地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害防治理論及技術(shù)[詳細(xì)]

1、地質(zhì)災(zāi)害防治理論及技術(shù),1,地面塌陷篇,地面塌陷防治理論及技術(shù),2,提 綱 一、地面塌陷基礎(chǔ)知識 二、地面塌陷防治措施,一、 地面塌陷基礎(chǔ)知識,1.定義： 指地表巖、土體在自然或人為因素作用下，向下陷落，并在地面形成塌陷坑（洞）的一種地質(zhì)現(xiàn)象。 2.分類：,3,地面塌陷防治理論及技術(shù),3. 塌陷分布特征,4,地面塌陷防治理論及技術(shù),一、 地面塌陷基礎(chǔ)知識,3. 塌陷分布特征,5,地面塌陷防治理論及技術(shù),一、 地面塌陷基礎(chǔ)知識,引自劉傳正,6,地面塌陷防治理論及技術(shù),一、 地面塌陷基礎(chǔ)知識,3.地面塌陷分布特征 地面塌陷在我國的分布發(fā)育具有一定的時間和空間規(guī)律性。 巖溶塌陷主要分布于巖溶強(qiáng)烈及中

2、等發(fā)育的覆蓋型碳酸鹽巖地區(qū)。 采空塌陷廣泛分布于我國各地的礦山及其周圍地區(qū)，其中又以煤礦塌陷最為突出， 黃土濕陷則主要分布于濕陷性黃土發(fā)育的地區(qū)。 在時間上，近1020年發(fā)育增多，尤其是近年來隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，地面塌陷也愈來愈多，危害也愈來愈大。,7,地面塌陷防治理論及技術(shù),一、 地面塌陷基礎(chǔ)知識,3.地面塌陷分布特征 采空區(qū)塌陷,8,地面塌陷防治理論及技術(shù),一、 地面塌陷基礎(chǔ)知識,3.地面塌陷分布特征 黃土濕陷導(dǎo)致的塌陷。,9,地面塌陷防治理論及技術(shù),一、 地面塌陷基礎(chǔ)知識,濕陷性黃土塌陷,媒體和社會關(guān)注,場地的土、溶洞問題引起了社會各界的普遍關(guān)注 晶報 南方日報 廣州日報 深圳電視臺第一現(xiàn)場

3、深圳衛(wèi)視深視新聞 深圳廣播電臺 網(wǎng)站,巖溶地面塌陷問題成為控制建設(shè)工期和工程安全的關(guān)鍵性問題！,3.1 巖溶塌陷的分布規(guī)律 巖溶強(qiáng)烈發(fā)育的可溶巖分布地帶或沿其與非可溶巖的接觸地帶。 沿可溶巖中的斷裂帶或主要裂隙交匯破碎帶，巖層劇烈轉(zhuǎn)折、破碎的地帶； 松散蓋層較薄且以砂土為主，其底部粘性土層缺失或甚薄的“天窗”地段； 地下水的主通流帶或巖溶管道上及排泄區(qū)。,一、 地面塌陷基礎(chǔ)知識,地面塌陷防治理論及技術(shù),11,3.1 巖溶塌陷的分布規(guī)律 地下水位在基巖面上下頻繁波動的地帶，或受排水影響強(qiáng)烈的降落漏斗中心及近側(cè)地段； 地下水位埋藏較淺的低洼地帶。 臨近河、湖、塘地表水體的近岸地帶； 巖溶地下水位埋

4、藏較淺的低洼地帶。 具有潛水和巖溶水含水層分布地帶；,一、 地面塌陷基礎(chǔ)知識,地面塌陷防治理論及技術(shù),12,3.1 巖溶塌陷的分布規(guī)律,一、 地面塌陷基礎(chǔ)知識,地面塌陷防治理論及技術(shù),13,巖溶塌陷沿河流分布,臨近河湖巖溶塌陷-洞庭湖附近巖溶塌陷,3.1.1 時空動態(tài)規(guī)律, 單個巖溶塌陷的發(fā)育過程及其動態(tài)特征 發(fā)育過程: 巖溶洞隙土洞塌陷的；,一、 地面塌陷基礎(chǔ)知識,地面塌陷防治理論及技術(shù),14,對于已停止活動的死土洞，可不采取防塌措施。 緩塌型老土洞的特征是土洞充填物較疏松軟弱，一般呈軟型狀，具有地下流動的痕跡。 新土洞主要是在人為因素作用下形成，土洞充填物較新，結(jié)構(gòu)很疏松，含水量高，一般處

5、于流動狀態(tài)。,3.1.1 時空動態(tài)規(guī)律, 巖溶塌陷群發(fā)育的時空動態(tài)： 1）塌陷的持續(xù)性 誘發(fā)因素消失之前，持續(xù)發(fā)展，直到新的穩(wěn)定平衡為止。 2）塌陷的階段性 孕育階段、塌陷階段、調(diào)整階段； 3）塌陷的周期性 雨季活動加強(qiáng)、其他季節(jié)塌陷活動減弱 4）塌陷的重復(fù)性 隨塌陷誘發(fā)源變化，產(chǎn)生新的塌陷或者是原先塌陷的復(fù)活,一、 地面塌陷基礎(chǔ)知識,2020/10/1,地面塌陷防治理論及技術(shù),15, 地面下沉或地面沉降 地面開裂 塌陷地震,地面塌陷防治理論及技術(shù),16,3.1.2 巖溶塌陷的伴生與共生現(xiàn)象,一、 地面塌陷基礎(chǔ)知識,4. 地面塌陷危害 1）對居民地的危害,17,地面塌陷防治理論及技術(shù),一、 地

6、面塌陷基礎(chǔ)知識,地面塌陷會對房屋帶來嚴(yán)重甚至毀滅性的傷害。,18,地面塌陷防治理論及技術(shù),一、 地面塌陷基礎(chǔ)知識,2）對公路工程的危害,引起路基不均勻沉降,19,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),1、塌陷防治理念,防治的關(guān)鍵是在掌握礦區(qū)和區(qū)域塌陷規(guī)律的前提下，對塌陷做出科學(xué)的評價和預(yù)測，即采取以早期預(yù)測、預(yù)防為主，治理為輔、防治相結(jié)合的辦法。,例如，對于采空區(qū)，在塌陷區(qū)形成之前，就采取“超前”防治措施，即在制定開采設(shè)計(jì)時就考慮預(yù)防措施。,2. 地面塌陷的前兆,地面形變：地面產(chǎn)生地鼓，小型垮塌，地面出現(xiàn)環(huán)型開裂，地面出現(xiàn)沉降等。 建筑物：作響、傾斜、開裂等,地面塌陷防治理論及技術(shù),20

7、,二、 塌陷防治技術(shù),地面出現(xiàn)沉降,建筑物傾斜,2. 地面塌陷的前兆,井、泉的異常變化：如井、泉的突然干枯或渾濁翻沙，水位驟然降落，地下水位水量等突變； 地面積水引起地面冒氣泡、水泡、旋流等。 植物變態(tài)（顏色、生命狀況）、動物驚恐等。,地面塌陷防治理論及技術(shù),21,二、 塌陷防治技術(shù),22,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),3、地面塌陷的應(yīng)急措施, 對建筑物附近的地面裂縫應(yīng)及時填塞，地面的塌陷坑應(yīng)攔截地表水防止其注入。 對嚴(yán)重開裂的建筑物應(yīng)暫時封閉不許使用，待進(jìn)行危房鑒定后才確定應(yīng)采取的措施。,填塞地裂縫,撤離危房,23,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),4、巖溶地面塌陷的

8、治理技術(shù),（1）塌陷前的預(yù)防措施, 合理安排廠礦企業(yè)建設(shè)總體布局； 河流改道引流，避開塌陷區(qū)； 修筑特厚防洪堤； 控制地下水位下降速度和防止突然涌水，以減少塌陷 的發(fā)生； 建造防滲帷幕，避免或減少預(yù)測塌陷區(qū)的地下水位下 降，防止產(chǎn)生地面塌陷； 建立地面塌陷監(jiān)測網(wǎng)。,24,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),（1）塌陷前的預(yù)防措施,繞避巖溶強(qiáng)烈發(fā)育區(qū),湖南常德至張家界高速公路十八標(biāo)段K139+410K139+560,4、巖溶地面塌陷的治理技術(shù),25,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),（1）塌陷前的預(yù)防措施,4、巖溶地面塌陷的治理技術(shù),26,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治

9、技術(shù),1)巖溶地面塌陷的治理措施 塌陷后的治理措施主要有：塌洞回填；河流局部改道與河槽防滲；綜合治理。,系統(tǒng)的講：巖溶塌陷的防治措施包括： 控水措施、工程加固措施和非工程性的防治措施。,（2）塌陷后的治理措施,地面塌陷治理,4、巖溶地面塌陷的治理技術(shù),27,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),（一）控水措施 地表水防水措施：防地表水進(jìn)入塌陷區(qū)，可以： （1）清理疏通河道，加速泄流，減少滲漏； （2）對漏水的河、庫、塘鋪底防漏或人工改道；,4、巖溶地面塌陷的治理技術(shù),（3）地表封閉防滲 a. 植被防滲 b. 水泥土封閉 c. 氯丁橡膠板封閉 d. 玻璃纖維涂料封閉 e. 回填抹面封閉,地

10、面塌陷防治理論及技術(shù),28,二、 塌陷防治技術(shù),4、巖溶地面塌陷的治理技術(shù),29,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),（一）控水措施 地下水控水措施 根據(jù)水資源條件，規(guī)劃地下水開采層位、開采強(qiáng)度、開采時間，合理開采地下水，加強(qiáng)動態(tài)監(jiān)測。危險地段對巖溶通道進(jìn)行局部注漿或帷幕灌漿處理。,注漿控制地下水,4、巖溶地面塌陷的治理技術(shù),地面塌陷防治理論及技術(shù),30,二、 塌陷防治技術(shù),（一）控水措施 地下水控水措施 恢復(fù)地下水位：坑道堵水、停用抽水井和人工回灌或補(bǔ)償?shù)叵滤?人工回灌地下水示意圖,4、巖溶地面塌陷的治理技術(shù),地面塌陷防治理論及技術(shù),31,二、 塌陷防治技術(shù),（一）控水措施 地下水控

11、水措施 旋噴技術(shù)是利用旋轉(zhuǎn)提升、高壓噴射水泥漿凝結(jié)成松柱或不旋轉(zhuǎn)只定向提升噴射成板墻。,4、巖溶地面塌陷的治理技術(shù),（二）工程加固措施 1）填堵法：一般用于塌陷坑較淺小時的處理。,32,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),具體方案有兩種：一是用編織袋裝粘土或粉質(zhì)粘土對塌洞進(jìn)行回填，上面2米則用粘土覆蓋并夯實(shí)，防止積水入滲造成垂向潛蝕； 二是用塊徑大于20cm的塊石回填塌洞，上部2米仍用粘土覆蓋壓實(shí)，防止積水入滲。,（二）工程加固措施 1）填堵法： 當(dāng)坑內(nèi)有基巖出露時，或陷坑內(nèi)未出露基巖，塌坑危害較小時，首先在坑內(nèi)填入塊石、碎石做成濾層，或采用地下巖石爆破回填，然后上覆粘土夯實(shí)。,33,

12、地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),當(dāng)陷坑內(nèi)未出露基巖，當(dāng)塌坑的危害較大，應(yīng)先把塌坑內(nèi)松軟的塌陷土體清除再回填塊石、碎石，做成反濾層，然后填土夯實(shí)。,34,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),清除填堵施工現(xiàn)場,（二）工程加固措施 2)跨越法：用于較深大的塌坑、土洞。 （1）地面板 對直徑較小且深的單個塌陷坑，上部需承載，兩端有穩(wěn)定可靠的地基時，可用鋼筋混凝土板跨過。一般釆取就地澆筑，也有做成周邊固定的鋼筋混凝土板。,35,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),（二）工程加固措施 2)跨越法：用于較深大的塌坑、土洞。 （2）鋼軌梁（板） 對直徑較大且深的單個塌陷坑，或直徑小

13、、密集的群體塌陷坑的場地，兩端有穩(wěn)定巖土體，且上部有較大負(fù)荷時，可用鋼筋混凝土梁或板跨過，兩端應(yīng)置于穩(wěn)定的基地上。,36,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),引自陳國亮,鋼筋混凝土板跨越跨越,37,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),處置示例：,網(wǎng)格板跨越塌陷坑,由于網(wǎng)格梁的相互連接作用，構(gòu)成整體受力結(jié)構(gòu)，克服局部塌陷。其尺寸根據(jù)路堤寬度、荷載大小以及可能發(fā)生塌陷的最大尺寸，用連續(xù)梁，懸臂梁理論進(jìn)行計(jì)算。,引自陳國亮,38,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),處置示例：,（二）工程加固措施 2.) 跨越法：用于較深大的塌坑、土洞。 （3）框架梁 框架梁適用于在既有建筑物

14、的基礎(chǔ)下，用頂進(jìn)法將已成框架梁或涵洞頂進(jìn)。梁的孔徑視巖溶塌陷的直徑大小而定，梁的兩端或涵洞邊墻應(yīng)置于穩(wěn)定的地基上。 （4）深基礎(chǔ)法 對于一些深度較大，同時跨越結(jié)構(gòu)又無能為力的塌陷坑，深基加固建筑物的基礎(chǔ)是一種較理想的方法。 通常是采用打入樁、鉆孔灌注樁、沉井和墩式基礎(chǔ)等把建筑物的基礎(chǔ)置于基巖上。旋噴樁是樁基礎(chǔ)應(yīng)用中較新的方法，施工迅速，工藝較簡單，對洞穴堆積物的加固具有良好的效果，得到更多的應(yīng)用。,39,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),40,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),處置示例,（二）工程加固措施 2) 跨越法：用于較深大的塌坑、土洞。 深基礎(chǔ)法,41,地面塌陷防治

15、理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),（二）工程加固措施 3) 強(qiáng)夯法：用于消除土體厚度小，地形平坦的土洞； 對于土洞埋深在地下水位以上的淺層土洞（2m3m）效果較好。 一方面是夯實(shí)塌陷后松軟的土層和塌陷坑內(nèi)的回填土，以提高土體的強(qiáng)度； 另一方面，還可以消除隱伏土洞和軟弱帶，是一種治理結(jié)合預(yù)防的措施。,42,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),（二）工程加固措施 3) 強(qiáng)夯法：,43,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),（二）工程加固措施 4）平衡水氣壓力法： 隨著地下水位的升降，溶洞空腔中的水氣壓力產(chǎn)生變化，經(jīng)常出現(xiàn)氣爆或沖爆塌陷，設(shè)置各種巖溶管道的通氣調(diào)壓裝置，破壞真空腔的巖溶封

16、閉條件，平衡其水、氣壓力，減少發(fā)生沖爆塌陷的機(jī)會,44,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),（二）工程加固措施 5）注漿法：用于埋深較深的巖溶洞穴、溶蝕裂隙、溶溝等進(jìn)行處理。 通過鉆機(jī)鉆孔至對應(yīng)的溶洞、土洞或巖溶裂隙中，把水泥漿液或其它化學(xué)漿液，采用加壓泵送的方法，使?jié){液進(jìn)入需要注漿處理的部位。,45,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),（二）工程加固措施 5）注漿法：用于埋深較深的巖溶洞穴、溶蝕裂隙、溶溝等進(jìn)行處理。 對松散空隙進(jìn)行充填處理； 增強(qiáng)巖溶地基的承載能力和阻斷地下水運(yùn)移通道。 漿液還會向溶蝕裂隙、溶溝、溶槽內(nèi)灌注充填，阻斷了地表水與地下孔隙水、巖溶水的水力活動的一

17、些徑流通道，防止巖土體在地下水流動中發(fā)生潛蝕作用引起塌陷等巖溶病害發(fā)生。,46,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),（二）工程加固措施 5）注漿法：,47,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),注漿法流程,灌漿,（二）工程加固措施 6) 旋噴樁加固法：淺部用旋噴樁形成一“硬殼層”，（厚1020m即可），其上再設(shè)筏板基礎(chǔ)。,48,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),旋噴加固法示意圖,（二）工程加固措施 6) 綜合治理,49,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),示例一,巖溶塌陷綜合治理圖,地面塌陷防治理論及技術(shù),50,（二）工程加固措施 6) 綜合治理,示例二,（三）

18、非工程性的防治措施 1) 開展巖溶地面塌陷的風(fēng)險評價。 巖溶地面塌陷的風(fēng)險評價可以對塌陷地區(qū)按照塌陷發(fā)生的概率劃分區(qū)域， 2) 開展巖溶地面塌陷的試驗(yàn)研究，找出臨界條件。 3) 增強(qiáng)防災(zāi)意見，建立防災(zāi)體系。,51,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),52,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),5、采空區(qū)地面塌陷的治理措施,1）防治原則 （1）采空區(qū)塌陷應(yīng)遵循預(yù)防為主、防治結(jié)合的原則。 （2）塌陷發(fā)生前：應(yīng)未雨綢繆，加強(qiáng)塌陷區(qū)地質(zhì)工程勘察和資料收集分析工作。詳細(xì)明確地查明采空區(qū)的范圍、深度、影響范圍等。 在采礦過程中應(yīng)使用各種“減塌技術(shù)和措施”等。 如充填采礦法，條帶采礦法，多煤層、多工作面協(xié)調(diào)采礦法以及井下支護(hù)和巖層加固措施等。 塌陷發(fā)生后：應(yīng)及時采取措施治理，防治災(zāi)害進(jìn)一步擴(kuò)大。,53,地面塌陷防治理論及技術(shù),二、 塌陷防治技術(shù),5、采空區(qū)地面塌陷的治理措施,1）防治原則 （3）對未發(fā)生地面塌陷的地區(qū)進(jìn)行詳細(xì)的勘察，根據(jù)勘察結(jié)果來制定預(yù)防措施。 （4）首先停止使用可能出現(xiàn)塌陷的高危險區(qū)內(nèi)的建筑物并進(jìn)行搬遷； （5）擬建建筑物應(yīng)