桩基施工诱发岩溶塌陷的机理模式及防控措施_马骁.pdf

第 19 卷第 2 期地 下 空 间 与 工 程 学 报Vol192023 年 4 月Chinese Journal of Underground Space and EngineeringApr2023桩基施工诱发岩溶塌陷的机理模式及防控措施马骁1，蒋小珍1，雷明堂1，李亚军2，贾龙1(1中国地质科学院岩溶地质研究所 中国地质调查局岩溶塌陷防治重点实验室，广西 桂林 541004;2深圳市勘察研究院有限公司，广东 深圳 518000，2021003)摘要:随着我国城市化建设的快速发展，岩溶区所面临的岩溶塌陷问题日趋严重。其中，桩基施工诱发岩溶地面塌陷问题一直被忽视。本文以深圳市龙岗区龙园路岩溶地面塌陷事件为例，运用高频率高精度岩溶地下水气压力监测手段，分析研究桩基施工对岩溶地下水的影响及隐伏土洞发育规律。结果表明:城市更新项目桩基施工导致岩溶地下水气压力突变，使第四系底部软 流塑土体流失而形成土洞，土洞不断向地面发展，最终引发岩溶地面塌陷。此外提出了岩溶区桩基施工时相应的防控措施:应在详勘阶段重视岩溶地下水气压力监测和岩溶水文地质条件分析，合理设计桩基础施工工艺，同时加强施工过程中的岩溶地下水气压力的实时监测及管控。关键词:桩基施工;岩溶塌陷;塌陷机理;防控措施;地质安全中图分类号:P64225文献标识码:A文章编号:1673-0836(2023)02-0691-10Mechanism Model and Prevention and Control Measures of KarstCollapse Induced by Pile Foundation ConstructionMa Xiao1，Jiang Xiaozhen1，Lei Mingtang1，Li Yajun2，Jia Long1(1Institute of Karst Geology，CAGS/Key Laboratory of Karst Collapse Prevention，Guilin，Guangxi 541004，P China;2Shenzhen Investigation esearch Institute Co，Ltd，Shenzhen，Guangdong 518000，P China)Abstract:With the rapid development of urbanization in China，the collapse hazard in karst area arebecoming moreandmoreseriousHowever，theproblemofkarstcollapseinducedbypilefoundationconstruction has not been paid attention to The Longyuan oad area in Longgang District，Shenzhen is an area withstrong karst development This paper has taken the karst ground collapse event in this area as an example，using high-frequency and high-precision karst groundwater pressure monitoring methods to analyze the influence of pilefoundation construction on karst groundwater and the law of soil cave development The results show that the renewalproject is the main inducement factor，and the pile foundation construction leads to the abrupt change of water and gaspressure in the karst underground，which leads to the loss of the soft fluid-plastic soil in the bottom of the quaternarysystem and forms the soil cave The soil cave develops constantly，and finally causes the collapse of the karst surfaceFurthermore，it is proposed that prior to the construction of pile foundations in karst areas，attention should bepaid to the analysis of karst hydrogeological conditions during the detailed investigation stage，and the monitoringof karst groundwater and gas pressure should be strengthened easonably design the construction technology of thepile foundation Furthermore，the corresponding prevention and control measures such as real-time monitoringand control of karst groundwater pressure during the construction process will be strengthenedKeywords:pile foundation construction;karst collapse;collapse mechanism;prevention and controlmeasures;geological safety收稿日期:2022-11-10(修改稿)作者简介:马骁(1994)，男，山西忻州人，硕士，研究实习员，主要从事岩溶地质灾害防治研究。E-mail:532329302 qqcom通讯作者:蒋小珍(1970)，女，安徽桐城人，博士，研究员，博导，主要从事岩溶地质灾害防治研究。E-mail:511036641 qqcom基金项目:国家自然科学基金(42077273);中国地质调查局项目(DD20190266);中国地质科学院岩溶地质研究所基本科研业务费项目(2021015，2021003)0引言岩溶塌陷是指可溶岩洞、隙上方的岩、土体在自然或人为因素作用下产生变形破坏，并在地面形成塌陷坑(洞)的一种岩溶动力地质作用与现象1，具有隐蔽性和突发性的特点2，是岩溶区面临的主要地质灾害。我国可溶岩分布面积约 363万 km2，占我国国土面积的 1/33-4。近年来，随着城市化建设的快速发展，岩溶区岩溶地面塌陷灾害问题日益突出，造成重大的经济损失，严重影响人民的生命财产安全。据统计，我国已有塌陷坑总数超 4 万个，涉及 23 个省、市、自治区5。其中，约有70%的岩溶塌陷属于人类工程活动诱发的土层塌陷6，如:武广客运专线广州金沙洲段隧道施工大量抽排地下水，2007 年 7 月 14 日以来，隧道沿线两侧 200 m 范围内，陆续出现多个地面塌陷坑和地面沉降，2 万多平方米建筑受损，影响居民 263户 1 000 多人，造成直接经济损失约 05 亿元7-10;2012 年 5 月 10 日，广西柳州市柳南区帽合村上木照屯受周边工地冲孔桩施工影响，形成 60 多个塌陷坑，最大塌坑直径 30 m，深 5 m，受灾总面积约 4万平方米，民房严重损坏 30 间，一般损坏的房屋超过 100 间，直接经济损失近 2 000 万元11;武深高速公路第 5 合同段武嘉高速桥梁桩基使用冲孔桩施工，2014 年 9 月 5 日，受施工影响，高速公路沿线产生 19 个岩溶地面塌陷坑，塌陷坑平面形态多呈椭圆状，最大塌陷坑长轴长 108 m，短轴长507 m，可见深度 95 m12。以上事例表明，岩溶区桩基施工易诱发地面塌陷。但是目前岩土界普遍认可岩溶区矿区(山)疏干地下水、隧道施工抽排水、基坑降水等极易造成岩溶地面塌陷灾害13-16，并未意识桩基施工过程也会扰动岩溶地下水，引发岩溶地面塌陷。本文以深圳市龙岗区龙园路片区典型桩基施工诱发岩溶地面塌陷事件为例，运用高精度高频率地下水监测为主要技术手段，深入分析龙园路片区岩溶地面塌陷的机理模式，并提出岩溶强烈发育区桩基施工的防控措施。此外，本文旨为引起勘察、设计、施工等相关单位对岩溶区桩基施工诱发塌陷问题的重视。1研究区灾害概况与地质环境条件11研究区灾害概况2019 年 12 月 5 日，深圳市龙岗区龙岗河河道、龙园路及某城市更新单元建设场地内陆续发生岩溶地质灾害，现场共形成 5 处岩溶地面塌陷，多处地面沉降、开裂。据调查统计，岩溶地面塌陷影响 面 积 约 0 09 km2，地 面 沉 降 影 响 面 积 约024 km2(图 1)。其中，龙岗河河道塌陷坑(TX01)距离更新项目建设场地最远约 500 m，坑直径 1 m，并不断有泥浆冒出，半个月后，出水变清，坑内最大可测深度 125 m(图 2);龙园路塌陷(TX02)直径22 m，中心最大沉降量大于38 cm(图3)，距离施工场地 300 m。灾害发生后，相关部门紧急叫停更新项目工地桩基施工工作，并对龙园路区域进行围挡处置措施，导致龙园路交通中断，严重影响市民出行，直接、间接造成大量经济损失。图 1塌陷沉降影响区分布图Fig1Distribution of collapse and land subsidenceaffected areas图 2龙岗河河道塌坑(TX01)照片Fig2Photo of Longgang iver collapse(TX01)图 3龙园路塌陷(TX02)照片Fig3Photo of Longyuan oad collapse(TX02)296地 下 空 间 与 工 程 学 报第 19 卷12研究区地质环境背景研究区位于深圳龙岗区龙园路片区，行政区划隶属深圳市龙岗区龙岗街道管辖。北部为龙岗河干流，是区内主要河流，中部为雅豪祥苑小区、南联新市场，南部为已拆迁、建设中城市更新单元。区内主要道路为龙园路与龙岗大道，连通各大交通干线，交通便利(图 4)。图 4研究区交通位置图Fig4Traffic map of the study area研究区属亚热带季风气候，历年平均降雨量为1 432 mm，日最大降水量 412 mm，年降水天数1447 d，连续最长降水天数 20 d。地貌类型属于冲洪积平原地貌，地形平坦。121区域地质背景根据 15 万惠阳幅区域地质调查报告 及收集的工勘资料，龙岗区地层岩性较复杂。地层由新到老主要为人工填土层、全新统冲洪积层、晚更新统冲洪积层、残积层、白垩系下统(K1)、侏罗系(J)、石炭系下统(C1)。根据区域地质资料，龙岗区位于龙岗复式向斜北西段，向斜轴向呈“S”形，向北东5060延展，长约20 km，影响宽度35 km，核部为测水组上段(C1c2)，两翼由测水组下段(C1c1)、石磴子组(C1s)组成。研究区位于龙岗荷坳向斜北西翼，清林径断裂束之将军帽 断裂(F3531)通过本区，该断裂走向北西向，发育于石炭系下统，断裂破碎岩、硅化岩带发育，构造岩由褐铁矿化碎裂岩、硅化岩组成，性质为隔水断裂。龙城断裂组(F1255)可能经过本区(图 5)。图 5区域地质构造图Fig5egional geological structure map龙岗区依据含水层岩性组合及赋水条件，地下水类型主要分为第四系松散岩类孔隙水、基岩裂隙水