貴州農(nóng)村巖溶地區(qū)地基變形分析

朱要強(qiáng) 趙 蔓

(1.貴州省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，貴州貴陽 550001;2.成都理工大學(xué)環(huán)境與工程學(xué)院，四川成都 610059)

0 引言

貴州位于云貴高原東部，地處長江與珠江兩大水系分水嶺，碳酸鹽巖廣布，占全省總面積的73%［1］。對于巖溶地基，劉恒［1］將其分為巖石地基、紅粘土地基、巖土地基三類，并分別對其進(jìn)行了地基評價(jià);朱顯鎮(zhèn)等［2］曾對巖溶地基的穩(wěn)定性及巖溶地基處理方法進(jìn)行了論述;孔琳琳［3］根據(jù)工程實(shí)例，探討了復(fù)雜巖溶地基的處理方法。2005年，貴州省建設(shè)廳頒布了DB 22/46－2004貴州建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范［4］、DB 22/45－2004貴州建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［5］，規(guī)范中對巖溶地基評價(jià)及處理都做了技術(shù)規(guī)定。但是，前述的研究和處理方式多集中于城鎮(zhèn)建筑物，而對于巖溶地區(qū)地基變形對農(nóng)村建設(shè)造成的危害及經(jīng)濟(jì)損失的研究和處理措施則相對偏少，這種狀況不利于巖溶地區(qū)新農(nóng)村建設(shè)的順利推進(jìn);個(gè)別巖溶地基變形嚴(yán)重的地區(qū)，甚至影響到當(dāng)?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展和社會的穩(wěn)定。

鑒于此，筆者以貴州省貞豐縣龍場鎮(zhèn)圍寨村大范圍的地基變形為調(diào)查研究對象，通過對房屋、地坪大規(guī)模開裂的原因分析，對貴州農(nóng)村巖溶地基變形進(jìn)行一些探討。

1 調(diào)查區(qū)自然地理與地質(zhì)概況

1.1 自然地理情況

貞豐縣龍場鎮(zhèn)圍寨村，地理坐標(biāo):105°33′17″，25°27′14″。距鎮(zhèn)政府所在地5 km，其村委會駐地在圍寨村。有11個(gè)小組，406戶，2 268人;國土面積為 3.39 km2，其中耕地面積 3 302.5 畝(田113.9 畝，地2 138.6 畝)，荒山地 4.6 ha，林地 495 畝。其交通位置見圖1。

貞豐縣位于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，最大年降雨量為1 669.5 mm，最小年降雨量為939.4 mm。自2011年6月中旬至調(diào)查期間，貞豐縣降雨持續(xù)偏少，氣溫偏高，全縣無有效降雨已持續(xù)60余天，7月份全縣平均降雨量只有35.2 mm，為歷年同期平均降雨量248.3 mm的14.2%，偏少85.8%;8月份全縣平均降雨量只有108.6 mm，為歷年同期平均降雨量214.8 mm的50.6%，偏少49.4%，大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)偏少達(dá)7成～8成。

1.2 基本災(zāi)情

2011年10月2日，貞豐縣龍場鎮(zhèn)圍寨村22戶村民房屋及地坪出現(xiàn)集體性開裂，直接影響到的房屋財(cái)產(chǎn)200余萬元。

1.3 地質(zhì)環(huán)境概況

調(diào)查區(qū)域地貌類型屬巖溶殘丘坡地地貌，斜坡整體坡度約12°～20°，呈臺階狀，高差約30 m，斜坡長度約130 m;場地內(nèi)出露基巖為三疊系下統(tǒng)永寧鎮(zhèn)一段泥晶白云巖(T1yn1)，調(diào)查區(qū)周圍未發(fā)現(xiàn)斷層、褶皺等控制性構(gòu)造分布，基巖呈單斜產(chǎn)出，產(chǎn)狀220°∠55°。

圖1 交通位置圖

調(diào)查區(qū)內(nèi)巖溶現(xiàn)象發(fā)育，地表巖溶形態(tài)為溶溝、溶槽、石芽等形態(tài)，地下巖溶形態(tài)為土洞、豎井、溶洞等(見圖2，圖3)。圖2中的空腔型溶洞位于村寨東側(cè)水泥小路旁，可見深度約6 m，洞寬約0.6 m，據(jù)村民介紹，其延伸長度可能貫穿整個(gè)出現(xiàn)房屋開裂的區(qū)域。

圖2 空腔型溶洞

圖3 表層巖溶現(xiàn)象

據(jù)水動(dòng)力特征和地下水賦存狀態(tài)，調(diào)查區(qū)內(nèi)地下水為紅粘土孔隙、裂隙水和基巖裂隙、巖溶管道水;區(qū)內(nèi)地下水以大氣降水補(bǔ)給為主，其補(bǔ)給方式大體分為兩類，一類是降雨直接或呈片流，通過微細(xì)孔隙或壤土風(fēng)化層分散緩慢下滲補(bǔ)給;另一類則是降雨形成地面線狀水流，通過落水洞、溶斗、溶井、溶洞等較大的巖溶洞穴，集中快速補(bǔ)給;地下水通過巖溶管道及基巖裂隙運(yùn)移，少部分在基巖臨空面呈分散式排泄，大部分以泉或地下河的方式向低洼處集中排泄。

2 地基變形特征

調(diào)查區(qū)內(nèi)的地基變形外在變形跡象為房屋墻體開裂及地坪沉降開裂(見圖4～圖7);據(jù)現(xiàn)場走訪調(diào)查，調(diào)查區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)落水洞、土洞塌陷等巖溶塌陷現(xiàn)象。根據(jù)調(diào)查，區(qū)內(nèi)的建筑物因地基變形表現(xiàn)出的破壞特征有:

1)建筑巖溶地基上的農(nóng)村建筑物呈群體性被破壞，且時(shí)間集中在大旱年。調(diào)查期間，在普安縣雪浦村也有37戶居民建筑發(fā)生不同程度的變形破壞。

圖4 內(nèi)墻開裂

圖5 外墻開裂

圖6 墻體拉裂

圖7 地坪沉降裂縫

2)靠近坡坎的比遠(yuǎn)離坡坎的建筑破壞嚴(yán)重。可見有些靠近坡坎的地面產(chǎn)生垂直坡頂線方向的裂縫。

3)墻面裂縫多呈斜向倒“八”字，少數(shù)呈水平形或豎立形。

4)地面裂縫發(fā)育較多，室內(nèi)室外均有產(chǎn)生，延伸長度數(shù)米至十幾米，寬幾毫米至數(shù)十毫米，部分地面裂縫下挫，下沉高度可達(dá)幾毫米。

5)開裂的建筑物多分布于巖溶殘丘斜坡之上。

3 地基變形分析

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，開裂的房屋均位于巖溶單元內(nèi)，巖溶單元的巖溶形態(tài)以地表的溶溝、溶槽、石芽和地下的豎井、溶洞、土洞為主(見圖8);基巖覆蓋層為塊狀紅粘土，自上而下根據(jù)含水量狀態(tài)可劃分為硬塑紅粘土、可塑紅粘土、軟塑紅粘土，厚度約1 m～5 m(場壩組較厚，可達(dá)8 m左右)。可塑～軟塑紅粘土主要分布在溶溝、溶槽中。據(jù)調(diào)查，這一區(qū)域數(shù)處房屋開裂已經(jīng)數(shù)年，地基為巖土混合地基，而大旱期間開裂的房屋基本為紅粘土地基。

據(jù)余培厚等［6］研究表明，紅粘土是一種結(jié)構(gòu)性土體，存在兩種結(jié)構(gòu)連接，即粒團(tuán)內(nèi)粘土礦物顆粒之間的連接和粒團(tuán)之間的結(jié)構(gòu)連接，且粒團(tuán)之間的結(jié)構(gòu)連接組成的基本結(jié)構(gòu)單元組成了紅粘土的基本骨架。同時(shí)，余培厚指出，紅粘土粒團(tuán)之間的結(jié)構(gòu)連接，是一種欠牢固的非水穩(wěn)性連接，粒團(tuán)的排列組合是一種隨機(jī)的非緊密堆積，粒團(tuán)之間具有較大的位移空間，其中充填的水主要為自由水，水分變化時(shí)，連接物微粒周圍的水膜厚度也將隨之而變化，土體就會發(fā)生收縮或膨脹。另據(jù)郭沛等［7］研究表明，貴州的紅粘土以收縮為主，這種獨(dú)特的性質(zhì)由其物理性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)所決定，紅粘土起始含水量高，粒間孔隙大，部分為開發(fā)型，大部分孔隙水為弱結(jié)合水，靜電引力小，易蒸發(fā)而產(chǎn)生收縮。而據(jù)調(diào)查，自當(dāng)年6月中旬至調(diào)查時(shí)，當(dāng)?shù)責(zé)o有效降雨的時(shí)間長達(dá)4個(gè)多月，長久干旱造成可塑、軟塑紅粘土失水收縮，體積減小，導(dǎo)致建筑地基產(chǎn)生不均勻沉降。加之當(dāng)?shù)剞r(nóng)村居民房屋多采用磚石砌體結(jié)構(gòu)或磚木結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)多采用剛性的毛石基礎(chǔ)，建筑整體性較差，抵抗地基變形的能力較低，才會在大旱年發(fā)生群體性房屋及地坪開裂現(xiàn)象，歸根到底，還是由于組成地基土的紅粘土收縮造成的。

圖8 巖溶發(fā)育典型形態(tài)推測剖面圖

4 結(jié)語

1)紅粘土地基上的房屋在大旱期間呈群性開裂，多因紅粘土粒團(tuán)之間的自由水或弱結(jié)合水蒸發(fā)，粒團(tuán)間孔隙收縮造成的。

2)以往的巖溶地基研究及處理方法多針對城鎮(zhèn)建設(shè)，而對于農(nóng)村建筑，從經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)性均不太適用。

3)貴州農(nóng)村巖溶地基群體性開裂，不但與巖溶地基的不均勻性或變形有關(guān)，也與農(nóng)村建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有關(guān)。

4)近年來巖溶干旱頻現(xiàn)，巖溶地區(qū)的農(nóng)村房屋開裂事件時(shí)有發(fā)生，應(yīng)引起建設(shè)部門的注意，組織技術(shù)力量進(jìn)行研究，制定適宜的巖溶地區(qū)農(nóng)村建筑技術(shù)規(guī)程。

［1］ 劉 恒.貴州巖溶地基評價(jià)與處理［J］.地球與環(huán)境，2006，34(3):57－58.

［2］ 朱顯鎮(zhèn)，張 萌.巖溶地基處理［J］.科技傳播，2010(8):171.

［3］ 孔琳琳.復(fù)雜巖溶地基處理［J］.河南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2004，25(4):90－91.

［4］ DB 22/46－2004，貴州建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［5］ DB 22/45－2004，貴州建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［6］ 余培厚，郭 沛，鄭玉元，等.紅粘土的微結(jié)構(gòu)模型與力學(xué)特征［A］.第二屆全國紅土工程地質(zhì)研討會論文集［C］.1991.

［7］ 郭 沛，余培厚，鄭玉元，等.紅粘土的脹縮特征與脹縮機(jī)理［A］.第二屆全國紅土工程地質(zhì)研討會論文集［C］.1991.

［8］ 余曉雅，李會云.地基沉降變形等效參數(shù)分析［J］.山西建筑，2011，37(1):51－52.