太行山前滹沱河二級階地黃土濕陷分析

趙永真，高明輝，張云肖，趙建青

(1.河北省環(huán)境地質(zhì)勘查院，河北 石家莊 050021;2.河北水文工程地質(zhì)勘察院，河北 石家莊 050021)

2013年初春，在石家莊市西北部丘陵區(qū)滹沱河南岸某村，幾戶居民房屋一夜之間突然出現(xiàn)不同程度裂縫，寬者可達(dá)3cm，許多房屋成為危房，造成了較大財產(chǎn)損失，究竟是何原因?qū)е逻@起災(zāi)害，經(jīng)過勘查單位細(xì)致勘查，發(fā)現(xiàn)最終元兇原來是黃土濕陷。

1 房屋開裂特征

房屋沉裂具有較明顯的規(guī)律特征:(1)房頂及地面未見明顯裂縫(2)墻面開裂嚴(yán)重，呈明顯“八”字形，下部墻體下沉位移較大，與上部墻體之間出現(xiàn)拉張裂縫，單個裂縫長幾米至十幾米，起止位置與建筑梁柱等有關(guān)，最寬約3 cm。(3)地面沉陷幅度規(guī)律明顯，西側(cè)起第二戶與第三戶之間處為沉陷中心(見圖1和圖2)。

圖1 黃土濕陷范圍

圖2 房屋后墻裂縫分布形態(tài)

2 場地地質(zhì)環(huán)境條件

2.1 地形地貌

工作區(qū)位于丘陵區(qū)，滹沱河河谷南側(cè)二級階地上，南高北低，南側(cè)為20 m高的小山丘，北側(cè)1.3 km處為滹沱河，村莊范圍內(nèi)海拔標(biāo)高136～144 m。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

工作區(qū)在大地構(gòu)造上位于中朝準(zhǔn)地臺的一個相對穩(wěn)定的II級構(gòu)造單元―山西斷隆的東部邊緣，屬新華夏構(gòu)造體系。地處第三隆起帶太行山隆起，主結(jié)構(gòu)面呈NNE向。山區(qū)EW向褶皺較發(fā)育、各期褶皺相互疊加，巖脈侵入，構(gòu)成了錯綜復(fù)雜的褶皺形態(tài)。紫荊關(guān)－靈山深斷裂從勘查區(qū)西側(cè)通過。

2.3 水文地質(zhì)條件

勘查區(qū)地下水類型主要為松散層孔隙潛水，含水層巖性為粗砂含卵石，厚度本次勘查未揭露厚度。地下水流向為自西北向西南，區(qū)域地下水位埋深南高北低，最大埋深為11 m，靠近滹沱河，埋深遞減，最小埋深1.6 m。

地下水補(bǔ)徑排類型為河水滲漏補(bǔ)給型，水位變化過程主要受河水控制，上游水庫放水前后水位變差較大，根據(jù)3月23日(水庫放水前)村內(nèi)水井水位測量(0號井)，地下水位埋深為10 m，5月7日(水庫放水后)，再次對該水井進(jìn)行測量，其水位埋深升至 9.3 m，變差達(dá)到0.7 m，地下水位反映靈敏。

2.4 工程地質(zhì)條件

(1)雜填土層:雜色，以素填土為主，局部為建筑垃圾，多碎磚屑、石屑等，層厚0.4～2.9 m，擬建場區(qū)均有分布。

(2)黃土狀粉土層:褐黃色，稍濕－濕，稍密 －中密，中 －低壓縮性，切面無光澤，搖震反應(yīng)迅速，干強(qiáng)度低，韌性低;局部黏粒含量高，層頂標(biāo)高 137.37～139.47 m，層底標(biāo)高135.10～137.92 m，層厚 0.7～4.3 m，厚度變化較大。本層土場區(qū)內(nèi)均有分布。

(3)黃土狀粉質(zhì)粘土層:黃褐色，硬塑 －可塑，中 －低壓縮性，切面稍有光滑 －光滑，無搖震反應(yīng)，干強(qiáng)度中等，韌性中等;偶見姜石顆粒。層頂標(biāo)高135.10～137.92 m，層底標(biāo)高 132.96～135.97 m，層厚 0.5 ～3.0 m。本層土場區(qū)內(nèi)均有分布，厚度變化較大。

(4)黃土狀粉土:褐黃色，稍濕 －濕，稍密 －中密，中 －低壓縮性，切面無光澤，搖震反應(yīng)迅速，干強(qiáng)度低，韌性低;局部黏粒含量高，層頂標(biāo)高132.96～135.97 m，層底標(biāo)高131.66～133.35 m，層厚 1.0～3.4 m。本層土場區(qū)內(nèi)均有分布。

(5)含卵礫中粗砂層:灰白色，稍濕，中密 －密實，較純凈，主要成分以石英、長石為主;卵石礫徑3～5 cm，最大粒徑15.0 cm，由中粗砂充填，中粗砂含量約 30%，層頂標(biāo)高131.66～133.35 m，最大揭露層厚 6.1 m，本層土未揭穿。

3 地面沉陷原因分析

3.1 地層背景分析

勘查區(qū)微地貌屬于河流二級階地，滹沱河發(fā)源于山西省五臺縣，上游流經(jīng)黃土高原，攜大量泥沙和黃土質(zhì)成分，在下游再次沉積，形成大孔隙的松散堆積覆蓋層，而勘查區(qū)地表以下8 m范圍內(nèi)地層巖性為黃土狀粉土和粉質(zhì)粘土，恰恰驗證了這一點。

3.2 濕陷性分析

根據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》，濕陷系數(shù) δs是判定地基土濕陷性最基本的指標(biāo)，其物理意義是試樣在一定壓力下，下沉穩(wěn)定后，浸水飽和所產(chǎn)生的附加下沉，一般情況下，非飽和土樣在浸水后都會或多或少產(chǎn)生附加下沉，但黃土由于其本身特有的結(jié)構(gòu)，附加下沉量相對要大得多。我國采用的是以0.015作為界限標(biāo)準(zhǔn)，大于等于該值則界定為濕陷性土。

經(jīng)本次勘查及取一級原狀土樣進(jìn)行室內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)，區(qū)內(nèi)地層存在黃土濕陷性。沉陷區(qū)域場地土自重濕陷系數(shù)為0.001～0.035，濕陷起始壓力為 17～167 kPa，依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》之4.4.1條判定，擬建場地土為濕陷性黃土;自重濕陷量分別為19 mm、54 mm、10 mm。綜合判定為沉陷區(qū)域為非自重濕陷性黃土場地。

沉陷區(qū)域場地土最大濕陷系數(shù)為 0.059，依據(jù)4.4.2條判定，沉陷區(qū)域場地土濕陷程度中等。

沉陷區(qū)域地土最大濕陷深度7.7 m，依據(jù)擬建場地周邊地區(qū)勘探經(jīng)驗，該深度以下土層濕陷性可不考慮，從(2)黃土狀粉土層頂面算起:沉陷區(qū)域濕陷量分別為333 mm、268 mm、47 mm。依據(jù)《濕陷性黃土地區(qū)建筑規(guī)范》(GB50025－2004)判定:沉陷區(qū)域場地土濕陷等級為Ⅱ級(中等)。

3.3 含水率分析

3.3.1 地基含水量平面變化規(guī)律

通過地表下8m深度內(nèi)平均含水率分析可以發(fā)現(xiàn)明顯規(guī)律。沉陷范圍內(nèi)的地基含水率要明顯大于其它正常區(qū)域的含水率。通過處于沉陷區(qū)內(nèi)的5號、6號、3號、11號鉆孔及T3、T4探井與周邊的驗證孔含水率對比發(fā)現(xiàn)，5號、6號及T3、T4探井含水率較之周邊變化較大，而位于房屋后墻的11號鉆孔在地表1～3 m時與周邊含水率相當(dāng)，但是3～5 m差別較大，此現(xiàn)象在5 m以下逐漸消失，這可能與房屋地基的阻隔有關(guān)。同樣位于房屋后墻的3號孔，含水率在2～3 m時稍高于周邊含水率，其余深度內(nèi)則與周邊含水率相當(dāng)。說明滲水作用在3號和11號孔再向外圍擴(kuò)大時逐漸減弱。

3.3.2 含水率隨深度變化規(guī)律

通過對鉆孔5、6及探井3、4地基土含水率分析，發(fā)現(xiàn)隨深度增加含水率有先增大再減小的趨勢。以探井3為例，0.5 m深度含水率為 15.7%，2.5 m 處為 18.7%，5 m 處為22.4%，7 m處則稍有降低為19.7%。

通過含水率測定，說明造成黃土濕陷的水的因素是客觀存在的，沉陷區(qū)的地基土的含水量偏高，與院落內(nèi)的供水、排水系統(tǒng)有關(guān)，地下管道漏水的可能性極大。

4 結(jié)語

從我國目前的研究情況來看，濕陷性黃土地區(qū)由于地表水滲透而導(dǎo)致發(fā)生工程事故的情況屢見不鮮，而這也是本次居民房屋開裂的主要原因。某些新農(nóng)村建設(shè)雖然規(guī)劃較為整齊，但是，普遍不注重對于黃土地基濕陷性的處理，沒有消除濕陷性，如果有意外漏水等情況，在較充足的水的滲透情況下，發(fā)生黃土濕陷的可能性非常大。

[1]石家莊市地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測報告(2001－2005).河北省環(huán)境地質(zhì)勘查院.2006.

[2]井陘縣地質(zhì)災(zāi)害防治規(guī)劃.河北省環(huán)境地質(zhì)勘查院.2008.

[3]河北省地質(zhì)災(zāi)害分布現(xiàn)狀圖及說明書(1:50萬)》.河北省遙感中心.1995.9