雷州半島膨脹土地基病害及防治對策淺析

艾康洪

（廣東省地質局第四地質大隊，廣東湛江 524033）

地裂縫是發育于地殼表層的一種巖土介質的不連續或錯斷現象，是由內營力、外營力及人類活動等因素或以上諸因素的迭加所引起的地表介質完整性的破壞[1]。地裂縫作為一種緩慢發展的漸進性地質災害，在世界上許多國家都有發育，如美國、新西蘭、日本、墨西哥等都出現了不同類型的地裂縫，在我國不同時期也曾多次發生地裂縫，但在早期因其分布稀疏、分散，位移量甚微，多數都被忽視。然而，自20 世紀中后期以來，由于人類活動加劇以及對地下水過量開采，地裂縫的分布越來越廣泛，危害有不斷加重的趨勢，據統計，在陜西、山西、山東、廣東及京津冀地區等10 多個省、市的300 多個市縣已發生有1000 多處[2]。雷州半島位于我國大陸最南端，自20 世紀60 年代末以來陸續發生214 宗地裂縫[3]，屬亞熱帶濕潤氣候區，具有熱帶海洋季風氣候特點，雨量充沛，干濕明顯，多年平均降雨量為1600.9mm。雷州半島地貌類型按成因可分為湛江組臺地、火山巖（玄武巖）臺地、北海組平原和海積平原。地表主要為第四紀地層覆蓋，以第四紀松散沉積土分布最廣，次為火山巖風化殘積土。由于氣候及地質環境條件適宜，雷州半島地表及淺部土層普遍為膨脹土，具有明顯的脹縮性，雷州半島地裂縫一般規模長18.00~225.00m（最長865.00m）、寬 0.45~1.85m、可測深 0.50~3.00m（最深達 8.00m）[4]，對地表建（構）筑物造成一定危害，地裂縫也成為雷州半島較為突出的地質災害。

1 雷州半島地質條件及膨脹土分布

雷州半島以第四系松散沉積土分布最廣，次為火山巖風化殘積土。各地層巖性描述詳見表1。

雷州半島在區域構造上處于華南褶皺系雷瓊斷陷盆地片北部的嶺北—南興斷隆區和邁陳斷陷邊緣。雷瓊斷陷盆地形成于新生代，在雷州半島南部斷陷中心，新生代沉積物厚度達3200m。加里東運動以后，基底長期于隆起剝蝕狀態，至印支期雷州半島北部局部有中、酸性巖漿侵入；在燕山運動晚期，基底斷裂活動控制了白堊紀斷陷盆地沉積并伴隨中、酸性巖漿侵入及火山噴發；喜馬拉雅運動期，雷瓊地區地殼受到來自上地幔物質隆起地辟熱構造力及區域構造應力場的共同作用，地殼呈南北向拉張減薄，基底在斷裂控制下生成東西向雷瓊斷陷盆地，盆地北側以遂溪大斷裂為界，南側被王五一文教大斷裂所限，東、西兩側分別與新生代珠江口拗陷、北部灣拗陷相連。

雷州半島地表膨脹土主要表現為湛江組雜色黏土、灰色黏土以及徐聞組火山巖風化殘坡積的紅色黏土[6]。湛江組黏土主要分布在雷州市中部地區，徐聞組風化殘坡積黏土分布在雷州市南部及徐聞縣大部分地區，分布面積廣。

2 膨脹土地基脹縮性

2.1 湛江組黏土

以雜色黏土較為常見。出露地表的湛江組黏土具有多裂隙性，平面上以密集的網狀裂隙為主，剖面上則以垂直裂隙為常見，這些裂隙季節性變化較大，具有晴天張開、雨天閉合的特點。湛江組黏土其主要礦物成分為高嶺石或埃洛石，伴生礦物有蒙脫石、伊利石、綠泥石。其中蒙脫石含量3.04%～21.87%，伊利石含量6.11%～22.22%。湛江組黏土與一般黏性土相比，具有粘粒含量高、塑性和容重大、孔隙比小等特點，土的物理力學性質指標詳見表2。從表中可知，湛江組黏土自由膨脹率47.7%～70.5%，平均值為56.3%；膨脹力3.0～61.1kPa，為膨脹土，具弱～中等膨脹潛勢。參考區域資料，其線縮率0.29%～5.94%、收縮系數0.046～0.530。可見湛江組黏土不僅垂直方向具有明顯脹縮性，還在水平方向上存在較大的脹縮性，即屬于具有各向異性的脹縮土。

表1 雷州半島地層巖性特征

表2 雷州半島膨脹土層物理力學指標統計成果

2.2 火山巖風化殘積土（黏土）

雷州半島火山巖經長期風化，地表已紅土化，分布玄武巖風化殘積土（暗紅色黏土），其含水量、液限、塑限、孔隙比等指標均比區內湛江組黏土大，容重則相對較小，粘粒含量高，紅土（黏土）主要礦物成分是埃洛石或高嶺石，伴生礦物有蒙脫石、伊利石。其中蒙脫石含量6.58%～7.52%，伊利石含量2.67%。火山巖風化殘積土（黏土）具有土質疏松和孔隙比大等特點，水對其性質及狀態均有較大的影響，主要表現于：收縮裂隙發育，表面裂隙失水張開；雨天易吸水軟化，粘塑性較大，土的物理力學性質指標詳見表2[7]。從表2 可知，火山巖風化殘積土（黏土）自由膨脹率35.0%～70.0%，平均值為49.6%，為膨脹土，具弱—中等膨脹潛勢。參照區域資料，其線縮率0.96%～3.53%、收縮系數0.138～0.356?？梢娀鹕綆r風化殘積土（黏土）無論是在橫向或豎向上均具有一定的脹縮性。

3 膨脹土地基主要病害

膨脹土是一類特殊性土，雷州半島膨脹土埋深淺、厚度大，其脹縮性對位于其上的建構筑物將產生一定危害，通過對雷州半島受膨脹土地基脹縮變形影響的建構筑物進行廣泛深入調查，膨脹土地基主要病害包括兩類：①導致低層老舊建（構）筑物墻體和地面產生拉裂；②導致地面產生地裂縫。

3.1 建筑物墻體和地面拉裂災害

膨脹土脹縮變形對地面房屋的破壞，表現以房屋墻體拉裂為主，次為房屋地面開裂等。房屋墻體拉裂主要是門、窗等剛度較弱部位容易產生角端裂縫和斜裂縫，旱季墻裂加寬，雨季閉合，呈反復開閉狀態。經調查，房屋墻體拉裂裂縫一般寬0.003～0.03m，長1.20～5.00m；房屋地面開裂裂縫寬0.004～0.03m，長1.80～5.00m。

據調查統計，因膨脹土脹縮變形引發而出現地面開裂和墻體拉裂的房屋絕大多數為一層磚混結構[8]，建成居住均在5 年以上，采取玄武巖風化殘積土或湛江組雜色黏土作天然地基，基礎為毛石或磚砌基礎，埋深一般為0.6～1.0m。分析產生病害的原因主要是由于房屋以黏性土為主的地基土具有膨脹性，因含水量變化發生脹縮變形，而這些老舊房屋基礎剛度差難以抵抗地基土脹縮變形，且單層房屋重量輕，地基附加荷載小，不足限制膨脹土脹縮變形，在膨脹土脹縮力長期作用下，導致房屋地面開裂和墻體拉裂。相反一些樓高二層以上的新建房屋則很少出現地面開裂和墻體拉裂現象，如圖1 所示。

圖1 膨脹土引發地面和墻體拉裂

3.2 地裂縫災害

在膨脹土地基分布地區地表不規則產生地裂縫，這也成為雷州半島最為典型的地質災害。地裂縫主要發生于旱季，雨季有一定程度閉合，地裂縫基本上呈線狀展布，局部彎曲，規模大小不一，延伸長度3～50m，最大長度可達250m，裂縫面呈不規則鋸齒狀，裂縫寬度一般0.01～0.12m，局部裂縫最大寬度達0.60m，地裂縫深度一般0.50～2.00m，最大深度可達3.00m。地裂縫經過處房屋則會加速房屋地面開裂和墻體拉裂，如圖2 所示。

圖2 道路地面拉裂約130m

4 膨脹土地基病害防治對策及建議

4.1 開展全域工程地質調查

雷州半島膨脹土分布廣、厚度大、類型比較復雜，長期以來對地表建構筑物造成危害，產生了一定的經濟損失，因此有必要對雷州半島全域膨脹土地基進行工程地質調查，準確查明其類型、工程地質特征以及分布范圍，進行工程地質分區，為城鎮建設以及鄉村建房規劃提供有效地質資料。

4.2 進行建設工程地基預處理

雷州半島膨脹土普遍具有弱中～等膨脹潛勢，危害性一般，進行工程建設前通過巖土工程勘察查明場地膨脹土地基工程地質條件，對膨脹土地基進行預處理，均能有效防治房屋開裂或產生地裂縫病害。地基預處理主要方法有：①加大基礎埋深，基礎埋深一般不應小于1.5m；②采取換土墊層方法挖除淺部膨脹土地基，置換工程地質性質較好的素土地基；③采取砂石樁、攪拌樁等復合地基對膨脹土地基進行加固處理。

4.3 采取結構加強措施

在房屋以及其他建構筑物結構設計時設置地梁、圈梁、門窗過梁和構造柱等，適當提高基礎和梁結構鋼筋配筋率及混凝土強度等級，從而增強基礎、梁和墻體抵抗地基脹縮力的能力。

4.4 采取地表水和地下水控制措施

戶內生活給排水設施布置應同步考慮，避免地表水直接滲入地下?；A施工宜采用分段快遞作業法，施工過程中不得使用基坑暴曬、風干或泡水，雨季施工應采取防水措施。房屋建成后，地坪做好散水面，寬約1.5m，散水面外圍修建排水溝，收集、疏排雨水，避免雨水浸泡地基土。

4.5 生物措施

為保護和美化生態環境，結合工程措施的基礎上，可以采取生物措施進行防治。在建筑物周圍散水以外的空地，宜多種植草皮和綠籬；在建筑物四周較近距離可條塊選用低矮、耐修剪和蒸騰量小的果樹、花樹或松、柏等針葉樹，避免種植桉樹、木麻黃等速生樹種或闊葉樹。通過采取生物措施，達到保水保濕作用，從而降低膨脹土地基的脹縮性。

5 結語

（1）雷州半島湛江組黏土和玄武巖風化殘積土均屬于具有各向異性的脹縮土，具弱～中等膨脹潛勢。

（2）膨脹土地基主要危害包括兩類：①導致低層老舊建構筑物墻體和地面產生拉裂，②導致地面產生地裂縫。

（3）本文針對雷州半島膨脹土地基病害提出了開展全域工程地質調查、進行建設工程地基預處理、采取結構加強措施、采取地表水和地下水控制措施、生物措施等五項防治對策建議。