梁堤頭村地裂縫和不均勻沉陷成因5.doc

曹縣梁堤頭地區(qū)地裂縫成因及防治馮超臣1黃文峰2郭世春2 1 山東省魯南地質(zhì)工程勘察院 山東 兗州 2721002 菏澤市礦產(chǎn)資源勘探開發(fā)中心 山東 菏澤 274000摘要：梁堤頭村位于黃河故道（山東省曹縣段）堤緣內(nèi)側(cè)，地勢較高，地表接受最穩(wěn)定的懸浮物顆粒沉積，逐漸形成類似盆地沉積的厚粘土層。該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要是由次生紅粘土裂隙和地基不均勻沉陷造成的。建筑物的非均質(zhì)土地基、基底厚粘土層裂隙、失水粘土的彈性降低等多種因素的存在共同導(dǎo)致了該區(qū)的房屋開裂和不均勻沉陷。可以采取加固地基和搬遷避讓等方法進(jìn)行防治。關(guān)鍵詞：黃河故道 紅粘土 地裂縫 沉陷 地基Liangditou Village Cracks and Uneven Foundation Subsidence Causes and PreventionFengchaochen1 Huangwenfeng2 Guoshichun2 Malong11 Shandong Provincal Lunan Geo-Engineering Exploration Institute，Shandong Yanzhou ，272100 2 Heze Mineral Resources Exploration and Development Center，Shandong Heze， 274000 Abstract：Liang embankment village is located in the old course of the Yellow River ( Shandong Caoxian) dike edge of the medial, higher ground, receiving the most stable suspension particle deposition, and gradually formed a similar basin deposition of thick clay layers. The geological disasters is mainly composed of secondary red clay crack and uneven foundation subsidence caused by. Building non homogeneous soil, thick clay layer fracture, loss of basal clay reduces the elasticity of a variety of factors such as the presence of common led to the housing cracks and uneven subsidence. Can take the foundation and method of prevention and cure of relocation.Keywords: The old course of the Yellow River, Red clay, Ground crack, Subsidence, Foundation曹縣梁堤頭鎮(zhèn)梁西村已發(fā)現(xiàn)地裂縫和地基不均勻沉陷現(xiàn)象多年。2011年春季嚴(yán)重干旱，村內(nèi)部分房屋開裂受損現(xiàn)象加劇。1 地形地貌曹縣梁堤頭鎮(zhèn)梁西村，位于魯豫交界黃河故道（曹縣段）北側(cè)，該村所在地高程平均大于63m，其東、西、北部地勢迅速降低，高程降至52-54m，坡降達(dá)到1/50至1/10，該村地表沉積有巨厚的粘土層，北側(cè)一窯廠揭露表層棕紅色粘土層（俗稱紅膠泥，可制陶）厚度達(dá)5m，并有北向逐漸抬升的粉土層揭露，粘土層由南至北逐漸變薄（圖1）。黃河屬于季節(jié)性多沙性河流，由于河床淤積加高,，洪水經(jīng)常漫溢河床，并在河床兩側(cè)斷續(xù)形成與河床平行的高地，又稱天然堤，它的沉積物比河槽沉積物略細(xì)，比河漫灘沉積物較粗，一般為粉土質(zhì)砂，或砂質(zhì)粉土。根據(jù)地形和地貌判斷，該村為黃河故道自然堤向南改向形成的“堤頭”，自然堤內(nèi)側(cè)為黃河故道，地勢普遍較高，平均高程大于61m。東部石香爐村以東為黃河決口扇地區(qū)，決口點(diǎn)在黃河河道北岸，高程在決口處突然降低為5051m，決口扇沿寬度達(dá)1015km，高程在4852m之間，后期應(yīng)為黃河改道斷流， 因此扇狀平原地勢不再升高。決口扇東側(cè)為單縣高韋莊高灘地地區(qū)。圖1：梁堤頭村地形圖Fig .1 Liangditou village Topographic map2 粘土層沉積成因及特征。2.1紅粘土層形成黃河故道在該區(qū)呈明顯的蛇曲狀，其必然形成不規(guī)則的天然堤和河漫灘。梁堤頭村，由于地勢高，河道向南轉(zhuǎn)向急，因此形成日益南推的河漫灘區(qū)。洪水期河水漫越河岸，河水變淺、流速驟減或停滯，越接近堤緣，沉積顆粒越細(xì)，因此在堤緣內(nèi)側(cè)接受最穩(wěn)定的懸浮物顆粒沉積，逐漸形成類似盆地沉積的較厚的紅粘土層。在河流相沉積中，發(fā)育的正旋回沉積中，一般是上細(xì)下粗，沉積物在河道中的搬運(yùn)和沉積主要受河道流、越岸流及河道廢棄作用。根據(jù)揭露地層層序，梁堤頭村沉積層先后經(jīng)歷了早期河道沉積、自然坡積、河漫灘沉積及泛濫盆地沉積。2.2 紅粘土層主要物理性質(zhì)該區(qū)紅粘土層為黃河沖擊形成的次生紅粘土層，主要成分為石英和高嶺石，大部分原礦在酸性環(huán)境中形成，含硅、鐵、錳、鋁等氧化物并起到集聚膠結(jié)作用1。紅粘土有高液限、高含水量、高空隙比、高塑性等特性。主要表現(xiàn)為四個(gè)特點(diǎn)：（1）過干和過濕均不宜破碎。（2）失水產(chǎn)生干縮裂縫，土體表層產(chǎn)生網(wǎng)裂。（3）厚度大粘土層易產(chǎn)生裂隙，深度可達(dá)24m，裂隙面光滑、發(fā)生發(fā)展速度快。（4）天然土體膨脹量不大，但收縮強(qiáng)烈。失水后膨脹率顯著增加，且具有脫水干燥的不可逆性。3 地裂縫和地基不均勻沉塌陷原因3.1 地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀梁堤頭地裂縫和地基不均勻沉陷區(qū)主要位于梁西村北部，該區(qū)粘土層向北逐漸變薄，粉土層抬升。干旱季節(jié)該區(qū)地裂縫明顯，地表粘土層龜裂現(xiàn)象嚴(yán)重。部分裂縫寬度達(dá)到15cm，長度一般在2030m不等，深度24m。該區(qū)房屋開裂嚴(yán)重，60%房屋出現(xiàn)不同用程度開裂，部分圍墻體有不均勻下沉或開裂、傾斜趨勢。照片1 梁西村北側(cè)NS向地層剖面，粘土層厚度15m。右為剖面表層崩解的粘土層。Photo.1 West Village on the north side of the beam NS to stratigraphic section, thickness of clay layer15m. Right for the profile surface disintegrating clay layer.3.2 災(zāi)害機(jī)理分析該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要是由地裂縫和地基不均勻沉陷造成的。梁堤頭村農(nóng)村建筑物地基多為人工筑填的粘土、粉土、粉砂土混合土層，基底為厚粘土層。厚粘土層是裂隙很發(fā)育的次生紅粘土層。它含較多的粘粒。粘土的親水性強(qiáng)，干濕效應(yīng)明顯，干燥時(shí)收縮開裂變硬，吸水時(shí)膨脹軟化。因此土體結(jié)構(gòu)在干旱季節(jié)易結(jié)構(gòu)易遭到破壞以至崩解，產(chǎn)生較大裂縫。粘土層厚度越大，失水越多，其裂縫幅度越大。由此形成非均質(zhì)地基和具有漲縮性裂隙的基底。地基不均勻沉陷是土層地基在附加應(yīng)力作用下，基礎(chǔ)底面(地基表面)各部位下沉量不均等，引起房屋開裂和地基沉陷而造成的災(zāi)害。地基不均勻沉陷一般發(fā)生在下列情況：地基由非均質(zhì)巖土組成，如幾種性質(zhì)不同的巖土或各部分的風(fēng)化程度、節(jié)理發(fā)育情況等相差很大；天然地基中存在構(gòu)造破碎帶、軟弱夾層等；地基具有明顯的各向異性特征或節(jié)理裂隙的存在,也使巖體有異向性性質(zhì)；地基為并非線性彈性材料,具有復(fù)雜的復(fù)雜的非線性性質(zhì),如多數(shù)地基的彈性段很短，強(qiáng)度有一定限度等。因此，該區(qū)建筑物的非均質(zhì)土地基、基底厚粘土層不均勻漲縮產(chǎn)生的裂隙、失水粘土的彈性降低等多種因素的存在共同導(dǎo)致了該區(qū)的房屋開裂和不均勻沉陷。4 地質(zhì)災(zāi)害防治方法4.1 地基加固處理梁堤頭村的地質(zhì)災(zāi)害防治可采用地基加固處理和搬遷避讓等方法。根據(jù)該村實(shí)際情況，該區(qū)地質(zhì)災(zāi)害工程防治宜采用操作簡便且成本相對(duì)較低的地基處理工藝。主要有以下3種。(1)粘土層石灰粉攪拌法通過深層攪拌機(jī)在地基范圍內(nèi)對(duì)粘土層進(jìn)行攪拌，同時(shí)加入生石灰和粉煤灰進(jìn)行穩(wěn)定處理，生石灰和粉煤灰通過水化放熱和吸水作用可使土粒重新排序，降低地基含水量，并通過離子交換形成抗壓強(qiáng)度高、穩(wěn)定性強(qiáng)的地基樁體。生石灰和粉煤灰比例為1:41:5混合，可提高早期強(qiáng)度和地基最終強(qiáng)度1。(2)土木加固法在地基中分層鋪設(shè)土工格柵，利用格柵和粘土的相互作用力增加地基強(qiáng)度。格柵可以以1020cm厚度的石英砂作為鋪墊，填土壓實(shí)厚度2030cm。一般有23層格柵即可。(3)強(qiáng)夯加固法將破碎水泥樁體或石料等強(qiáng)行夯入地基，形成復(fù)合樁體，使加密的地基土層和樁體形成強(qiáng)度較高的硬殼層，降低其壓縮性和膨脹性。4.2 搬遷避讓對(duì)粘土層厚度很大，且地裂縫反復(fù)出現(xiàn)的梁堤頭村北區(qū)，該區(qū)房屋如繼續(xù)開裂，建議進(jìn)行搬遷，避開裂縫帶嚴(yán)重地區(qū)，不宜在原址重建。新址選擇應(yīng)考慮地基基礎(chǔ)條件，進(jìn)行必要的工程勘察，在粘土層、粉土層均勻分層且厚度不大的地區(qū)應(yīng)適宜建房。經(jīng)充分論證后集中進(jìn)行搬遷避讓。結(jié)語：黃河流經(jīng)魯豫交界處，形成曲流河、辮狀河和復(fù)雜的地形地貌，平原上緩崗(自然堤)、洼地、泛淤平地、沙丘、沙崗、小型沖積扇等微地貌的交錯(cuò)分布,使一望無際的大平原上微地貌略有起伏2。在地勢較高的灘地和粘土較厚的盆地、洼地均是地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)區(qū)，建議對(duì)該區(qū)地形、地貌、地層進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查勘測，形成大比例尺的地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)分布圖。同時(shí)建議在梁堤頭村禁止附近磚瓦窯廠對(duì)村莊周圍的堤坡進(jìn)行采挖，防治粘土層過量失水，導(dǎo)致裂隙加劇。參考文獻(xiàn)：1 王晶，江巍等.紅