毗鄰路基綠化帶中地裂縫原因、治理及預防研究

張 躍

（1.江蘇省有色金屬華東地質勘查局，江蘇南京210007；2.鎮江八一四勘察測繪有限公司，江蘇鎮江212005）

1 概述

地裂縫是地表土體在自然或人為因素作用下，產生開裂，并在地面形成一定長度和寬度裂縫的一種地質現象，當這種現象發生在有人類活動的地區時，成為一種地質災害，地裂縫的成因有[1-6]：基底斷裂位移，使上覆土層開裂形成地裂縫；斜坡滑動造成地表土體開裂；土洞、溶洞或采空區塌陷造成地面土體開裂；氣候干濕變化，使膨脹土或淤泥質軟土產生脹縮變形發展而成；黃土受地表水或地下水的浸濕，產生沉陷而成；松散土體中的微裂縫，受地表水或地下水的沖刷、潛蝕，松散土體中部分顆粒隨水流失，加劇了微裂縫兩側不均勻地面沉降而形成地裂縫；過量開采地下水引起不均勻地面沉降而形成地裂縫。

作者以江蘇省S243省道鎮江—句容K36+400～K36+500段毗鄰路基綠化帶中地裂縫為研究對象，認為該綠化段中地裂縫成因為：綠化帶成為飽和土后，路面上長期車輛振動在綠化帶中產生了超靜孔隙水壓力[7]，超靜孔隙水壓力消散導致地裂縫的產生。并據之提出了下一步治理、預防措施，供設計、道路維護同行在工程實踐中借鑒。

2 綠化帶中地裂縫

S243省道鎮江—句容段2005年擴建后，一直運營良好，但至2015年，發現K36+400～K36+500標段處西側路基外產生地裂縫、形成塌陷區（圖1、圖2）：（1）塌陷區內地裂縫寬度5～40cm，深度5～100cm；（2）靠水溝處有坍塌陷落情況，且有不斷加大趨勢；（3）最近地裂縫距離路基3～4m，已經威脅到路基的安全。

圖1 塌陷區及周邊環境圖

3 工程地質條件

3.1 地層

為了查明塌陷區及路基地層情況，實施了6個工程地質勘察孔，總進尺98.8m，孔口標高采用黃海高程，高程由鄰近一高程點引測（引測點高程為43.280m），高程測量采用錸卡NA2型水準儀，精度0.7mm。根據勘察成果，塌陷區及周邊地層分4層，其中①、④層又細分為2個亞層，地層特征如下：

圖2 現場地裂縫

①-1素填土:灰黃、灰褐、雜色,很濕,結構較松散,主要成分為粉質粘土夾少量植物根系、碎石子等雜質,堆積時間約10年，厚1.0～2.0m。

①-2填筑土:灰黃、灰褐、雜色,很濕,結構松散,主要成分為粉質粘土夾大量碎石、灰渣、粗砂等雜質,碎石大小不一,粒徑1～6cm不等,棱角分明,含量20%～75%不等,堆積時間約10年，厚3.3～4.6m。

②粉質粘土夾碎石:灰黃—棕黃色,飽和,可塑狀態,碎石棱角分明,碎石粒徑約為1～5cm,碎石含量約為3%～20%,膠結差,粉質粘土干強度中等,韌性中等,有光澤,無搖震反應,壓縮性中等,厚1.7～3.2m。

③粉質粘土:灰黃色,飽和,可塑狀態,干強度中等,韌性中等,有光澤,無搖震反應,壓縮性中等,厚1.2～7.4m。

④-1強風化石灰巖:灰白、灰青色,密實,母巖結構清晰,節理裂隙很發育,巖體破碎,巖芯以碎石狀、餅狀居多,巖芯長度為3～7cm,巖芯采取率25%～39%,母巖為石灰巖,屬較巖,巖體基本質量等級為V級，厚0.1～1.4m。

④-2中風化石灰巖:灰白、灰青色,密實,母巖結構清晰,節理裂隙較發育,巖體較完整,巖芯以短柱—長柱狀居多,巖芯長度為5～35cm,巖芯采取率40%～75%,母巖為石灰巖,屬較軟巖,巖體基本質量等級為Ⅳ級,未鉆穿，最大揭露厚度5.6m。

3.2 土洞、溶洞

為了探測路基附近有無土洞、溶洞。在塌陷區和路基之間設計了1條二維淺層地震測線（圖1）。二維淺層地震采用國產GS101高精度分布式地震儀，測線長99m，道距3m、總計炮數33炮。用GreenMountain折射靜較正系統、GEOEAST地震資料處理系統對野外采集的數據進行處理，處理后地震剖面見圖3，由圖3可知：正相位同相軸沒有發生錯亂，說明在測線經過范圍內，沒有土洞、溶洞。

圖3 地震測線水平疊加時間剖面圖

3.3 水文地質條件

塌陷區地表水系為西側一條與路面平行的水溝（圖1），流量200～1000t/d，水流平緩，流向由南向北，水溝內未鋪設防水底板。

塌陷區淺部地下水類型屬潛水，受周圍河水及大氣降水補給，勘察時初見水位埋深5.85～6.10m，穩定水位埋深5.42～5.65m。勘察揭露①、②層土為主要含水層，③層含水量也很豐富，基巖內為基巖裂隙水。

4 地裂縫原因分析

由勘察成果、二維淺層地震探測可知：塌陷區范圍內沒有土洞、溶洞，排除了地下水徑流，帶走了土顆粒，導致第四系中土洞、疏松體發育，加劇了地面沉降而形成地裂縫。

由于塌陷區為降水豐富的南方，地層中含水量豐富；加上塌陷區西側為水溝，水溝內未鋪設防水底板，水溝中水流下滲嚴重，增加了塌陷區地層——③粉質粘土的含水性，使③粉質粘土成為飽和土。

作用于土內某截面上的正應力σ由2部分組成（圖4）[7]：作用于孔隙水及沿著各個方向均勻作用于土顆粒上的孔隙水壓力u；作用于土骨架上的力，為有效應力σ′，σ′=σ-u。孔隙水壓力由2部分組成，由孔隙水自重引起的孔隙水壓力稱為靜水壓力，飽和土體中超出靜水壓力的那部分孔隙水壓力稱為超靜孔隙水壓力。有效應力2部分組成：由土顆粒自重引起的有效應力即土自重應力，而由正應力σ引起的有效應力為附加有效應力。

圖4 土內正應力組成圖

土顆粒移動導致的變形只取決于有效應力的變化。靜水壓力、土自重應力幾乎是不變的，而附加有效應力變化很小，所以有效應力的變化只取決于超靜孔隙水壓力的變化。飽和土受到瞬間荷載產生的正應力時，本應發生應變，但由于一時排水受阻，飽和土中產生超靜孔隙水壓力，超靜孔隙水壓力超過靜水壓力，使作用于土骨架上的有效應力變小，從而限制了土顆粒的變形。隨著時間的推移，孔隙水慢慢被排出。隨著孔隙水慢慢被排出，超靜孔隙水壓力逐漸減少直至消散。

當車輛行駛過程中，車輛振動在飽和土——③粉質粘土層中瞬間產生超靜孔隙水壓力[8]。在超靜孔隙水壓力消散過程中，有效應力增大，正應力慢慢轉移到土的骨架上，土體積發生變化，引起綠化帶不均勻沉降產生微裂縫。在長期的車輛振動荷載作用下，微裂縫不斷擴大，加上西側水溝為地層提供了位移空間，導致了江蘇省S243省道鎮江—句容段K36+400～K36+500標段處西側路基外產生地裂縫，且有不斷惡化趨勢，威脅到路基的安全。

5 治理措施

（1）采用防滲性好的管溝、管涵等進行排水，一可消除毗鄰路基綠化帶中土層的位移空間，二可防止水流下滲，降低地層的含水性。（2）在路基與綠化帶間設置止水帷幕，隔斷地下水通過路基進行徑流。（3）對已形成的塌陷區，淺部進行壓實處理，深部采用水泥—水玻璃雙液注漿處理。（4）加強變形監測[9]。

6 結語

（1）毗鄰路基綠化帶中，由于排水不暢通，會大大增加綠化帶中的含水量，使綠化帶中土層成為飽和土。

（2）車輛行駛過程中，車輛振動在飽和土中產生超靜孔隙水壓力。在超靜孔隙水壓力消散過程中，有效應力增大，正應力慢慢轉移到土的骨架上，土體積發生變化，引起地面不均勻沉降產生微裂縫[10]。在長期的車輛振動荷載作用下，微裂縫不斷擴大，在路基外產生地裂縫。

（3）為了確保路基的穩定性，保證綠化帶的排水暢通是預防毗鄰路基綠化帶中產生地裂縫的有效措施。