河池至百色高速公路丘莫屯地表开裂分析

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摘 要：为了研究河池至百色高速公路丘莫特大桥桩基施工引发的地表开裂、塌陷原因及整治对策，通过采用地质钻探、调绘、地球物理勘探多种手段和方法，对地表开裂原因进行了综合分析，并预测未来地表开裂、塌陷发展的趋势，最后提出了针对性的整治对策。

关键词：高速公路；桩基施工；岩溶；地表开裂

前言

地表开裂、塌陷是岩溶地区常见的工程地质灾害，但由于地质灾害发生区域的地质、水文环境及工程类型不尽相同，地表开裂、塌陷所产生的原因与作用机理同样存在差异，文章通过丘莫屯地质勘察成果，对地质构造演变过程及开裂、塌陷机理进行分析，以期为同类型地质灾害的预判及处治提供经验。

1 概况

丘莫特大桥是河池至百色高速公路控制性工程之一，桥长1410米，跨越巴拉河后与丘莫隧道相接，桥梁南段东侧紧邻河池市东兰镇新烟村丘莫屯。巴拉河南岸共布设桩基16根，桩基施工采用140kW冲击成孔，第四根桩基施工过程中，发现桩基附近一带房屋边缘出现裂缝，随即施工停止，而后丘莫屯多处出现地表裂缝及民房开裂，地面连续裂缝长度超过40米，裂缝宽度2-5mm，且开裂速度有不断向外扩展。

2 丘莫屯工程地质条件

2.1 勘察方法

地表开裂出现后，对丘莫屯进行地质勘察，勘察综合采用了工程地质钻探、调绘、地球物理勘探多种手段和方法，具体勘察工作布置如表1：

2.2 地形地貌

结合地质资料及早期勘察成果，可知勘察区兼具褶皱洼地及岩溶洼地的特点，东往西向大体呈“山”字形褶皱，大致垂直于这一“山”字形的次级褶皱束控制着河谷的总体形态。丘莫屯位于巴拉河河谷区，本段河流总体上呈梯状下落，在上游平台边缘地表水未见明显变小，说明地下溶洞入水口明显受阻。地下暗河与地表河相互贯通，地表形成河谷阶地，同时地下暗河逐渐被河谷堆积物填充，地表水、地下水主要在表层交互，岩溶逐渐在表层灰岩一带发展，形成现丘莫屯底部宽大溶洞并形成筛状小型岩溶漏斗。

2.3 地层岩性

通过地质钻孔揭示，丘莫屯地层由第四系覆盖层（Q）和石炭系上统（C3）石灰岩组成。

（1）第四系覆盖层（Q）

自下而上依次为全新统早期残坡积粘土（Q4el+dl）、全新统后期冲洪积卵石土（Q42al），伴有第四系全新统晚期溶洞内填充物（Q42）：

第四系全新统早期残坡积层（Q4el+dl）：以粘土为主，一般呈褐黄色，局部地段缺失，层厚多在1～8m之间，不能排除局部存在更厚层的可能性，饱水，一般呈软塑-流塑状，标贯击数一般1-3击，钻进过程均有明显缩孔。

第四系全新统晚期冲洪积（Q42al）：以卵石土为主，卵石一般呈浑圆状，主要由灰岩碎屑组成，粒径一般介于50-200mm，充填砂砾局部充填泥质，潮湿――饱水，稍密――中密。

第四系全新统晚期溶洞内填充物（Q42）：根据钻探资料，丘莫屯周边下部溶洞基本已完全填充，但填充物基本未固结，泥砂仍呈稠度极大的黏糊状，填充物多由砂砾及泥水混合物组成，部分地段底部含卵砾石。

（2）石炭系上统（C3）灰岩

勘察深度内灰岩呈中风化状态，灰色，隐晶质结构，中厚～厚层状构造，岩石坚硬。受岩溶作用、构造挤压上部基岩面起伏较大，岩溶洼地内表层灰岩多被流塑软土披盖；内有大型岩溶发育，现代河道下溶洞多被第四系松散砂砾、粘粒充填完全，局部夹杂卵石。从直观上看，溶洞大部分沉积物比现代河道饱水松散砂层疏松流变性更强。

2.4 水文地质条件

地表水：丘莫屯紧邻巴拉河，巴拉河属常年性河流，本段河流由东南流向西北，主要以大气降水及暗河补给，旱季流量不大，雨季流量较大，容易形成短期洪水，勘察期间河水宽约11.00m，水深0.50m，流量约190L/s。

地下水：地下水主要为岩溶水，其次为第四系覆盖层中的孔隙水、基岩中的岩溶裂隙水。勘察区地下水与地表水通过大小不等的岩溶漏斗相互紧密联系，导致岩溶小漏斗在地表如筛状发展，也给丘莫屯大范围地表开裂提供了条件。

3 丘莫屯房屋开裂、地面沉陷分析

（1）勘察区地下溶洞发育，较大溶槽分布，表层灰岩发育筛状岩溶小漏斗，为丘莫屯地表_裂、地面沉陷提供的基本条件。结合地质勘察结论，丘莫屯总体上看属于近东西向褶皱束的背斜段（如图1），而背斜是良好的储水地段，为特大型岩溶发育提供了条件。上述褶皱核心地带形成大型溶洞后，在新生代喜马拉雅运动期局部地段发生平行于褶皱方向的断裂，东段受太平洋板块自南向北挤压，发生走向大致垂直于东西向褶皱的次级褶皱，这一褶皱发生时期相对较晚，但速度相对较快（大于河道切割速度），致使形成现有梯状河道。进入第四系以来，这一褶皱仍持续活动。对溶洞而言，这一褶皱则使溶洞暗河出口受阻，形成事实上的淤积坝（如图2），填充物只进不出或者进多出少致使溶洞内部填充物大量聚集。

从溶洞填充物胶结程度分析，丘莫屯河谷底部溶洞的发展在第四纪中晚期遇阻并逐渐进入缓慢填充时期。目前，填充仍在进行中，溶洞内物质基本呈流砂状，要完成这一过程，尚需要漫长的地质时期。在施工之前，地下溶洞填充物基本呈湖相，是接近静止的，是丘莫屯在施工桩基阶段才产生较大变形的地质背景。

大型溶洞分布呈湖相：受岩性及构造作用，为该区域形成大型溶洞创造良好条件，受后期构造影响，岩溶出水口被非灰岩系地层阻断，逐渐形成地下湖。

筛状岩溶漏斗发育：类似地下湖的岩溶流体物质长期以来基本处于静止或水文交换极差的状态，下部水钙离子含量基本饱和，致使岩溶向下发展遇阻，逐步为丘莫屯低洼地带筛状岩溶漏斗形成创造条件。虽然地表筛状溶洞尚无直接证据表明其存在。但是，本次钻探中，大量的地下溶洞填充物以粘粒及砂砾居多，部分地段集中卵石，且粒径明显分化，这也间接印证了筛状小型岩溶漏斗的存在。

（2）桩基施工是丘莫屯地表开裂、地面沉陷的直接原因

未开挖桩基之前，勘察区溶洞已被泥砂完全充填，溶洞的进一步填充、固结仍在过程之中。溶洞盖板上部地层与溶洞内物质通过各种形态漏斗相联系，漏斗上下物质与溶洞内物质处于脆弱的动态平衡状态，降雨量多寡、地震等因素使这一平衡随时都被打破，只是平时变形不大，未引起重视而已。

丘莫大桥本段桩基直径3.4米，这样的大型嵌岩桩一般采用重型冲击钻进行施工。本段施工采用140kW冲击钻，带动15吨吊锤冲击作业，沉渣通过泥浆循环带出，这一过程将溶洞内原有沉积物带出，引起周边流体补偿这一力学平衡，进而沿漏斗方向自近而远的打破漏斗上下原有动态平衡，地基物质沿筛状漏斗跌落或挤入下部溶洞，于是产生地表沉降。

（3）勘察区卵石之下存在软弱地基土，是大范围房屋变形、地面下陷的部分原因

根据勘察资料，变形区域内地表卵石之下灰岩之上一般分布黏土层，此粘土层一般下部2.0米呈流塑状态。由于施工而引发区域地质环境发生变化，粘土层持力效果较差，进行造成地表开裂、下陷。

塑性很强的粘土，在下部溶洞填充物流动过程中，由于支撑压力减小，受真空吸附，沿筛状漏斗将向下运动。上部卵石、下部黏土这种不正常的地层结构本身就意味着，丘莫屯现低洼地带在第四系地质历史上经历了湖积逐渐转向冲积的过渡期。这一地层组合特征也是勘察区下部岩溶水呈湖相的又一佐证。

4 整治方案

（1）对完成基坑开挖的桩基尽快浇筑，以便尽快封]岩溶填充物出口，促使现有溶洞填充物快速稳定。

（2）桩基施工中难以避免扰动溶洞填充物，应采用对溶洞填充物扰动少的施工工艺，同时在不影响桩基稳定的前提下，也可以适当减小桩基入岩深度。

（3）施工过程中对丘莫屯人员及重要财产组织撤离，同时加强周边变形监测。

（4）桩基施工完成后，对屯内较大岩溶漏斗，尽快填埋。影响区变形稳定后，组织权威部门对受灾区房屋进行评估。

5 结束语

丘莫屯桩基开挖过程中产生沉陷是多种因素相互交织的结果。主要由新构造运动及溶洞内淤积现状、软弱地基土、地下岩溶呈筛状漏斗发育、桩基开挖等因素。丘莫屯变形受复杂因素控制，现行的施工方案只可减缓沉陷发展速度，预防灾难性事故发生，却难以绝对制止变形发生。因此，下一步应加强地表变形监测，发现突变时，采取动态设计并及时处治。

参考文献

[1]河池至百色高速公路两阶段施工图文件[Z].

[2]JTG C20-2011.公路工程地质勘察规范[S].

[3]窦明健.公路工程地质[M].北京：中国交通出版社，2003.