桩基施工触发岩溶塌陷的条件与机理

Karst collapse induced by pile foundation operationand in the process of urbanization construction is very severe hurt to the people and houses, and conditions and mechanisms are the urgent need form the local government and construction organization to forecast and prevent the geo-hazard. The aim of the project is to solve them by some techniques such as the survey, exploration, test, monitoring, and dynamics analysis. First of all, a geological model was built by analyzing the geological background, forming conditions, and triggering factors in the karst collapse typical area, and then revealed their mechanisms by the model test, groundwater dynamic conditions monitoring, optical fiber strain measurement and numerical simulation. Finally, some prevention measures and suggestions are put forward for the land planning, major engineering construction, and disaster prevention and reduction.

在隐伏岩溶区城镇化建设过程中，由于桩基施工触发的岩溶塌陷多发生于人口、建筑密集区，经济损失巨大，且直接危害人民生命安全，现已成为地方政府和施工单位迫切需要解决的地质灾害问题。项目综合运用调查-勘探-试验-监测-分析等技术手段，对该类型岩溶塌陷的形成条件和机理展开研究,首先通过典型区地质背景剖析，建立塌陷发育的地质模式，分析其特有的形成条件和主控因素，然后通过大型物理模型试验、地下水动力条件监测、土体应变光纤传感监测、数值模拟等技术手段深入揭示其成因机理，提出防治措施和建议，为地方政府国土规划、重大工程建设和防灾减灾提供科学依据。

项目系统总结分析了我国广州、佛山、肇庆、武汉等岩溶发育强烈和人类工程活动频繁地区11个极具代表性的桩基施工触发岩溶塌陷实例，确定了桩基施工极易触发岩溶塌陷的特殊地质条件，一是近基岩面上覆一定厚度的砂、卵砾石层；二是发育一定规模的溶洞（土洞），且溶洞顶板薄或力学性质差；三是岩溶联通性好，第四系水和岩溶水水力联系密切。运用聚类分析和数值模拟等技术手段，量化了桩基施工极易触发岩溶塌陷的覆盖层和溶洞顶板厚度范围值，并以此作为宏观预测桩基施工触发岩溶塌陷的指标参数，对于指导桩基工程施工和岩溶塌陷预防具有重要意义。在此基础上，建立了“漏失”“喷涌”“垮塌”3种最常见的桩基施工触发岩溶塌陷地质力学模式，分析了其成因机制。“漏失”模式是指由于桩基施工揭穿岩溶管道裂隙，导致砂在重力、水流和振动作用下沿裂隙管道或钻孔漏失进而导致地面塌陷的过程；“喷涌”模式是指覆盖层的砂在桩基施工的水击作用下，产生流砂现象，随着桩基吊锤升降，形成“活塞效应”，当吊锤下落时，流砂在动水压力作用喷涌至地表，随着吊锤提升，动水压力降低，流砂沿裂隙管道或钻孔漏失进而导致地面塌陷的过程；“垮塌”模式岩溶塌陷是指在桩基施工过程中，由于吊锤的冲击作用，使溶洞（土洞）顶板破坏失稳，进而导致地面塌陷的过程，根据溶洞顶板的形态和裂隙发育情况，将该模式细分为“固定梁”和“悬臂梁”两种形式。项目注重成果转化应用，在广清轨道交通工程建设过程中，结合钻孔雷达探测技术，成功解决了桩基选址难题，为防治桩基岩溶塌陷提供了科学依据和技术支撑。