王冬杰
广西壮族自治区地质环境监测站 广西 南宁 530000
摘 要：本文针对XX高速丘莫大桥桩基施工引发丘莫屯地面沉陷的灾害成因分析，作为强岩溶区地面沉陷防治的案例，以供共同参考。
关键词：桩基施工；地面沉陷；成因
1.概述
丘莫屯位于东兰县东兰镇新烟村西部岩溶谷地内，XX公路丘莫大桥经过丘莫屯北侧，横跨巴拉河。大桥基础采用大直径桩，桩深15-25m不等，桩端穿过砂卵石层，设置在基岩上。
丘莫屯及附近地貌类型为峰丛谷地，丘莫屯所在谷地宽缓状，宽约50～200m，切割深约10～30m，沿北西～南东向主构造线方向延伸，地面标高在340～344m左右，谷地中部为巴拉河通过。谷地大部分属第四系覆盖型岩溶区，现状多为居住区和农田耕作区。上覆地层为以卵石及软土为主，下伏地层为灰岩。丘莫屯地下岩溶以溶洞和溶蚀管道发育为主，巴拉河地下存在一南北走向的地下河。丘莫村及丘莫大桥位于地下河上方。
大桥桩基施工采用冲孔桩，而12#、13#桩施工擅自采用人工挖孔桩。施工从2016年10初开始。2016年10月26日开始，大桥段巴拉河南岸靠近13#桩一带房屋边缘出现沉陷及裂缝，公路及河道阶梯多处发生塌陷；截止2017年5月，发生岩溶地面塌陷12处；共69户415间房屋出现不同程度的损毁，损毁道路约22.5m2，严重威胁当地村民生命财产安全。
2.丘莫屯地面沉陷现状
据调查访问，丘莫屯已有数百年历史，至桩基施工前，丘莫屯及其周边均未发现地面沉陷等地质灾害。
丘莫大桥桩基施工至2016年10月26日，13#桩基孔内抽排水致靠近其南面一带房屋边缘出现裂缝。11月中旬，13#桩施工致通往新烟村方向的公路东侧凉亭附近及河道阶梯处发生岩溶塌陷；丘莫屯北面地面变形及房屋裂缝发育范围继续向四周扩展。11月底，13#桩内连续抽排水致巴拉河及两侧发生条带状岩溶塌陷群，最终致巴拉河断流；丘莫屯北面地面变形及房屋裂缝发育范围扩展成椭圆形面状区。12月15日，丘莫屯村民房开裂速度不断向外扩展，地面裂缝范围已扩展至巴拉河丘莫屯西侧巴拉河对面的数栋房屋，地面连续裂缝长度断续超过40米，宽度2-5mm。形成南北向面状区；塌陷坑范围出现局部外扩。施工被迫停止。施工暂停后，房屋下沉速率明显降低，房屋开裂情况明显减少。
3.地面沉陷成因分析
根据勘察调查结果，本文从场区岩土性质、岩溶、地下水、桩基施工等方面进行综合，得出造成本次塌陷的原因。
3.1地质环境条件
（1）岩土性质
丘莫屯塌陷区覆盖层的厚度在1.50m～16.30m间，大部分地段小于10.0m。覆盖层以稍密状卵石土为主，局部为软塑、流塑状粘土。受振动和抽水影响，卵石土易呈稍密状且卵石间的砂砾质和泥质易产生液化，在地下水的作用下易细颗粒从溶蚀裂隙或溶蚀管道被带走，从而引起土层压缩或形成土洞，甚至塌陷。
（2）岩溶发育
场地属岩溶强烈发育区。岩溶地面塌陷区地下溶洞和岩溶管道发育，溶洞埋深较浅，溶洞通过岩溶管道与上覆第四系土层形成连通，在地下水的潜蚀作用下溶洞顶上形成土洞，当地下水位大幅波动或大降升时易发生岩溶塌陷。另外，溶洞通过溶蚀裂隙与上覆卵石层连通较好。当地下水位大降升时卵石层细小颗粒通过溶蚀裂隙被带走，易发生明显的不均匀压缩变形。
（3）地下水运动
丘莫屯位于碳酸盐岩和碎屑岩接触带附近。平行于接触带方向形成一条强径流带，地下溶洞、溶蚀裂隙发育。溶洞以全充填或半充填为主，充填物主要为软-流塑泥沙。在13号桩基组施工期间，在桩基下挖至约16m时，涌水量大，5台15kw水泵同时抽水，最大水位降深达15m。大功率的抽水导致地下水快速的往桩基径流，在连续抽水情况下，形成较大降深的地下水位降落漏斗，并带走原本淤积的淤泥和砂土，疏通了原来拥堵的地下管道，从而引发不均匀的地面沉降。在抽水期间，流经丘莫屯的巴拉河河道及其两岸附近逐渐出现岩溶地面塌陷及地面沉降地质灾害，河水往塌陷坑内消落。
桩基停止抽水后，巴拉河水逐渐恢复原来水位，河水水流恢复正常，岩溶地面塌陷和地面沉降变化逐渐趋于稳定。从平面看上，抽水降深影响范围和灾害范围一致，水位降深越大，地面沉降和岩溶地面塌陷范围越大，灾情也越严重。以上都说明地下水位快速升降对地面沉降及塌陷影响很大。
3.2丘莫大桥桩基施工
在丘莫大桥桩基施工前，丘莫屯一直未发生地面沉陷及沉降地质灾害，地质灾害发生在丘莫大桥桩基施工期间。
（1）人工挖孔桩施工影响分析
据调查及桩基施工记录，桩基左13-0和左13-1采用人工挖孔成桩法施工，设计孔深23m，施工中采用左13-0桩孔人工下挖时、左13-1桩孔进行孔内抽水，左13-1桩孔人工下挖时、左13-0桩孔进行孔内抽水的交叉施工的施工工艺进行桩基开挖施工。在左13#桩基组单根桩基施工期间，施工方使用了5台水泵同时对桩孔内进行抽排水，桩内水位下降了约15.0m。当13#桩基施工至2016年10月26日，13#桩基孔内抽排水致靠近其南面一带房屋边缘出现裂缝，12月15日桩基施工暂停，丘莫屯地面出现大面积的不均匀沉降，形成南北向面状区，共造成69户415间房屋出现不同程度的损毁。与此同时，当13#桩基施工至11月中旬时，首先诱发了通往新烟村方向公路东侧及河道阶梯处等2处岩溶塌陷；11月底，13#桩连续抽排水致巴拉河河道内及两侧发生沿东南—西北展布的条带状岩溶塌陷群，致巴拉河断流，河水往塌坑内灌入消落。
丘莫屯地面沉陷区，桩孔内水位下降的同时，也使地基中及下伏灰岩溶蚀裂隙中已被冲孔桩施工振动和地下水潜蚀作用剥落的大部分砂砾及泥质物被一同带走抽出，桩孔内长期不断的抽排水及水位恢复，使得地下水位也跟着频繁波动，使土中孔隙水压力减小，从而引起非均质的地基土产生压缩变形，最终在不同厚度、不同物质组成的地基土中产生了不均匀的沉降。
丘莫屯岩溶塌陷区，桩孔内水位下降的同时，排水集中，速度快，地下水流态复杂，循环交替强烈，形成了地下水强径流排泄通道，地下充填或半充填的溶蚀管道及溶洞中的物质被水流带走，加大了对第四系覆盖层的潜蚀作用，岩溶管道被疏通，最终引起岩溶地面塌陷。
（2）冲孔桩施工的影响
桩基施工采用140kW冲孔桩，在冲击成孔过程中产生强大冲击振动，主要使场区内第四系松散土层的结构遭到破坏，尤其使卵石间的砂土发生了液化，从而降低了土层的稳定性，加剧了上覆土层的剥落，此外，此施工工艺在施工过程中使用了大量的循环水，从而人为的抬高了桩基及周边第四系松散土层中的孔隙水水位，也增加了在地下水作用下被带走的颗粒量。在岩溶地面塌陷区，由于上部第四系松散土层通过溶蚀管道与溶洞连通，孔隙水位的抬高增强了第四系孔隙水与岩溶水的水力联系，加剧了上覆土层向溶洞、岩溶管道流失的速度，进而加速了土洞的形成。据调查，冲孔桩施工过程中，丘莫屯中的房屋绝大部分都有明显振感，距施工点位越近的房屋振感越强，由此可知，冲孔桩的施工必然使场区内不同地段的第四系土层的结构遭到了不同程度的破坏，距桩基施工场地较近的村庄下第四系土层结构破坏严重。
因此判断，人工挖孔桩抽水及冲孔桩振动是场区诱发岩溶地面塌陷和地面沉降地质灾害的主要诱发因素。
3.3综合分析
综上所述，场区地质环境条件脆弱，岩溶发育程度、覆盖层和地下水运动对区内岩溶地质灾害影响强烈，极易发生岩溶地质灾害问题。而丘莫大桥人工挖孔桩抽水及冲孔桩振动，破坏了原来脆弱的地质平衡而，从而引发了地质灾害。
4.结语
本文根据我站对丘莫屯地面沉陷地质灾害应急调查结果，在对丘莫屯及附近地质环境勘察及丘莫大桥桩基施工资料的分析基础上，对丘莫大桥桩基施工引发丘莫屯地面沉陷地质灾害进行综合分析，为当地政府的灾后处理提供科学依据，也作为强岩溶区地质灾害防治的案例，以供参考。
参考文献
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作者简介：王冬杰（1975–9–3），女，汉族，河北抚宁人，工程师，在职研究生，主要从事地下水监测管理工作。