刘登学

摘要：文章通过查明S60合那高速省道靖西市至那坡县中山中桥段附近岩溶塌陷区及其附近水文地质条件，分析岩溶水文地质条件与岩溶塌陷形成的关系，并从水文地质角度提出岩溶塌陷地质灾害防治措施。

关键词：水文地质;岩溶塌陷;勘察分析;防治措施

中图分类号：U443.16A301074

0 引言

S60合那高速是广西壮族自治区北海市合浦县通往百色市那坡县的区内高速公路，连通了北海市合浦县、钦州市、靖西市、百色市那坡县等多个广西壮族自治区内县市城市，对以上多个县市城市的经济发展及交通起到了一定的促进及优化作用，现该高速公路靖西市至那坡县中山中桥段附近发生了多处岩溶地面塌陷，对高速公路的路基及路基边坡造成了不同程度的损坏。随着时间推移，岩溶塌陷病害如没有及时得到治理，其变形破坏范围将进一步扩大，进而影响高速公路的安全运营。本文结合塌陷区水文地质情况，从提高岩体结构自身强度及对地表水、地下水的疏导引排等方面进行分析，提出经济合理的处治措施。

1 塌陷区水文地质条件

1.1 塌陷区地层岩性

塌陷区上覆第四系，下伏基岩为石炭系中统（C2）灰岩。据钻探揭露结果，地层自上而下表述如下：

1.1.1 第四系（Q）

（1）填土（Qml）：褐黄色，主要由黏土组成，含有少许砾石，结构较致密，厚度0.5～10.3 m;部分地段表层有沥青或混凝土。

（2）硬塑状黏土（Qpl）：褐黄色，稍湿，土质均匀，结构致密，切面光滑，具有光泽反应，手搓土芯具有滑腻感，干强度及韧性高，无摇振反应。厚度0.5～6.8 m，坡脚及低洼地段局部分布。

（3）硬塑状含圆砾黏土（Qpl）：褐黄色、棕黄色，稍湿，土质均匀，结构致密，切面光滑，干強度及韧性高，圆砾粒径一般2～20 mm，最大达50 mm，呈次棱角状。厚1.0～3.5 m，在低洼地段局部分布。

1.1.2 石炭系中统黄龙组（C2h）

灰岩，微风化，紫红色、灰色，细晶结构，中厚层状构造，岩质坚硬[1]。该层溶洞较为发育，局部钻孔揭露溶洞呈串珠状发育，多为充填溶洞，充填物一般为圆砾或砾砂。

1.2 塌陷区地质构造

塌陷区在区域构造上属靖西—田东隆起（V3）单元的那坡断裂带。受北西、北东向构造应力作用，构造变形较为复杂。塌陷区位于北西向那坡—安德断裂与东西向中山—能屯断裂的相交部位，塌陷发生于石炭系中统（C2）灰岩及其覆盖层之中，但周边地带岩性岩相变化较大。

受断裂影响，塌陷区岩体破碎，裂隙发育，岩溶强发育，地下水的径流及排泄条件受构造影响。

1.3 地下水水位特征

塌陷区位于定业地下河中游南西侧分支（中山—果样）的补给-径流区，地下水位变化较大。谷地内地下水受地表水系的顶托作用，水位较高，在塌陷区域，地表、地下水由封闭的岩溶谷地向岩溶管道径流、排泄，地表水潜入地下时出现明显跌水（可测跌水高度约为8 m）。

塌陷区位于地表水补给地下水的径流区域。对下游打蒙屯西北处的连通试验接收点水位实测高程为864.12 m，估算塌陷区至打蒙屯一线的地下河管道流其水力坡度为25‰，具有岩溶洼地、谷地区地下水位落差大的明显特征，如图1所示。

2 试验成果分析

2.1 岩石的可溶性分析

路基段为石炭系中统黄龙组（C2h）可溶性碳酸盐岩，根据对该组地层类似工程的数据可知该层岩石化学成分，分析成果见表1。

由表1可知，石炭系上统黄龙组（C2h）灰岩CaO含量分别为54.55%，CaO/MgO比值为213.76。一般来说可溶性岩CaO/MgO比值与薄片鉴定的方解石含量成正比。

研究表明，岩石中方解石含量愈多，CaO/MgO比值愈大，岩石愈易溶解，岩溶也最易发育[2]。根据本次薄片鉴定成果表明：石炭系上统黄龙组（C2h）灰岩矿物成分主要为泥晶、微晶或粉晶方解石，含量达到90%以上，局部含少量生物屑。一般质纯层厚的岩层，岩溶发育强烈，且形态齐全、规模较大;含泥质或其化杂质的岩层，岩溶发育较弱。结晶颗粒粗大的岩石岩溶较为发育，结晶颗粒细小的岩石，岩溶发育较弱。

2.2 示踪试验成果分析

以塌陷区附近中山中桥底的消水洞（S18）为投放点，接收点设置于投放点东面直线距离约4.6 km的打蒙屯西北处的一处流动天窗（S13）。选用荧光素钠作为示踪剂。试验前对接收点的本底值分别进行检测，均在合理的天然条件范围内。接收过程历时7 d，采用自动监测仪进行全天24 h监测。接收点荧光素钠浓度背景值约为0.14 μg/L，投放后约48 h后浓度开始上升，在58.32 h后达到峰值0.32 μg/L，浓度增加约2倍。

示踪试验结果证明，勘察区中山中桥桥底消水洞与打蒙屯流动天窗存在水力联系，且示踪剂的回收率偏低，证明该段地下存在大型岩溶管道及裂隙支流管道，该区地下水流向为由西→东（即中山村→能屯→上坡屯→打蒙屯），最终汇入定业地下河。

研究表明，岩溶的发育主要受岩石的可溶性、地质构造（包括岩层层面、断层、裂隙等）和地下水控制[3]。地下水对岩溶发育的控制因素主要表现在两方面，即地下水对岩体的溶蚀作用和地下水动力条件对岩溶发育的影响。故地下水的活动是形成岩溶塌陷的关键因素。

3 地下水的活动对岩溶塌陷的影响及防治措施3.1 地下水的活动对岩溶塌陷的影响

塌陷区处于碳酸盐岩裂隙溶洞水和第四系孔隙水由渗流到集中径流、排泄转变的区域，地下水位变化大，落差大。塌陷区位于地表水补给地下水的径流区域。勘探探测的填充型溶洞内的含圆砾及黏土或砂及黏土均为地表水携带的物质经地下岩溶管道涌入岩溶洞穴内，也极易随着下次的大洪水而流入下游管道及地表河流。

3.1.1 地下水活动形成的潜蚀作用是塌陷形成的首要条件

塌陷区位于地表水补给地下水的径流区域，塌陷范围一带的地下水位均低于地表水水位。地表水在向地下水的渗流过程中，由于渗流量大，加之较高的水头差，而含砾黏土及溶洞内充填物等结构较为松散，地下水深流形成机械潜蚀作用，土体颗粒易被地下水流搬运而逐渐形成土洞，一旦土洞顶板失稳即造成塌陷的产生。

3.1.2 地下水位随地表水变动，影响土层重度及稳定性

塌陷区是地表水集中汇流的低洼地段，受季节变化、大气降雨的控制，造成地表水的暴涨暴落。地下水受地表水侧向补给的控制，水位随之波动，地下水位在垂直方向上的交替与周期性变化使基岩面附近的土层重度发生改变，加速土体崩解脱落，导致土洞顶部土体失稳。当土洞迅速发展扩大达到上部土层顶板的临界稳定状态时，在其他因素的共同作用下，土洞顶板失稳而形成塌陷。

3.1.3 “抽吸效应”形成强大的压差，从而影响岩溶稳定

随着地表主要入水点的堵塞，地表水补给地下水的条件被改变，洪水期地表水水位暴涨，而地下水位较低，形成强大的压差。尤其是地表被地表水形成水封，而地下空腔因地下水向下游排泄形成抽吸效应。这两个巨大的压力导致土洞上覆土体不堪重负而塌陷。

总的来说，路基段岩溶塌陷是在潜蚀作用形成的土洞与压差效应相结合的情况下发生[4]。而目前因村民在该处有蓄水的需求，地表水排泄通道难以进一步畅通，水压力再次剧烈波动的条件仍然存在，地下水的潜蚀作用也还存在，因此再次发生岩溶塌陷的可能性仍然极大。

3.2 防治措施

3.2.1 对地表水的防治措施

（1）设置围堰隔离地表水，打开溶洞主入口，疏导地表水排泄，使地表水能够通过地下暗河暗沟排走，防止地表水积水过多，对路基边坡产生二次破坏。同时，地表水的顺利排泄，也避免了地表水形成水封后产生“抽吸效应”對岩溶造成危害。

（2）将沿河岸路基边坡及桥台锥坡防护设置为片石混凝土护坡，桥台锥坡目前完整性较好，可在表层加铺水泥砂浆抹面，厚度宜≥20 cm[5]，防治地表水体长期动荡并向塌陷区渗漏、排泄形成潜蚀作用，掏空塌陷区下部的土体。

3.2.2 对地下水及岩溶的防治措施

（1）在岩溶通道呈缓流条件下，通过钻孔及现有通道逐级采用纯水泥浆、过渡泥浆、水泥膨润土膏浆多批次对岩溶通道及其周边小裂隙进行充填注浆，对塌陷坑及周边松散土体进行充填固结，封堵地下河次入口岩溶通道、充填裂隙，固结松散土石体，提高土体强度，堵塞渗透通道[6]。

（2）打通地下暗河暗沟，对地下水进行疏导和引排，防止地下水反复陡涨陡落至岩土界面附近，对岩层土体造成潜蚀作用。

4 结语

通过对塌陷区水文地质条件的勘察分析，得知塌陷区位于北西向那坡—安德断裂与东西向中山—能屯断裂的相交部位，受断裂影响，塌陷区岩体破碎，裂隙发育，岩溶强发育。另外，塌陷区地下水活动剧烈，地下水的渗流及地下水位垂直升降形成的潜蚀作用是塌陷形成的主要原因。同时，塌陷区具备岩溶塌陷地质灾害的环境地质条件，极易发生岩溶塌陷。

因此，为避免该区域再次大面积的塌陷，影响高速公路通行安全，应尽快对病害进行处置。同时，该区域仍然处于不稳定状态，在工程设计与施工中，应提前采取相应的应对措施，以保障生产安全。

参考文献：

[1]JTGC10-2018，公路勘测规范[S].

[2]JTGC20-2011，公路工程地质勘察规范[S].

[3]崔可锐.水文地质学基础[M].合肥：合肥工业大学出版社，2010.

[4]李 坚.岩土工程勘察中的水文地质问题分析[J].中国新技术新产品，2012（8）：76.

[5]DZT0219-2006，滑坡防治工程设计与施工技术规范[S].

[6]SL62-2014，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].

收稿日期：2020-04-09