地面塌陷地质灾害防治理论及技术5

地质灾害防治理论及技术,1,地面塌陷篇,地面塌陷防治理论及技术,2,提纲一、地面塌陷基础知识二、地面塌陷防治措施,一、地面塌陷基础知识,1.定义：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。2.分类：,3,地面塌陷防治理论及技术,3.塌陷分布特征,4,地面塌陷防治理论及技术,一、地面塌陷基础知识,3.塌陷分布特征,5,地面塌陷防治理论及技术,一、地面塌陷基础知识,引自刘传正,6,地面塌陷防治理论及技术,一、地面塌陷基础知识,3.地面塌陷分布特征地面塌陷在我国的分布发育具有一定的时间和空间规律性。岩溶塌陷主要分布于岩溶强烈及中等发育的覆盖型碳酸盐岩地区。采空塌陷广泛分布于我国各地的矿山及其周围地区，其中又以煤矿塌陷最为突出，黄土湿陷则主要分布于湿陷性黄土发育的地区。在时间上，近1020年发育增多，尤其是近年来随着经济发展，地面塌陷也愈来愈多，危害也愈来愈大。,7,地面塌陷防治理论及技术,一、地面塌陷基础知识,3.地面塌陷分布特征采空区塌陷,8,地面塌陷防治理论及技术,一、地面塌陷基础知识,3.地面塌陷分布特征黄土湿陷导致的塌陷。,9,地面塌陷防治理论及技术,一、地面塌陷基础知识,湿陷性黄土塌陷,媒体和社会关注,场地的土、溶洞问题引起了社会各界的普遍关注晶报南方日报广州日报深圳电视台第一现场深圳卫视深视新闻深圳广播电台网站,岩溶地面塌陷问题成为控制建设工期和工程安全的关键性问题！,3.1岩溶塌陷的分布规律岩溶强烈发育的可溶岩分布地带或沿其与非可溶岩的接触地带。沿可溶岩中的断裂带或主要裂隙交汇破碎带，岩层剧烈转折、破碎的地带；松散盖层较薄且以砂土为主，其底部粘性土层缺失或甚薄的“天窗”地段；地下水的主通流带或岩溶管道上及排泄区。,一、地面塌陷基础知识,地面塌陷防治理论及技术,11,3.1岩溶塌陷的分布规律地下水位在基岩面上下频繁波动的地带，或受排水影响强烈的降落漏斗中心及近侧地段；地下水位埋藏较浅的低洼地带。临近河、湖、塘地表水体的近岸地带；岩溶地下水位埋藏较浅的低洼地带。具有潜水和岩溶水含水层分布地带；,一、地面塌陷基础知识,地面塌陷防治理论及技术,12,3.1岩溶塌陷的分布规律,一、地面塌陷基础知识,地面塌陷防治理论及技术,13,岩溶塌陷沿河流分布,临近河湖岩溶塌陷-洞庭湖附近岩溶塌陷,3.1.1时空动态规律,单个岩溶塌陷的发育过程及其动态特征发育过程:岩溶洞隙土洞塌陷的；,一、地面塌陷基础知识,地面塌陷防治理论及技术,14,对于已停止活动的死土洞，可不采取防塌措施。缓塌型老土洞的特征是土洞充填物较疏松软弱，一般呈软型状，具有地下流动的痕迹。新土洞主要是在人为因素作用下形成，土洞充填物较新，结构很疏松，含水量高，一般处于流动状态。,3.1.1时空动态规律,岩溶塌陷群发育的时空动态：1）塌陷的持续性诱发因素消失之前，持续发展，直到新的稳定平衡为止。2）塌陷的阶段性孕育阶段、塌陷阶段、调整阶段；3）塌陷的周期性雨季活动加强、其他季节塌陷活动减弱4）塌陷的重复性随塌陷诱发源变化，产生新的塌陷或者是原先塌陷的复活,一、地面塌陷基础知识,2020/6/6,地面塌陷防治理论及技术,15,地面下沉或地面沉降地面开裂塌陷地震,地面塌陷防治理论及技术,16,3.1.2岩溶塌陷的伴生与共生现象,一、地面塌陷基础知识,4.地面塌陷危害1）对居民地的危害,17,地面塌陷防治理论及技术,一、地面塌陷基础知识,地面塌陷会对房屋带来严重甚至毁灭性的伤害。,18,地面塌陷防治理论及技术,一、地面塌陷基础知识,2）对公路工程的危害,引起路基不均匀沉降,19,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,1、塌陷防治理念,防治的关键是在掌握矿区和区域塌陷规律的前提下，对塌陷做出科学的评价和预测，即采取以早期预测、预防为主，治理为辅、防治相结合的办法。,例如，对于采空区，在塌陷区形成之前，就采取“超前”防治措施，即在制定开采设计时就考虑预防措施。,2.地面塌陷的前兆,地面形变：地面产生地鼓，小型垮塌，地面出现环型开裂，地面出现沉降等。建筑物：作响、倾斜、开裂等,地面塌陷防治理论及技术,20,二、塌陷防治技术,地面出现沉降,建筑物倾斜,2.地面塌陷的前兆,井、泉的异常变化：如井、泉的突然干枯或浑浊翻沙，水位骤然降落，地下水位水量等突变；地面积水引起地面冒气泡、水泡、旋流等。植物变态（颜色、生命状况）、动物惊恐等。,地面塌陷防治理论及技术,21,二、塌陷防治技术,22,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,3、地面塌陷的应急措施,对建筑物附近的地面裂缝应及时填塞，地面的塌陷坑应拦截地表水防止其注入。对严重开裂的建筑物应暂时封闭不许使用，待进行危房鉴定后才确定应采取的措施。,填塞地裂缝,撤离危房,23,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,4、岩溶地面塌陷的治理技术,（1）塌陷前的预防措施,合理安排厂矿企业建设总体布局；河流改道引流，避开塌陷区；修筑特厚防洪堤；控制地下水位下降速度和防止突然涌水，以减少塌陷的发生；建造防渗帷幕，避免或减少预测塌陷区的地下水位下降，防止产生地面塌陷；建立地面塌陷监测网。,24,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,（1）塌陷前的预防措施,绕避岩溶强烈发育区,湖南常德至张家界高速公路十八标段K139+410K139+560,4、岩溶地面塌陷的治理技术,25,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,（1）塌陷前的预防措施,4、岩溶地面塌陷的治理技术,26,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,1)岩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；河流局部改道与河槽防渗；综合治理。,系统的讲：岩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、岩溶地面塌陷的治理技术,27,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,（一）控水措施地表水防水措施：防地表水进入塌陷区，可以：（1）清理疏通河道，加速泄流，减少渗漏；（2）对漏水的河、库、塘铺底防漏或人工改道；,4、岩溶地面塌陷的治理技术,（3）地表封闭防渗a.植被防渗b.水泥土封闭c.氯丁橡胶板封闭d.玻璃纤维涂料封闭e.回填抹面封闭,地面塌陷防治理论及技术,28,二、塌陷防治技术,4、岩溶地面塌陷的治理技术,29,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,（一）控水措施地下水控水措施根据水资源条件，规划地下水开采层位、开采强度、开采时间，合理开采地下水，加强动态监测。危险地段对岩溶通道进行局部注浆或帷幕灌浆处理。,注浆控制地下水,4、岩溶地面塌陷的治理技术,地面塌陷防治理论及技术,30,二、塌陷防治技术,（一）控水措施地下水控水措施恢复地下水位：坑道堵水、停用抽水井和人工回灌或补偿地下水,人工回灌地下水示意图,4、岩溶地面塌陷的治理技术,地面塌陷防治理论及技术,31,二、塌陷防治技术,（一）控水措施地下水控水措施旋喷技术是利用旋转提升、高压喷射水泥浆凝结成松柱或不旋转只定向提升喷射成板墙。,4、岩溶地面塌陷的治理技术,（二）工程加固措施1）填堵法：一般用于塌陷坑较浅小时的处理。,32,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,具体方案有两种：一是用编织袋装粘土或粉质粘土对塌洞进行回填，上面2米则用粘土覆盖并夯实，防止积水入渗造成垂向潜蚀；二是用块径大于20cm的块石回填塌洞，上部2米仍用粘土覆盖压实，防止积水入渗。,（二）工程加固措施1）填堵法：当坑内有基岩出露时，或陷坑内未出露基岩，塌坑危害较小时，首先在坑内填入块石、碎石做成滤层，或采用地下岩石爆破回填，然后上覆粘土夯实。,33,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,当陷坑内未出露基岩，当塌坑的危害较大，应先把塌坑内松软的塌陷土体清除再回填块石、碎石，做成反滤层，然后填土夯实。,34,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,清除填堵施工现场,（二）工程加固措施2)跨越法：用于较深大的塌坑、土洞。（1）地面板对直径较小且深的单个塌陷坑，上部需承载，两端有稳定可靠的地基时，可用钢筋混凝土板跨过。一般釆取就地浇筑，也有做成周边固定的钢筋混凝土板。,35,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,（二）工程加固措施2)跨越法：用于较深大的塌坑、土洞。（2）钢轨梁（板）对直径较大且深的单个塌陷坑，或直径小、密集的群体塌陷坑的场地，两端有稳定岩土体，且上部有较大负荷时，可用钢筋混凝土梁或板跨过，两端应置于稳定的基地上。,36,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,引自陈国亮,钢筋混凝土板跨越跨越,37,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,处置示例：,网格板跨越塌陷坑,由于网格梁的相互连接作用，构成整体受力结构，克服局部塌陷。其尺寸根据路堤宽度、荷载大小以及可能发生塌陷的最大尺寸，用连续梁，悬臂梁理论进行计算。,引自陈国亮,38,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,处置示例：,（二）工程加固措施2.)跨越法：用于较深大的塌坑、土洞。（3）框架梁框架梁适用于在既有建筑物的基础下，用顶进法将已成框架梁或涵洞顶进。梁的孔径视岩溶塌陷的直径大小而定，梁的两端或涵洞边墙应置于稳定的地基上。（4）深基础法对于一些深度较大，同时跨越结构又无能为力的塌陷坑，深基加固建筑物的基础是一种较理想的方法。通常是采用打入桩、钻孔灌注桩、沉井和墩式基础等把建筑物的基础置于基岩上。旋喷桩是桩基础应用中较新的方法，施工迅速，工艺较简单，对洞穴堆积物的加固具有良好的效果，得到更多的应用。,39,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,40,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,处置示例,（二）工程加固措施2)跨越法：用于较深大的塌坑、土洞。深基础法,41,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,（二）工程加固措施3)强夯法：用于消除土体厚度小，地形平坦的土洞；对于土洞埋深在地下水位以上的浅层土洞（2m3m）效果较好。一方面是夯实塌陷后松软的土层和塌陷坑内的回填土，以提高土体的强度；另一方面，还可以消除隐伏土洞和软弱带，是一种治理结合预防的措施。,42,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,（二）工程加固措施3)强夯法：,43,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,（二）工程加固措施4）平衡水气压力法：随着地下水位的升降，溶洞空腔中的水气压力产生变化，经常出现气爆或冲爆塌陷，设置各种岩溶管道的通气调压装置，破坏真空腔的岩溶封闭条件，平衡其水、气压力，减少发生冲爆塌陷的机会,44,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,（二）工程加固措施5）注浆法：用于埋深较深的岩溶洞穴、溶蚀裂隙、溶沟等进行处理。通过钻机钻孔至对应的溶洞、土洞或岩溶裂隙中，把水泥浆液或其它化学浆液，采用加压泵送的方法，使浆液进入需要注浆处理的部位。,45,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,（二）工程加固措施5）注浆法：用于埋深较深的岩溶洞穴、溶蚀裂隙、溶沟等进行处理。对松散空隙进行充填处理；增强岩溶地基的承载能力和阻断地下水运移通道。浆液还会向溶蚀裂隙、溶沟、溶槽内灌注充填，阻断了地表水与地下孔隙水、岩溶水的水力活动的一些径流通道，防止岩土体在地下水流动中发生潜蚀作用引起塌陷等岩溶病害发生。,46,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,（二）工程加固措施5）注浆法：,47,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,注浆法流程,灌浆,（二）工程加固措施6)旋喷桩加固法：浅部用旋喷桩形成一“硬壳层”，（厚1020m即可），其上再设筏板基础。,48,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,旋喷加固法示意图,（二）工程加固措施6)综合治理,49,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,示例一,岩溶塌陷综合治理图,地面塌陷防治理论及技术,50,（二）工程加固措施6)综合治理,示例二,（三）非工程性的防治措施1)开展岩溶地面塌陷的风险评价。岩溶地面塌陷的风险评价可以对塌陷地区按照塌陷发生的概率划分区域，2)开展岩溶地面塌陷的试验研究，找出临界条件。3)增强防灾意见，建立防灾体系。,51,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,52,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,5、采空区地面塌陷的治理措施,1）防治原则（1）采空区塌陷应遵循预防为主、防治结合的原则。（2）塌陷发生前：应未雨绸缪，加强塌陷区地质工程勘察和资料收集分析工作。详细明确地查明采空区的范围、深度、影响范围等。在采矿过程中应使用各种“减塌技术和措施”等。如充填采矿法，条带采矿法，多煤层、多工作面协调采矿法以及井下支护和岩层加固措施等。塌陷发生后：应及时采取措施治理，防治灾害进一步扩大。,53,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,5、采空区地面塌陷的治理措施,1）防治原则（3）对未发生地面塌陷的地区进行详细的勘察，根据勘察结果来制定预防措施。（4）首先停止使用可能出现塌陷的高危险区内的建筑物并进行搬迁；（5）拟建建筑物应避开易产生塌陷的危险区；（6）对于轻度危险区应进行治理。,54,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,5、采空区地面塌陷的治理措施,2）防治措施(1)对采空塌陷区进行土地平整恢复种植，积水洼地采用挖深垫浅，充填煤矸石再覆盖种植层等。(2)对于采空塌陷地裂缝可采用尾矿石回填、灌注浆法等。,塌陷区恢复种植,55,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,5、采空区地面塌陷的治理措施,（3）利用塌陷区建立水产区，积极发展养殖业，是充分利用环境发展生产改善生态环境的综合治理措施之一。,煤矿治理后形成的鱼塘,56,地面塌陷防治理论及技术,二、塌陷防治技术,5、采空区地面塌陷的治理措施,（4）采矿过程中使用“减塌技术和措