 １２，２Ｏ１０ 梁志：岩溶地质塌陷的影响因素及工程处理 第１２期 （１）振动塌陷 对于深埋土洞、断层构造或溶洞地基，采用桩基施工无 疑是一种较为安全可靠的选择；然而，桩基施工中往往由于 机械振动而导致地面塌陷，在遇洞率较高的灰岩地区应引起 注意。通常情况，这种振动影响的范围不大，故塌陷的规模亦 不大，处理方法可采用回填＋注浆法［１９］。 有时桩基施工引发塌陷的规模是巨大的。例如在桂林市 八桂大厦的桩基施工中，大直径的钻孔桩施工到４５ ｍ时， 距施工现场约１２０多ｍ的市体育场附近便出现多处塌陷。 分析其发生塌陷的原因，认为由八桂大厦到体育场塌陷区的 方向与本区构造发育带一致，在该构造带上岩溶发育，存在 古塌陷和土洞，这是体育场产生塌陷的内在原因。因此，在强 岩溶发育区尤其是在地质构造区进行施工时应采取相关的 防护措施，如桩基施工采用套管保护及设置排气孔等。 （２）抽水塌陷 不合理地抽排地下水也是造成建筑施工塌陷的一个重 要因素。如桂林市施家园某工地，位于漓江级阶地，采用人 工挖孔桩，大量抽取地下水，致使其东侧在建建筑物（高七 层）建至第七层时，在２ 与３ 楼之间靠近２ 楼发生面积 ７０．０ ｍ ～８Ｏ．０ ｍ 、深１Ｏ多ｍ的塌陷，造成２ 楼部分墙体开 裂。该塌陷系由抽吸地下水与加载共同引起的。经研究后采 取先回填陷坑并夯实，再进行高压灌浆处理，达到了预期的 效果 。 施工塌陷多为人为因素造成，因此，施工过程中应针对 工程地质条件采取合理的塌陷防范措施，上策为防，下策为 治，力求将塌陷危害降到最低。 ２．３工程建设后岩溶塌陷工程处理 工程建设后期，即在建筑正常使用的过程中，该阶段的 岩溶地质体处于重构趋于稳定状态，承受上部结构荷载及施 工扰动后的水土动力系统作用。该阶段的岩溶塌陷，在岩溶 地区屡见不鲜，其中既有自然因素引发的塌陷，亦有人为因 素导致的塌陷。该阶段塌陷危害性最大。由自然因素引发的 塌陷，其规模相对较小，处理方法多采用回填＋灌 绷。由人 为因素引发的塌陷通常规模较大，如集中大量抽排水活动； 有时由人为因素引发的塌陷甚至是灾难性的，如由于振动和 爆破致塌造成拓木村整个村庄遭受严重的经济财产损失 ］。 因此，在岩溶区应适当控制各项可能引发塌陷的人类活动， 以确保人民生命财产安全。 ３结论与建议 （１）桂林市岩溶塌陷影响因素是多方面的，如岩性、断 裂构造、覆盖土层结构、土层厚度、地下水渗流、水位升降及 人为因素等； （２）工程建设前期应按照规范进行严格的工程地质勘 察，对可能的塌陷处理可采取换填、注浆及有关结构调整等 方法，建议对深层土洞采取相关处理； 鳓 （３）工程建设中期可能的塌陷主要受人为因素影响，该 阶段塌陷应以防范为主，其可能的塌陷应根据引起塌陷的主 要因素针对性地进行处理； （４）工程建设后期可能的塌陷受自然因素及人为因素 共同影响，该阶段应对人类活动加以适当，如抽水活动， 建议采取限量持续性抽取方式，且应适当远离建筑区；对自 然塌陷处理可采用回填＋灌浆。 参考文献 ［１］康彦仁．岩溶塌陷的形成机制Ｕ］．广西地质，１９８９，２（２）：８３～９Ｏ． ［２］冯佐海，梁金城，李晓峰，等．桂林市岩溶塌陷成因类型与时空分布 特征Ⅱ】．自然灾害学报，２００１，１０（３）：９２—９７． 【３］康彦仁．岩溶地面塌陷的形成条件 中国岩溶，１９８８，７（１）：９—１７． ［４］万志清，秦四清，祁生文．桂林市岩溶塌陷及防治Ｕ］．工程地质学 报，２００１，９（２）：１９９—２０３． ［５】冯佐海，李晓峰，刘辉利，等．桂林市断裂构造对岩溶塌陷的控制作 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