曲阳至黄骅港高速公路地面塌陷成因分析及处治措施

李炜

摘要：地面塌陷是与其所处的地质环境和地质作用等因素密切相关的，是指地表岩体和土体在自然或人为因素的作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑洞的一种地质现象。当地面塌陷发生在人类活动区域或造成生命财产的损失时，这一现象就会成为地质灾害。由于经济发展的加快，人类对水资源的需求日益增大，地下水的开采不断加剧，对地质环境造成了巨大的破坏，在外应力条件下，很容易造成地面塌陷的发生。

关键词：高速公路；地面塌陷；成因；措施

1前言

1.1塌陷区域概述

在曲阳至黄骅港高速公路勘察过程中，发现在定州市庞村镇东南宋村南有地面塌陷的現象，对高速公路建设、使用存在潜在危害。塌陷区域影响公路里程为K85+480～K86+100，长度约620m，该段分布有塌陷坑10余处，深约0.5～1.2m，形状不规则，呈条带状，沉陷面积0.4～8.0m2不等。在公路穿越区南侧300m范围内，也分布有多处塌陷坑，分布不均匀，形状各异。据调查，该区域的塌陷坑有数量逐年增加，面积不断扩大的趋势，如任其发展势必会对高速公路造成危害。

1.2塌陷区地质环境

塌陷区属于太行山山前平原，唐河冲洪积扇，地势较平坦，高程54～60m，塌陷发育地区比周边地面低约1-2m，地表多为杨树林，林间分布有多处塌陷坑。该区域属东部季风性暖温带半干旱地区，大陆性强，四季分明。年平均降水量为515.1mm，降水量年际变化较大，夏季降水量382.3mm，占年降水量的74.2%。唐河从塌陷区西北绕至东南，相距约3km，河道内无地表水。该区域地下水位埋深22m左右，水质较好。

在勘察过程中，采用了工程地质调绘、地质钻探、挖探、室内试验等综合方法，基本查明了该区域的工程地质情况：

该区域表层为新近沉积的黄褐色粉土，厚度1.5～3.0m，该层黏性差，易流失。第二层为灰黑软土，厚度1.0～3.0m，含水量30～50%，孔隙比1.0～1.3，含有机质，该层工程性能差。下部为砂卵石层，中密～密实状，透水性良好。据调查资料显示，该区域覆盖层厚度超过100m，以黏性土、砂卵石为主，下伏基岩为太古界片麻岩。

1.3地质塌陷类型

地面塌陷由于其发育的地质条件和作用因素的不同，可分以为岩溶塌陷和非岩溶性塌陷：

1.3.1岩溶塌陷

岩溶塌陷是由于可溶岩（以碳酸盐岩为主）中存在岩溶洞隙而产生的塌陷。在可溶岩上有松散土层覆盖岩溶区，塌陷主要产生在土层中，称为“土层塌陷”，其发育数量最多、分布最广；当组成洞隙顶板的各类岩石较破碎时，也可发生顶板陷落的“基岩塌陷”。

根据勘察资料显示，该区域覆盖层厚度超过100m，以黏性土、砂卵石为主，下伏基岩为太古界片麻岩，没有发现岩溶现象，所以不存在岩溶引起的塌陷。

1.3.2非岩溶性塌陷。

由非岩溶洞穴产生的塌陷，如采空塌陷、黄土地区黄土陷穴引起的塌陷、构造活动地面塌陷、玄武岩地区其通道顶板产生的塌陷等。

采空塌陷是指煤矿及金属矿山的地下采空区顶板脱落塌陷，在我国分布较广泛。采空区塌陷影响范围较大，造成危害严重，塌陷严重区需采用迁移当地居民的方式，治理难度大。该塌陷区域不属于矿产区，无采空区。

本项目区域位于定兴至石家庄深断裂的西侧，具断裂越10km，该断裂不属于活动断裂，相对较稳定。在勘察过程中，也未发现其他断裂及断裂活动，所以该区域塌陷不属于构造活动地面塌陷。

2.地质塌陷成因

2.1地下水超量开采

90年代初期，当地经济建设高速发展，水资源需求剧增，唐河上游20km处的西大洋水库停止向下游河道放水，唐河断流，失去了唐河地表水补给，当地地下水位逐年下降，该处泉水干涸，原来的水稻田地变成了干旱地。稻田内表土失水干裂，且因该处地势低洼，到了雨季雨水便汇集此处并沿裂隙下渗，使得开裂增大，成为排水裂隙，原有的泉眼干涸后也成为排水通道。

2.2地下水补给消失

地下水位由地表涌出下降至今的22m左右，增大了水力坡度和地下水流速，增强了孔隙水的潜蚀作用。在水流的侵蚀、剥蚀、搬运作用下，扩展了水流裂隙通道，尤其进入汛期，降水、地表水下渗沿裂隙渗流，使得表层黏性土颗粒浸水软化，沿排水通道流失，对土层产生渗透潜蚀、冲刷与淘空作用，形成土洞。在潜蚀作用下，土洞不断向上扩展，当顶板盖层自重大于其抗剪强度时，导致地面下沉、开裂、塌陷，形成地表沉陷。K85+480～K85+630段原泉眼较多，现塌陷坑较为密集。

3结论与建议

本地区的地面塌陷发生在表层黏性土层中，因地下水位下降改变了原土体的结构与应力状态，随着地下水下渗的潜蚀作用形成土洞，进一步发展导致地面塌陷。该路段路基应加强防排水措施，防止地表水下渗引起地面塌陷在高速公路建设时，建议该塌陷区域路基采用复合地基（如水泥搅拌桩）处理，表层做灰土垫层并布设防水土工布，以达防水的目的。在该段路基两侧的塌陷坑应查清其分布，并用灰土回填压实。在高速公路建成后应加强对该段路基的监测，尤其在降雨后，如发现塌陷情况应及时处理。

参考文献

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