小區住宅樓環境地質問題及整治對策研究

殷 岳

（銅陵學院，安徽 銅陵 244061）

一、建筑物損壞現狀

T 市某小區多個住宅樓產生裂縫，基礎出現下沉。如小區的52 棟為一幢六層磚混結構住宅樓，基礎為漿砌毛石結構條形基礎，基礎持力層為硬塑狀粉質粘土，基礎寬度1.2 米，基底埋深1.5 米。該幢建筑物于2012 年開始產生裂縫，近幾年來裂縫有逐年加大的趨勢，裂縫分布于樓房多處，西側單元偏多，多呈45°～60°（圖1，2，3），據統計宏觀裂縫（縫寬≥0.05mm）超過50 條，其中有兩條，縫寬達10mm，長達1.2～1.5 米。

根據沉降變形監測，小區52 棟西側明顯有下沉和向北傾斜現象，多個監測點觀測發現房屋向北傾斜率為6.6‰～7.5‰。

圖1 52 棟北面裂縫分布

圖2 52 棟北面西側樓梯口裂縫

圖3 52 棟西側樓梯口地面裂縫

二、小區工程地質及水文條件

（一）巖土體及破碎帶工程地質特征

1.土體工程地質特征

場地地基土自上而下依次可分為：（1）層雜填土；（2）層硬塑～堅硬狀粉質粘土；（3）層粉質粘土混碎石；（4）層全風化閃長巖；（5）層全風化角礫巖。現分別描述如下：

（1）層雜填土：普遍分布，該層層厚0.8～1.8 米，層底標高19.19～23.10 米，多為建筑垃圾回填，稍濕，松散～稍密狀，屬高壓縮性土。地基承載力特征值fak=90Kpa；（2）-1 層硬塑狀粉質粘土：該層層厚1.8～2.8米，層底標高16.75～17.39 米，黃褐色，硬塑狀，夾少量鐵錳氧化物，其標準貫入試驗擊數N 為8～13 擊/30cm，干強度高，屬中等壓縮性土。地基承載力特征值fak=180Kpa；（2）-2 層堅硬狀粉質粘土：該層層厚2.4～4.8 米，層底標高17.75～18.91 米，黃褐色，硬塑狀，濕，其標準貫入試驗擊數N 為25～31 擊/30cm，屬中等壓縮性土。地基承載力特征值fak=300Kpa；（3）層粉質粘土混碎石：普遍揭露，該層層厚2.2～7.4 米，層底標高9.82～16.10 米，黃褐色，中密狀，濕，含20～50%碎石，碎石粒徑0.2～5cm，棱角狀，以灰巖、硅質巖和石英砂巖為主，為本區土洞主要賦存層位，其標準貫入試驗擊數N 為25～31 擊/30cm，屬低壓縮性土。地基承載力特征值fak=200Kpa；（4）層全風化閃長巖：該層層厚12.7 米，層底標高0.31 米，灰白色～灰黃色，巖石風化呈粉質粘土夾砂土狀，屬中等壓縮性土。地基承載力特征值fak=180Kpa；（5）層全風化角礫巖:：該層未揭穿，灰褐色，巖石風化呈砂土夾碎塊狀，泥質膠結，局部鐵質膠結。地基承載力特征值fak=400Kpa。

2.巖體工程地質特征

（1）較堅硬薄～中厚層狀碳酸鹽巖組

分布于查區大部分地段，由三疊系下統灰巖、條帶狀大理巖組成，巖溶中等發育。根據場地巖土工程勘察資料，淺部灰巖飽和抗壓強度為31.6－56.0MPa，巖體較堅硬，RQD 值為76.8，巖石基本質量等級Ⅲ級，工程地質性質較好。

（2）堅硬塊狀巖漿巖巖組

分布于查區東側局部，巖性為石英閃長巖，根據區域地質資料，飽和抗壓強度為69.4－256.9MPa，巖體堅硬，RQD 值為76.8，巖石基本質量等級Ⅱ級，工程地質性質好。

3.破碎帶工程地質特征

查區內主要發育有龍塘湖破碎帶，走向北北西，南東段轉為北西向，向北東傾斜，傾角大于70°，長達1.5km 以上，寬15～20m，延深達350m 左右。角礫巖成份主要為大理巖、角巖；角礫大小不等，呈棱角狀，被鈣質、泥質和少量鐵質膠結。據附近的銅礦山勘探孔揭露，該破碎帶結構疏松，巖芯破碎，飽和抗壓強度為5.5－43.2MPa，屬軟巖～較硬巖，RQD 值小于30%，巖石基本質量等級Ⅳ～Ⅴ級，工程地質性質一般（圖4-5）。

圖4 基巖地質及裂縫房屋位置圖

圖5 75 線地質剖面圖

（二）水文地質條件

小區地下水可分為基巖地下水和第四系孔隙潛水，基巖地下水接受大氣降水補給，受周邊礦山排水影響，破碎帶基巖地下水位埋深基本位于40～50 米左右。第四系孔隙潛水賦存與上覆土層，受降雨影響明顯，勘查期間水位埋深3.0～5.1 米，水位標高13.70～17.45 米。

大氣降水為區內地下水主要補給來源，沿江平原內第四系孔隙水與地表水互相補給聯系。降水入滲后，沿斷裂、層面、溶隙等通道匯入形成區域地下徑流，徑流方向與地表徑流一致。本區地下水排泄方式為礦山長期排水和供水井開采為主。

三、房屋裂縫成因分析

（一）土洞塌陷

1.磁波CT 法對本區土洞塌陷的探測

巖溶、土洞發育的巖石與正常密實的灰巖比，在電阻率及吸收系數上有明顯的不同，溶洞或破碎帶充水且具有一定規模時，對電磁場將會產生明顯的吸收作用，觀測的電磁場強幅度明顯減小，吸收系數增大，形成高吸收異常。反之，位于地下水以上的溶洞或破碎帶吸收系數較小。下式為電磁波CT 法中的場強觀測值公式：

式中：E 為接收點的場強值；

E0＇為初始輻射常數；

β 為吸收系數，即介質中單位距離對電磁波的吸收值；

f(θ)為收發天線的方向因子函數；

r 為發射與接收點之間的距離。

分析公式可知，不同地質體對電磁波的吸收有不同的表現，如溶洞、土洞的吸收系數比其圍巖的吸收系數要大，因此在溶洞、土洞的背后的場強也就小得多，從而呈現負異常。

某地質隊在本小區施工了數十個鉆孔，形成了18 個剖面，根據對本小區巖土體的電磁波層析成像研究，結合鉆孔揭露情況，推斷房屋場地內的土洞發育分布和溶洞賦存狀態[1]。圖6 為經過小區52 棟西北側的ZK5－ZK6 剖面，從圖上可以看出，深2.1～6.4m電磁波高吸收系數突變異常區（紅色區域），推斷為土洞內部塌陷形成松散塌落物（粘土）引起，該處對應的103 室廚房北側墻體和西單元樓梯口分布兩條最大縫寬10mm、長1.2～1.5 米裂縫，向北傾斜率達7.6‰，為引起62#房屋不均勻沉降的主要不良地質體。

2.溶洞和破碎帶孔隙率分布特征

依據電磁波層析成像視吸收系數特征結合鉆孔資料分析，小區52 棟等房屋的土（溶）洞和破碎帶孔隙率（空洞）分布特征為，土洞發育深度一般在地表以下3～19 米之間，以3～4 米量多，規模在0.5～3 米多見，為充填土洞，房屋西側單元發育，土洞分布見表1。

圖6 ZK5－ZK6 剖面圖

表1 小區52 棟地下土洞分布情況表

3.地面塌陷成因分析

（1）礦山排水對地質環境的影響

查區周邊主要排水礦山有獅子山銅礦等7 座，礦坑總排水量豐水期可達2～3×104m3／d。礦體主要賦存于石碳、二迭的石灰巖與巖漿巖接觸帶，受地質構造控制，水文地質條件較復雜。礦山長期排水已破壞本區地下水天然動態，獅子山老城區一帶地下水位在1990 年以前均±0m 以上，現已降至-20 m 到-50m，并引發了如木魚山、周沖等處巖溶塌陷。

在礦山強制排水作用下，上層滯水水位下降，土洞頂板位于地下水位之上，失去了浮力，相當于增加了豎向荷載，增加值與水位下降值及土體重度有關：

式中：FP——豎向荷載增加值；

γ——土體的重度；

hw——水頭差；

γsat——土體的飽和重度。

粘性土及其他不透水巖石浮托減少值微弱，砂土透水性強，水位下降后土體重度可以視為干重度，此時：FP＝（1－n）hw

可見，豎向荷載增加值或浮托力的減少值在一定范圍內變化。當變化值大時土洞因頂板松軟而塌陷。

（2）滲透潛蝕作用

礦山抽水，使其坡降和流速增大，對地下水流經處的土洞中細粒砂土產生側向潛蝕現象，沖走細粒物質，在覆蓋層底部形成土洞雛形；同時，地下水豎向滲透在覆蓋層中產生豎向的潛蝕作用。側向和豎向潛蝕雙重作用下，土洞不斷向地面伸展，當土洞頂板厚度不足、強度不夠時會導致塌陷，龍塘湖破碎帶在附近礦山的持續排水作用下，具較強的滲透潛蝕作用，是土洞產生的最主要原因。

（3）負壓吸蝕作用

抽水至覆蓋層底板以下時，土洞中空，對其上的土體及地下水產生了附加吸力，促進了前述潛蝕作用發育，加速了覆蓋層底板以下土洞的形成。負壓的大小與多種因素有關，在封閉完好時，理論值接近一個大氣壓[2]。

（二）爆破地震效應

地下礦山開采爆破時，炸藥的一部分能量會轉換為地震波，引起地表的震動，會引起地表和建筑物、構筑物不同程度的破壞。

小區房屋位于礦山附近，該礦山礦體多數賦存在較堅硬矽卡巖、大理巖、角巖等巖石中，采用的采礦方法是分段崩落法，部分小礦山采用淺孔留礦法。依據有關研究院對附近礦山的掘進爆破震動測試分析報告可知，震動主頻10～36Hz，與房屋自震頻率4-12Hz 相近，可能產生共振作用。但安全質點震動速度v≤0.5cm/s，烈度4 度（調查住戶有感對應的烈度）的安全距離與炸藥量的關系見表2。

根據T 市安監局提供的資料顯示，附近的礦山距破壞房屋182～210m，礦山爆破最大炸藥量為18kg，其質點峰值震動速度應未超過了《爆破安全規程》中標準值，沒有超過表2 中的安全距離，不會直接導致一般磚房、非抗震性大型砌塊建筑物毀壞。地震裂縫主要表現為垂直爆破方向產生水平裂縫和45°斜交裂縫，房屋裂縫僅見一條水平裂縫，說明爆破地震效應不是小區52 棟、61 棟等房屋裂縫產生的主要作用[3]。

表2 安全距離與炸藥量的關系

根據現場調查及對資料分析，我們認為受災的多幢建筑物裂縫主要為土洞塌陷、地基土不均勻變形而產生沉降變形縫。爆破地震效應不是房屋產生裂縫的主要原因[4-5]。

四、小區整治對策

（一）建議對該小區房屋開展長期的變形監測工作，做好防災預案，在地質災害發育明顯地段設立警示標志，派專人監測，加強對裂縫發展情況的巡查，發現異常及時通知住戶、行人緊急避險[6]。

（二）土洞發育帶上再次進行工程建設時應先重點探明建筑物分布范圍內土洞分布情況，并加以注漿加固治理或采用樁基穿越法、跨越法[7]。

（三）龍塘湖破碎帶上不宜直接進行工程建設。

（四）礦業開發是本小區地質災害產生的根本原因，所以加強本地區的礦山開發的治理特別是礦山排水等礦山環保治理十分必要。

五、小結

（一）本場地為對工程不利地段，地基為不穩定的地基。查區基礎底部存在土洞，且土洞分布于地基壓縮層內，充填淤泥質或軟塑狀粉質粘土，局部為半充填狀，局部已塌陷，危害程度較嚴重，地質災害危險性大。隨著礦山排水、爆破震動等外在因素持續作用，土洞潛蝕作用增強，極易產生新的地面塌陷變形，同時，磚混結構房屋調節變形能力弱，房屋傾斜、裂縫會進一步發展，對房屋和住戶造成極大的威脅和危害。

（二）對本次房屋裂縫的主要原因是土洞和溶洞塌陷引起的地面變形。依據礦山提供的資料，本處礦山爆破地震效應不會直接導致一般磚房、非抗震性大型砌塊建筑物毀壞。