山西某村房屋開裂變形破壞原因及防治措施

陳書平 馬洪玉 張曉堃

(中國礦大巖土工程新技術發展有限公司，江蘇徐州 221008)

0 引言

為了減少某村化工廠的含鉻污染物對環境造成的污染，根據市、縣環保局的意見對該村化工廠的含鉻污染物進行永久填埋處理。自填埋坑開挖施工以來，周邊房屋出現不同程度的裂縫，影響村民的正常生活與生產，部分房屋開裂較嚴重，裂縫寬度較大的房屋有坍塌的可能，對住戶的生命安全構成威脅，部分危險房屋已經進行了拆遷，但是村中仍有較多的民房存在開裂變形。本文通過調查村莊周邊的地質條件，深入分析了房屋開裂變形破壞的原因并提出了有效的防治措施。

1 房屋開裂變形概況

該村東北側為填埋坑，其面積約262畝，深約80 m，邊緣最近處離房屋僅有72 m;出現開裂房屋范圍的東側位于煤礦礦界內，如圖1所示，該煤礦已于2000年以前關停，現今沒有礦井開采活動。村莊周邊大型的工程活動僅有其東北側的填埋工程。

圖1 山西某村開裂房屋的位置圖

除已搬遷房屋外該村共有196戶，其中1戶出現嚴重交叉裂縫、上下貫通裂縫以及墻體嚴重外鼓、歪斜現象;5戶房屋出現小于5 mm的水平錯動及門窗嚴重變形現象;34戶房屋的磚柱上出現水平裂縫及門窗略有歪斜現象;其余156戶房屋的磚墻上出現寬度1 mm～3 mm的裂縫或無明顯變形。

此外，較多民房屋內或院中出現地表裂縫而造成水泥地面或地板瓷磚開裂，或門口臺階錯斷;部分房屋院墻發生整體扭曲或歪斜，較為嚴重者歪斜幅度可達4 cm～5 cm;墻體歪斜導致院墻與院門門垛相接處開裂或門垛變形。

2 房屋開裂變形原因分析

2.1 填埋工程挖方施工的影響

根據走訪調查，該村房屋整體的開裂時間順序與填埋坑開挖回填時間順序相吻合，且開裂時間較為統一。在離邊坡較近的區域，裂縫寬度大且連貫性強，地面裂縫延展方向與邊坡臨空面走向方向一致(見圖1)，而距離邊坡較遠的區域裂縫寬度相對較小且連貫性較差，裂縫分布較零亂，局部房屋內雖具有與邊坡臨空面走向相同的地裂縫，但較為分散。以上現象說明地面裂縫與邊坡開挖較密切相關。

填埋工程在挖方削坡施工過程中，一方面挖方卸荷形成邊坡臨空面，隨著臨空面的形成，巖土體內水平應力被釋放，邊坡巖土體在水平方向將產生相應的卸荷變形，隨著臨空面暴露的時間延長，巖土體將產生向基坑方向的蠕變，隨著卸荷變形和蠕變，在邊坡頂部靠近臨空面區域極易出現拉張裂隙，尤其是軟弱巖土層邊坡，卸荷變形和蠕變量較大，拉張裂隙相應較發育，這種拉張裂縫的走向基本與坡體臨空面走向相一致，與該村出現的裂縫特征吻合。另一方面，隨著填埋坑的開挖，引起地下水的滲漏，周邊地下水位下降，在某些特定的含水層區域，可引起含水層固結變形，從而導致地下水位降落范圍內地表產生沉降變形，誘發地表和地面建筑開裂變形。

此外，該填埋工程部分區域地下曾有過老窯開采的歷史，該區域不但受到挖方削坡影響，而且坡體內巖土體的水平應力釋放可能引起老采空區“活化”，從而影響場地的穩定性。

綜上分析可知，填埋工程開挖卸荷引起的水平應力釋放及邊坡巖土體蠕變是該村房屋及地面發生開裂變形破壞的主要原因，但填埋工程完成后，其影響將徹底消除。

2.2 地下老采空區的影響

根據《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》［1］可知，陽泉地區開采深度在100 m～140 m內，長壁開采引起地表總的移動延續時間為145 d～220 d，考慮到該區為穿巷開采，地表移動延續時間約為長壁開采引起地表移動時間的40%～50%，即50 d～70 d后，由穿巷開采區域引起的地表移動變形即已結束，之后地表即進入緩慢的殘余變形期。

本區域的房屋開裂時間多集中在2009年左右，整體上不符合采動影響的規律。根據搜集資料，現場勘查及地質調查，對地表殘余變形值進行定量計算，評價場地地表殘余移動變形值為:下沉0 mm ～9.5 mm、東西向殘余傾斜 －0.01 mm/m ～0.045 mm/m，南北向殘余傾斜－0.035 mm/m～0.03 mm/m，東西向殘余水平變形 －0.01 mm/m ～0.01 mm/m，南北向殘余水平變形 －0.008 mm/m ～0.006 mm/m。根據《建筑地基基礎設計規范》［2］和《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》［1］判別老采空區產生的殘余變形量不會影響房屋的安全。

通過對裂縫分布、形態的分析發現，距填埋坑較近區域地面裂縫走向與老采空邊界走向相同，離采空區越遠，裂縫延伸性越差，與采空區相關性較為明顯。距邊坡較遠區域的老穿巷開采區房屋裂縫、地裂縫發育方向雜亂，無明顯規律性，與采煤沉陷相關性較差。這主要是由于受老采空區影響范圍內離填埋坑較近區域發生“活化”可能性較大，離填埋坑較遠區域發生“活化”的可能性較小。

因此，該村房屋發生開裂變形破壞均與采動影響沒有明顯的相關性，可能與填埋挖方削坡工程造成的老采空區“活化”有一定的關系，與地下老采空區本身沒有關系。

2.3 地基土的影響

根據走訪調查，該村房屋的地基多以填土作為持力層且填土的分布范圍及厚度變化較大;其物質組成以礦渣為主，摻雜有大小不一的磚塊、碎石、粘性土，致使填土性質不均，易形成差異沉降。

同一房基下填土厚度及性質不均會大大增加房屋的不均勻沉降，極易導致房屋出現開裂。另外，由于填土在縱向上的不均勻性致使其滲透性不均，當地下水標高低于填土標高時，在填土內經常存在雞窩狀的上層滯水，進一步加大了填土地基下沉的不均勻性。

綜上分析可知，村莊內分片分布的厚度不均、性質不同的填土是該村房屋發生開裂變形破壞的內因。

2.4 水文地質條件變化的影響

填埋坑施工后，該區地下水沿巖土層界面向礦坑內排泄，改變了地下水的滲流方向，并致使地表水水位下降。

由于該區域內地下水位流向、標高的變化，使得土體性質發生了相應的改變，地下水位降低致使土體壓縮，含水層影響范圍內的土層不均會使得土體壓縮呈現出不均勻性，從而引起其上部房屋的不均勻下沉導致房屋不同程度的損壞。

綜上分析可知，水文地質條件的變化是加劇該村房屋發生開裂變形破壞的誘因。

2.5 房屋質量和結構的影響

房屋質量比較差也是該村部分房屋發生開裂變形破壞的主要影響因素之一。調查發現該村同一區域小范圍內，房屋開裂的程度有很大差別，現場可以明顯看出房屋質量好的、結構強的、新建的開裂程度均較輕，而一些質量較差的、年久失修的房屋普遍開裂比較嚴重。

3 建筑物損壞等級分區及防治措施

3.1 建筑物損壞等級分區

由于該村建筑物位于礦區范圍，局部可能受采空區影響，因此本次工作主要參照煤炭部門的評價標準，即國家煤炭工業局頒布的《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程》［1］。根據該規程中的磚石結構建筑物的破壞(保護)等級劃分表對該村房屋破壞等級進行分區:該村整體損壞等級較輕，大多為Ⅰ級(156戶)，僅局部區域個別房屋損壞等級達Ⅱ級(34戶)、Ⅲ級(5戶)、Ⅳ級(1戶)。

3.2 防治措施

結合上述房屋開裂變形破壞原因，提出該村房屋開裂變形破壞的防治措施如下:

1)對于受損的已建磚混結構建筑而言，按照其損壞的分類級別，分別采用不同的處理方式，對于Ⅰ級損壞(極輕微損壞或輕微損壞)可不修或小修;對于Ⅱ級損壞(輕度損壞)的建筑物進行小修，一般采用墻皮鏟除掉，重新進行粉刷或墻體內貼網粉刷;對于Ⅲ級損壞(中度損壞)需進行中度維修，一般采用雙面鋼筋網對墻體進行錨固固定，然后進行粉刷處理;對Ⅳ級損壞(嚴重損壞)應進行大修或拆除重建，一般是對無法進行錨固固定的墻體進行拆除重修，無法居住的拆除重建。

2)新建建筑選址應遠離填埋坑且選擇地基土質較好區域。并針對相應的情況采取相應的工程措施，如建筑物的形式力求簡潔，以矩形為宜，限制建筑物的長度，過長的建筑物應設置沉降縫。同時加強基礎及上部結構的剛度與強度，以減弱采空區及地基土引起不均勻沉降的影響，建筑物上部結構的剛度應與基礎的剛度相適應。

3)建筑物基礎和建筑首層、二層結構的配筋計算除考慮地基持力層的工程地質條件外，還應考慮老采空區“活化”引起的不均勻沉降。

4)建議對相對穩定及穩定性差的區域場地內的建筑物進行變形監測，設置長期沉降監測目標，定期進行沉降監測，監控建筑物的使用安全。

5)當填埋坑坡體側地表變形較大時，應及時回填，并做好監測工作，謹防邊坡失穩造成人員傷亡及房屋財產的損失。

4 結語

1)主要綜合分析了該村房屋出現開裂變形破壞的原因。填埋工程開挖卸荷引起的水平應力釋放和邊坡巖土體蠕變是房屋以及地面發生開裂變形破壞的主要原因;村莊內分片分布的厚度不均、性質不同的填土是房屋發生開裂變形破壞的內因;水文地質條件的變化是房屋發生開裂變形破壞的誘因;房屋結構本身抗變形能力較差和年久失修也是村莊內房屋出現開裂變形破壞的主要原因之一;地下老采空區與該村房屋出現開裂變形破壞基本無關。

2)結合房屋開裂變形破壞的原因提出了防治措施。對于Ⅰ級損壞房屋可不修或小修，對于Ⅱ級損壞房屋進行小修，對于Ⅲ級損壞房屋需進行中度維修，對Ⅳ級損壞房屋進行大修或拆除重建;新建建筑選址應遠離填埋坑且選擇地基土質較好區域;建筑物基礎應考慮老采空區“活化”引起的不均勻沉降;對相對穩定及穩定性差的區域場地內的建筑物應進行變形監測，監控建筑物的使用安全;填埋坑坡體側地表變形較大時，應及時回填并做好監測工作。

［1］國家煤炭工業局.建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設與壓煤開采規程［M］.北京：煤炭工業出版社，2000.

［2］GB 50007-2011，建筑地基基礎設計規范［S］.