地面塌陷与地下水影响及防治

地面塌陷与地下水影响及防治
地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一种地质现象。

地面塌陷分为两类：一类是岩溶塌陷，另一类是非岩溶塌陷，由地下水所导致的地面塌陷苏羽溶岩塌陷。

标签：岩石风化，全球环境
1、地面塌陷
地面塌陷是指地表岩、土体在自然或人为因素作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑的一种地质现象。

地面塌陷分为两类：一类是岩溶塌陷，另一类是非岩溶塌陷，由地下水所导致的地面塌陷苏羽溶岩塌陷。

当地面塌陷这种现象发生在有人类活动的地区时，便可能成为一种地质灾害。

地面塌陷是覆盖型溶岩区开采地下水比较严重的环境工程地质问题，塌陷对人群密集、交通枢纽城市已经造成了一定危害，其突发性往往造成人身伤亡及重大经济损失。

2、岩溶塌陷与地下水影响
岩溶塌陷是指在岩溶地区，下部可溶岩层中的溶洞或上覆土层中的土洞，因自身洞体扩大或在自然与人为因素影响下，顶板失稳产生塌落或沉陷的统称。

岩溶塌陷的平面形态具有园形、椭园形、长条形及不规则形等，主要与下伏岩洞隙的开口形态及其上复岩、土体的性质在平面上分布的均一性有关。

其剖面形态具有坛状、井状、漏斗状、碟状及不规则状等，主要与塌层的性质有关，粘性土层塌陷多呈坛状或井状，砂土层塌陷多具漏斗状，松散土层塌陷常呈碟状，基岩塌陷剖面常呈不规则的梯状。

若岩溶位于密封的承压水中，当外部因素引起岩溶腔内的承压书一转为无压，腔内水面与松散覆岩层之间出现了空腔，空腔和水体顶部转化为低气状态，形成岩溶真空腔。

在此腔内下降的水体如同一只巨大的“吸盘”，强有力的抽吸着盖层。

与此同时，腔内外压差不断增加，引起腔外大气压对盖层表面产生一种无形的“冲压”作用。

上述两种作用同时叠加在盖层内外，加速了盖层平衡状态的破坏，致使盖层急剧下降，以至造成地表突然塌陷。

长时间干旱加剧了地下水位的降低，而随着大量雨水突然渗入地下，潜蚀作用增强，与溶洞溶隙接触部位的土粒被逐渐带入溶洞而引起地面塌陷变形。

水动力条件发生急剧变化的原因主要有降雨、水库蓄水、井下充水、灌溉渗漏、严重干旱、矿井排水、强烈抽水等。

此外，地震、附加荷载、人为排放的酸碱废液对可溶岩的强烈溶蚀等均可诱发岩溶地面塌陷。

3、非岩溶塌陷与地下水影响
非岩溶塌陷主要以人工过量开采矿物引起的。

如煤矿采空区塌陷，黄土塌陷等。

随着采空区面积增大，原来开采层的顶板（覆岩）失去支撑，顶板岩层在大面积裸露状态下弯曲、断裂、垮落。

垮落过程引发采空区周围岩体变形、松动、乃至破坏，也使采空区上覆岩层随之弯曲下沉。

覆岩层的这种弯曲达到地面后，形成地表沉陷现象。

采动覆岩层垮落和断裂过程中，将产生垂直层面的竖向裂缝。

使松散层及岩体中强含水层内原为顺层径流改为垂向流动。

强含水层的饱和流向地下巷道或采空区内。

饱和水流失使土体颗粒收缩，岩层的矿物骨架变形收缩，导致土层厚度及含水层厚度变薄，增大了地表下沉量和地表下沉的范围。

4、地面塌陷防治
预防措施是在查明塌陷成因、影响因素和致塌效应的基础上，為了清除或消减塌陷发生发展主导因素的作用而采取的工程措施。

如设置场地完善的排水系统，进行地表河流的疏导或改道，填补河床漏水点或落水洞，调整抽水井孔布局和井距，控制抽水井的降深和抽水量，限制开采井的抽水井段，重要建筑物基底下隐伏洞隙的预注浆封闭处理等。

塌陷其处理措施有：（1）清除填堵法：常用于塌坑较浅或浅埋的土洞，首先清除其中的松土，填入块石、碎石，做成反滤层，然后上覆粘土夯实。

对于重要建筑物一般需要将坑底或洞底与基岩面的通道堵塞，可开挖回填混凝土或灌浆处理。

（2）跨越法：用于塌陷坑或土洞较深大，开挖回填有困难的处理方法。

一般以梁板跨越，两端支承在可靠的岩、土体上。

据广西的经验，每边支承长度不小于1.01。

（3）强夯法：把10-20t的夯锤起吊到一定高度（10—4），让其自由下落，造成强烈的冲击对土体强力夯实。

一方面是夯实塌陷后松软的土层和塌陷坑或土洞内的回填土，以提高土体强度;另一方面可消除隐伏土洞和软弱带，是一种处理结合预防的措施。

christaln（1984）的试验：锤重1st，落距20m，将影响到地表下8gtn的深度。

利用该方法在没有其它条件限制下，可以确定4.5。

以上土洞的位置。

（4）灌注法：把灌注材料通过钻孔或岩溶洞口进行注浆，其目的是强化土层或洞穴充填物、充填岩溶洞隙、隔断地下水流通道、加固建筑物地基。

灌注材料主要是水泥、碎料〔砂、矿渣等）和速凝剂（水玻璃、氧化钙）。

水泥标号应大于45号。

灌浆方式可采用低压间歇定量式或循环式灌注，目的是减少浆液流失，间歇时间可控制在7-8小时左右。

（5）深基础法：对于一些深度较大，跨越结构无能为力的土洞、塌陷，通常采用桩基，将荷载传递到基岩上。

（6）旋喷加固法：在浅部用旋喷桩形成一“硬壳层”，在其上再设置筏板基础。

“硬壳层”厚度根据具体地质条件和建筑物的设计要求而定，一般可达10-Zom。

（7）地表水的疏、排、围、改治理：在土洞、塌陷地基的治理阶段，对地表水的治理不能忽视或放松，应在预防措施的基础上进一步完善。

（8）平衡地下水、气压力法：
随着水位的升降，岩溶空腔中的水气压力产生变化，常在岩溶水库库区出现气爆或冲爆塌陷，使库水大量漏失甚至失效。

因此，在查明地下岩溶通道的情况下，设置各种岩溶管道通气的装置，平衡其水、气压力，以消除其作用。

5、结论
随着经济和社会的发展，人类工程活动强度逐渐加剧，地面塌陷发生的次数明显增多，分布面积不断扩大，对人民生命财产构成越来越严重的威胁，直接影响国民经济的可持续发展和社会安定，有效地防治地面塌陷已成为一项十分重要的任务。

本文探索地建立一系列防灾的措施和指针，希望能够为地面塌陷处理好“发展经济与保护地质环境”的关系做出一点贡献，做到人地和谐发展，经济腾飞。

参考文献：
[1]潘懋，李铁峰.《灾害地质学》.
[2]中华人民共和国地质矿产行业标准，《地质灾害防治规范》，DZ/T0222—2006.。