黄歆
广西有色勘察设计研究院 广西南宁市 530031
摘要：本文从加尤互通所特有的地质构造、地层岩土结构、水文地质条件的特点，揭示地质演化过程中形成的复杂的工程地质条件，在水文地质作用和人类工程活动等共同作用下，详尽的分析了地面塌陷的形成机理、发展过程，提出了针对性的处治建议，并取到了预期的效果，为类似工程的研究或工程的实施提供了有价值的参考依据。
关键词：地质构造；地质灾害；塌陷成因；处理措施
1引言
加尤互通位于广西乐业县加尤镇央里村东面坡谷地带，设计为单喇叭型互通立交。加尤互通地面塌陷位于A匝道桥5#墩处，A匝道桥桥型设计为520m连续空心板，桥长约107m。匝道桥宽约16m，桥面高程为662.5m，河床高程为654.7m，最大跨高约8m，桥呈南北走向，斜跨央里河。该桥初步勘察时布置了4个钻孔，孔深45m～50m，于2013年11月完成钻探施工。2016年5月6日对5#桥墩SQL426钻孔进行详细勘察施工时，当钻至20m时，在6.7m处开始出现河水倒灌入钻孔内，水流很大，水量每秒达3～6L/s。然后采用套管封孔跟管继续钻进至30.8m时，河水注入水量有增大趋势，同时地面开始出现开裂伴有下沉迹象。此时当即停止施工并撤离，同时及时在钻孔内放置12m长的PVC管，加塞水泥袋，以及灌注水泥封孔堵水。于在次日一早发现地面已经塌陷下，塌坑直径约为10m，深约3m的大坑，塌坑边界距河床最近仅约5m，未造成人员和财产损失。
2地质概况
2.1场地地形地貌
区域地貌处于云贵高原东南缘，地势南北高，中间低，西部高东部低。主要地貌包括非岩溶的低山地貌区和岩溶峰林谷地地貌区，本互通正处于两个地貌类型交界地带的山间河谷地貌。央里河沿着沟谷自南向北流入布柳河，河谷在央里村段突变宽廠，匝道桥段河谷宽约180m，其中河床宽约20m，此段地形相对平坦。谷地东侧为二叠系下统灰岩山体，山体高耸陡峭，西侧为三叠系中统泥质砂岩山体，山高且浑厚。
2.2地质构造
加尤互通位于广西“山”字型构造前弧翼西侧，川滇“之”字型构造尾部的北侧，南岭纬向构造带之西部。由于这些构造体系的迭加、相互影响和抑制，加上不同位置的地块、岩块力学性质具有一定的差异，形成了该处的复杂的构造地貌。其地质构造主要受凌云旋卷构造的旋回层北层和那合至加尤、福力的北北东向构造断裂所控制，由两个构造体系共同作用的构造的特点主要为压扭性断层为主，并派生出较多的次生断裂。而加尤互通正好处于该构造的主干断裂上，主干断层长约50多公里，总走向为北东向，裂面倾向南东或北西，倾角较陡，约60度左右，断裂破碎带最宽处达60m以上，主断裂带两侧次级小断裂较发育，岩层裂隙发育。
2.3场地工程地质条件
加尤互通上覆为第四系卵石、含砾粉质粘土，下伏基岩在互通西侧山体为三叠系中统泥质砂岩，东侧山体为二叠系下统灰岩。
卵石，灰褐色,中密为主，局部稍密,饱和,亚圆形,母岩为砂岩等,粒径2～20cm为主,含量73～89%,个别粒径大于20cm，呈漂石状,间隙由粘性土及细砂填充，层厚10m左右。
含砾粉质粘土，灰黄色，红褐色,坚硬状态为主,含砂岩砾石、砾砂等，局部夹薄层硬塑状粘土，A匝道桥最大钻孔深度50m尚未钻穿覆盖层。
互通西侧为三叠系中统的泥质砂岩，灰色、浅灰色为主，薄～中厚层状，泥质、砂质结构，谷地内无出露，省级道路边可见基岩露头，产状约280～310°∠50～60°。山坡上覆盖数米厚的粘性土层，浅部岩石风化较强，节理中等发育。
互通东侧为二叠系下统灰岩山体，灰白色，隐晶质结构，块状构造，坚硬，谷地无出露，坡体第四系覆盖层厚度不稳定，大部岩石出露，露头良好，产状约140～170°∠20～30°，浅层灰岩破碎，溶隙、溶洞较发育，个体岩溶形态多为水平向发育，垂向上的岩溶发育呈窄而深的洞隙，岩溶洞隙是地表水沟通地下水的主要通道，其中位于互通下游约1公里处见有1处溶洞，洞内长年有流水冒出。
2.4水文地质条件
加尤互通地表水主要为央里河，河床宽约20m，河水自南向北流入布柳河，旱季时水深约0.2～0.5m，流速0.3～1m/s，雨季时，最高洪水可浸没整个河谷，水深可达3～5m。
互通区的含水岩组主要有松散层的孔隙水岩组、基岩裂隙水和岩溶含水层组。松散层孔隙含水岩组主要由第四系卵石、含砾粉质粘土层，其厚度大，属强～中等透水性。基岩裂隙水和岩溶含水层组主要为互通东西两侧的山体岩石，西侧山体的基岩裂隙水主要埋藏在岩层风化带中，含水较弱。而东侧的灰岩山体，主要为裂隙、岩溶水，埋藏深度及富水程度受岩溶发育强度的制约。
受到地形条件影响，本区山高谷深，地形陡峻，水力坡度大，河流水量动态变化与大气降水密切相关，流量动态变化大，地表水～地下水的转换交替频率较快。雨季时地表水下渗补给地下水，而后地下水以沟源泉的形式补给河水。
3塌陷成因分析
3.1那合至加尤、福力断裂是本区域内的主干断裂，断裂延伸长，断距较宽，派生的次生断裂较多，断裂把二叠系下统和三叠系中统分割错断，形成断裂谷，给地表水的汇集、排泄的供了便利的条件，同时，也为洪水携带来的碎屑物沉积提供了场地，而断裂带及断裂两侧的岩石破碎程度给地下水流通提供了顺畅条件。
3.2从地貌与岩土层性质分析，加尤互通段正好位于山麓河沟前的开阔地带，洪水流出狭窄的山麓后，在此段突然变缓，河水搬运能力减弱，河水夹带的大量碎屑物，不断的沉积，由不同季节流水形成的沉积物，其组份各有不同，主要有卵石、含砾粉质粘土、局部夹粘土，粗颗粒中又充填着细颗粒的砂粒、粉粒等，各地层的透水性相差甚大，有强透水的卵石，也有相对隔水层的粘土层，且相邻土层颗粒成份与结构差异性较大，给地下水冲刷造成土体流失提供了必要的条件。特殊的构造造就了特别的地貌类型，由地貌条件决定了复杂的地层结构特点。
3.3场地地表水和地下水均较丰富，其联系十分密切，交替转换频率较快，且地处山高谷深，地形陡峻，河谷纵坡陡，水力坡降大，这种地下水作用条件都是容易对土层造成冲蚀、搬运等破坏地层结构的稳定性。
3.4场地的东侧是可溶性灰岩，溶隙、溶洞较发育，场地下游约1公里处见有溶洞，溶洞内长年有流水冒出，其流水主要为上游段央里河水补给。可溶岩溶隙、溶洞的发育为地表水和地下水提供了排泄快速通道，若土体在地下水渗透冲刷作用下，被冲刷的颗料通过溶隙、溶洞快速流失，为土洞和地面塌陷的形成创造了条件。
3.5本互通前期已进行的初勘的钻探施工，钻孔揭穿了各土层间原有的稳定水力联系通道，使得地表水与深层地下水形成了坚向的排水通道，封孔质量不好的情况下，地表水会迅速地从钻孔通道向深部排水通道排泄，流水带走了土层间的颗粒，土层内部受到冲蚀、淘空，土体结构遭到破坏，土体强度降低到了临界点。当详勘再次钻探施工时，一是机械钻进扰动给原本已达到临界稳定点土体结构施加了那么一点外力，加速了土体空洞的形成，二是随着钻孔数量的增加，增加了地下水的排水通道，加剧了流水对土体的冲蚀、扰动、淘空的效果，这也是加剧引发塌陷的诱因。
综合以上分析，加尤互通地面塌陷主要是由地下水的作用，破坏了原有土体的稳定结构而引发的地质灾害。主要原因有：一是由于地质构造的特殊性，场地内的覆盖层较厚，土体成份、结构不均匀，属于级配不连续的土；二是加尤互通位于区域主干断裂上，断层破碎带裂隙发育，侧部灰岩发育有溶隙、溶洞，地下水排泄无阻碍；三是人类工程活动地质钻孔，打破了原有的各地层之间的地下水渗透动态平衡状态，加剧地表水和地下水的联络通道，使局部地下水流速猛增，加大了地下水对深部土体软化、冲蚀和淘空，从而诱发形成了地面塌陷。
4处理措施
由于塌陷区土层的沉陷，破坏了土体结构和加大了地表水与地下水渗透浸泡和冲蚀作用，将进一步加剧软化塌陷区周边土体的力学强度及引发土体的运移，容易引发更大的次生地质灾害的发生，将影响到桥梁的投资成本。根据地面塌陷坑现状，结合地面塌陷区工程地质条件和水文地质条件，塌陷区治理方案主要目的是封闭地下水的渗透通道，加固塌陷区岩土层物理力学性质，增强土体稳定性。为达到目的，主要考虑从以下几个方面有针对性的处治。
首先清理塌坑内的松散塌积物，如松土、淤泥等。预埋注浆导管，注浆管放至塌坑通道底部，注浆管间距为2m×2m。
其次就地取材采用卵石和粘土对塌陷坑进行分层回填控制，先投入一层卵石后，堵住坑底的塌坑通道，然后填一层粘性土并碾压或夯实，每层控制厚度不大于0.5m，依次逐层往上填，最上一层采用卵石层堆填压实。
第三是对塌陷坑范围采用注浆加固的方式进行整体加固处置。本次注浆采用单液浆，水灰比1:1，注浆终压在0.5～1MPa，并持续约5分种以上，注浆目的是改善塌陷区岩土体的防渗能力和力学强度，封堵地表水与地下水的坚向通道，防止水对土层冲蚀，增加地基稳定性。注浆的顺序宜从塌坑中心向四周扩展依次注浆。
最后是对所有已施工钻孔进行排查，重新采用注浆加固封堵，切断地下水坚向流通通道。减弱水对土层的冲蚀作用。
5结语
本文以实际工程为实例，从地质构造、地形地貌、地层岩土性质、水文地质条件、人类活动等原因对地面塌陷的原因进行了深入的分析探讨，说明地质条件是提供了引发地面塌陷的客观的物质条件基础，地下水的动力作用是形成地面塌陷的主要原因，人类工程活动加剧了地面塌陷的发生。
采用回填与注浆加固的处理，在施工过程中没有再次发生塌陷的现象，监控测量结果也表明地面变形微小。采用的处理方法施工简便，快速，避免影响扩大。实践表明，采用回填与注浆加固处理方法能够快速地完成了治理结果并且取到非常好的效果，是一种很有效的方法。
参考文献
[1]工程地质手册（第五版）,中国建筑工业出版社,2018.4