張 躍

（1.江蘇省有色金屬華東地質(zhì)勘查局，江蘇南京210007；2.鎮(zhèn)江八一四勘察測(cè)繪有限公司，江蘇鎮(zhèn)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(chǎn)生開裂，并在地面形成一定長(zhǎng)度和寬度裂縫的一種地質(zhì)現(xiàn)象，當(dāng)這種現(xiàn)象發(fā)生在有人類活動(dòng)的地區(qū)時(shí)，成為一種地質(zhì)災(zāi)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(dòng)造成地表土體開裂；土洞、溶洞或采空區(qū)塌陷造成地面土體開裂；氣候干濕變化，使膨脹土或淤泥質(zhì)軟土產(chǎn)生脹縮變形發(fā)展而成；黃土受地表水或地下水的浸濕，產(chǎn)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(cè)不均勻地面沉降而形成地裂縫；過(guò)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(zhèn)江—句容K36+400～K36+500段毗鄰路基綠化帶中地裂縫為研究對(duì)象，認(rèn)為該綠化段中地裂縫成因?yàn)椋壕G化帶成為飽和土后，路面上長(zhǎng)期車輛振動(dòng)在綠化帶中產(chǎn)生了超靜孔隙水壓力[7]，超靜孔隙水壓力消散導(dǎo)致地裂縫的產(chǎn)生。并據(jù)之提出了下一步治理、預(yù)防措施，供設(shè)計(jì)、道路維護(hù)同行在工程實(shí)踐中借鑒。

2 綠化帶中地裂縫

S243省道鎮(zhèn)江—句容段2005年擴(kuò)建后，一直運(yùn)營(yíng)良好，但至2015年，發(fā)現(xiàn)K36+400～K36+500標(biāo)段處西側(cè)路基外產(chǎn)生地裂縫、形成塌陷區(qū)（圖1、圖2）：（1）塌陷區(qū)內(nèi)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(shì)；（3）最近地裂縫距離路基3～4m，已經(jīng)威脅到路基的安全。

圖1 塌陷區(qū)及周邊環(huán)境圖

3 工程地質(zhì)條件

3.1 地層

為了查明塌陷區(qū)及路基地層情況，實(shí)施了6個(gè)工程地質(zhì)勘察孔，總進(jìn)尺98.8m，孔口標(biāo)高采用黃海高程，高程由鄰近一高程點(diǎn)引測(cè)（引測(cè)點(diǎn)高程為43.280m），高程測(cè)量采用錸卡NA2型水準(zhǔn)儀，精度0.7mm。根據(jù)勘察成果，塌陷區(qū)及周邊地層分4層，其中①、④層又細(xì)分為2個(gè)亞層，地層特征如下：

圖2 現(xiàn)場(chǎng)地裂縫

①-1素填土:灰黃、灰褐、雜色,很濕,結(jié)構(gòu)較松散,主要成分為粉質(zhì)粘土夾少量植物根系、碎石子等雜質(zhì),堆積時(shí)間約10年，厚1.0～2.0m。

①-2填筑土:灰黃、灰褐、雜色,很濕,結(jié)構(gòu)松散,主要成分為粉質(zhì)粘土夾大量碎石、灰渣、粗砂等雜質(zhì),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(shí)間約10年，厚3.3～4.6m。

②粉質(zhì)粘土夾碎石:灰黃—棕黃色,飽和,可塑狀態(tài),碎石棱角分明,碎石粒徑約為1～5cm,碎石含量約為3%～20%,膠結(jié)差,粉質(zhì)粘土干強(qiáng)度中等,韌性中等,有光澤,無(wú)搖震反應(yīng),壓縮性中等,厚1.7～3.2m。

③粉質(zhì)粘土:灰黃色,飽和,可塑狀態(tài),干強(qiáng)度中等,韌性中等,有光澤,無(wú)搖震反應(yīng),壓縮性中等,厚1.2～7.4m。

④-1強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r:灰白、灰青色,密實(shí),母巖結(jié)構(gòu)清晰,節(jié)理裂隙很發(fā)育,巖體破碎,巖芯以碎石狀、餅狀居多,巖芯長(zhǎng)度為3～7cm,巖芯采取率25%～39%,母巖為石灰?guī)r,屬較巖,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為V級(jí)，厚0.1～1.4m。

④-2中風(fēng)化石灰?guī)r:灰白、灰青色,密實(shí),母巖結(jié)構(gòu)清晰,節(jié)理裂隙較發(fā)育,巖體較完整,巖芯以短柱—長(zhǎng)柱狀居多,巖芯長(zhǎng)度為5～35cm,巖芯采取率40%～75%,母巖為石灰?guī)r,屬較軟巖,巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí),未鉆穿，最大揭露厚度5.6m。

3.2 土洞、溶洞

為了探測(cè)路基附近有無(wú)土洞、溶洞。在塌陷區(qū)和路基之間設(shè)計(jì)了1條二維淺層地震測(cè)線（圖1）。二維淺層地震采用國(guó)產(chǎn)GS101高精度分布式地震儀，測(cè)線長(zhǎng)99m，道距3m、總計(jì)炮數(shù)33炮。用GreenMountain折射靜較正系統(tǒng)、GEOEAST地震資料處理系統(tǒng)對(duì)野外采集的數(shù)據(jù)進(jìn)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(méi)有發(fā)生錯(cuò)亂，說(shuō)明在測(cè)線經(jīng)過(guò)范圍內(nèi)，沒(méi)有土洞、溶洞。

圖3 地震測(cè)線水平疊加時(shí)間剖面圖

3.3 水文地質(zhì)條件

塌陷區(qū)地表水系為西側(cè)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(nèi)未鋪設(shè)防水底板。

塌陷區(qū)淺部地下水類型屬潛水，受周圍河水及大氣降水補(bǔ)給，勘察時(shí)初見水位埋深5.85～6.10m，穩(wěn)定水位埋深5.42～5.65m?？辈旖衣盯佟ⅱ趯油翞橹饕畬?，③層含水量也很豐富，基巖內(nèi)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(cè)可知：塌陷區(qū)范圍內(nèi)沒(méi)有土洞、溶洞，排除了地下水徑流，帶走了土顆粒，導(dǎo)致第四系中土洞、疏松體發(fā)育，加劇了地面沉降而形成地裂縫。

由于塌陷區(qū)為降水豐富的南方，地層中含水量豐富；加上塌陷區(qū)西側(cè)為水溝，水溝內(nèi)未鋪設(shè)防水底板，水溝中水流下滲嚴(yán)重，增加了塌陷區(qū)地層——③粉質(zhì)粘土的含水性，使③粉質(zhì)粘土成為飽和土。

作用于土內(nèi)某截面上的正應(yīng)力σ由2部分組成（圖4）[7]：作用于孔隙水及沿著各個(gè)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(yīng)力σ′，σ′=σ-u?？紫端畨毫τ?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(yīng)力2部分組成：由土顆粒自重引起的有效應(yīng)力即土自重應(yīng)力，而由正應(yīng)力σ引起的有效應(yīng)力為附加有效應(yīng)力。

圖4 土內(nèi)正應(yīng)力組成圖

土顆粒移動(dòng)導(dǎo)致的變形只取決于有效應(yīng)力的變化。靜水壓力、土自重應(yīng)力幾乎是不變的，而附加有效應(yīng)力變化很小，所以有效應(yīng)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(chǎn)生的正應(yīng)力時(shí)，本應(yīng)發(fā)生應(yīng)變，但由于一時(shí)排水受阻，飽和土中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，超靜孔隙水壓力超過(guò)靜水壓力，使作用于土骨架上的有效應(yīng)力變小，從而限制了土顆粒的變形。隨著時(shí)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(dāng)車輛行駛過(guò)程中，車輛振動(dòng)在飽和土——③粉質(zhì)粘土層中瞬間產(chǎn)生超靜孔隙水壓力[8]。在超靜孔隙水壓力消散過(guò)程中，有效應(yīng)力增大，正應(yīng)力慢慢轉(zhuǎn)移到土的骨架上，土體積發(fā)生變化，引起綠化帶不均勻沉降產(chǎn)生微裂縫。在長(zhǎng)期的車輛振動(dòng)荷載作用下，微裂縫不斷擴(kuò)大，加上西側(cè)水溝為地層提供了位移空間，導(dǎo)致了江蘇省S243省道鎮(zhèn)江—句容段K36+400～K36+500標(biāo)段處西側(cè)路基外產(chǎn)生地裂縫，且有不斷惡化趨勢(shì)，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(jìn)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(shè)置止水帷幕，隔斷地下水通過(guò)路基進(jìn)行徑流。（3）對(duì)已形成的塌陷區(qū)，淺部進(jìn)行壓實(shí)處理，深部采用水泥—水玻璃雙液注漿處理。（4）加強(qiáng)變形監(jiān)測(cè)[9]。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）毗鄰路基綠化帶中，由于排水不暢通，會(huì)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(guò)程中，車輛振動(dòng)在飽和土中產(chǎn)生超靜孔隙水壓力。在超靜孔隙水壓力消散過(guò)程中，有效應(yīng)力增大，正應(yīng)力慢慢轉(zhuǎn)移到土的骨架上，土體積發(fā)生變化，引起地面不均勻沉降產(chǎn)生微裂縫[10]。在長(zhǎng)期的車輛振動(dòng)荷載作用下，微裂縫不斷擴(kuò)大，在路基外產(chǎn)生地裂縫。

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