文／馮映相 湖南省礦產(chǎn)資源調(diào)查所 湖南長沙 410083

引言：

蘇仙區(qū)良田鎮(zhèn)扶塘村四組部分居民房屋及地面變形開裂于2019年12 底變形加劇。通過系統(tǒng)地收集分析相關(guān)資料，同時(shí)采用地表水工環(huán)地質(zhì)調(diào)查、地形測量、物探、鉆探、土工試驗(yàn)等綜合手段，查明工作區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件，查明扶塘村四組部分村民地面及房屋變形的現(xiàn)狀特征、劃定其影響范圍、分析其形成原因、預(yù)測其發(fā)展趨勢，指導(dǎo)村民合理避險(xiǎn)，同時(shí)為政府和相關(guān)部門妥善處理相關(guān)事宜提供科學(xué)的決策依據(jù)。

1.調(diào)查工作成果

（1）通過地表調(diào)查了解了區(qū)內(nèi)主要房屋及地面變形、開裂的分布位置、規(guī)模、現(xiàn)狀情況以及危害程度等。

（2）通過井下測量，基本查清地下開采形成的巷道、采空區(qū)形態(tài)、底板標(biāo)高以及采空區(qū)高度，根據(jù)本次井下巷道測量結(jié)果，良田扶塘大理巖礦地下礦業(yè)活動均在采礦權(quán)范圍內(nèi)，未超深越界開采。

（3）通過物探測量，解譯推測調(diào)查區(qū)地基下分布有飽和軟弱層以及花崗巖孤石。

（4）通過對已有巷道井下調(diào)查工作，基本查明井下滲水點(diǎn)情況，礦坑排水情況。

（5）通過對房屋開裂變形區(qū)進(jìn)行淺孔工程地質(zhì)鉆探和室內(nèi)土工試驗(yàn)等手段，基本查明村民建房區(qū)內(nèi)的地基土土層分布、性質(zhì)等條件，同時(shí)對建房區(qū)不同區(qū)域的地基土進(jìn)行工程地質(zhì)條件類比，并驗(yàn)證物探重點(diǎn)異常點(diǎn)情況。

2.地面開裂、房屋變形危險(xiǎn)性現(xiàn)狀

本次調(diào)查共26 棟房屋，明顯裂縫20 條，根據(jù)湖南宏尚檢測技術(shù)股份有限公司2020年7月對湖塘村四組內(nèi)房屋鑒定結(jié)果：其中8#廖振南、2#肖國榮、9#黃長付住房鑒定為D 級；黃劍宇、廖凱、李小平、黃青山4 戶住房為C 級，其余住房為B 級。

出現(xiàn)地面開裂、墻體開裂、地基不均勻沉降房屋平面位置主要集中在東南角，其中房屋開裂最為嚴(yán)重的為2號、3 號房屋，墻體裂縫最大寬度達(dá)8mm，豎直沉降達(dá)15mm，已嚴(yán)重影響房屋安全使用；扶塘村四組黃劍宇等4 戶部分承重結(jié)構(gòu)承載力不能滿足正常使用要求，局部出現(xiàn)險(xiǎn)情，構(gòu)成局部危房；廖振南等3 戶承重結(jié)構(gòu)承載力已不能滿足正常使用要求，房屋整體出現(xiàn)險(xiǎn)情，構(gòu)成整幢危房；村內(nèi)其余房屋結(jié)構(gòu)承載力基本滿足正常使用要求，個別結(jié)構(gòu)構(gòu)件處于危險(xiǎn)狀態(tài)，但不影響主體結(jié)構(gòu)，基本滿足正常使用要求。

3.地面開裂、房屋變形成因綜合分析

扶塘村四組房屋地基不均勻沉降、開裂變形應(yīng)該為多種原因共同作用形成。主要原因有工程地質(zhì)條件、房屋結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)形式、地下水變化等因素。

3.1 地質(zhì)環(huán)境條件影響

3.1.1 房屋所在區(qū)域地基工程地質(zhì)條件差

（1）房屋位于較厚的不均勻的全風(fēng)化花崗巖殘坡積土

依據(jù)周邊礦山的探礦資料，花崗巖全風(fēng)化層厚度可達(dá)80m。根據(jù)本次調(diào)查，區(qū)內(nèi)地表隨處可見花崗巖孤石（花崗巖風(fēng)化球），孤石直徑0.5-9m；孤石在花崗巖全風(fēng)化層中多有分布，多為單個存在，且分布不均勻；較厚的不均勻的全風(fēng)化花崗巖殘坡積土與花崗巖孤石相互夾雜，導(dǎo)致該區(qū)地基均勻性極差；當(dāng)房屋基礎(chǔ)部分坐落于殘積土中，部分坐落于花崗巖孤石中時(shí)，坐于花崗巖孤石端的基礎(chǔ)，由于其本身較為穩(wěn)定，沉降變化少，巖質(zhì)地基無變化，而坐于殘坡積土的基礎(chǔ)，土質(zhì)松散、水敏性強(qiáng)易軟化導(dǎo)致地基承載力變小，穩(wěn)定性差，屬不均勻混合地基土層。

依據(jù)本次調(diào)查以及鉆探結(jié)果，在8#廖振南屋前施工的ZK6、ZK7、ZK1-8，其中ZK7、ZK1-8 位于房屋北端，這兩個鉆孔揭露到花崗巖孤石，分布地下4-6m，推測長度約7m，形態(tài)為南端上揚(yáng)，北端下傾；ZK6 位于房屋南端，上部為填土、砂質(zhì)粘性土，4.2m 以下為淺灰黑色礫質(zhì)粘性土，呈軟塑狀、飽和，土質(zhì)軟弱，承載力小，穩(wěn)定性差，當(dāng)土體受房屋荷載以及自重固結(jié)時(shí)，地基受到上部傳遞的壓力，南端基礎(chǔ)相互影響高于北端基礎(chǔ)相互影響，以及邊緣處非受載區(qū)地基對受載區(qū)下沉有剪切阻力等共同作用的結(jié)果，使得地基反力在北端較高。當(dāng)?shù)鼗孔兓瘯r(shí)將產(chǎn)生不均勻沉降，致使房屋變形開裂。

（2）地基下伏軟土、硬土分布不均勻

村組東部原始地形為梯田，后因村民建房需求，未對下部軟土進(jìn)行清淤換填，建房部分區(qū)域?yàn)樵继锟不驓埰路e土層，基礎(chǔ)下部軟土和硬土分布不均。建房后加載以及土體的自重固結(jié)過程中，因軟土區(qū)沉降大，硬土區(qū)沉降小，形成不均勻沉降，導(dǎo)致上部房屋開裂變形。

依據(jù)本次調(diào)查以及鉆探結(jié)果，在9#黃昌富屋前施工的ZK9、ZK10 兩個鉆孔， ZK9 位于房屋南端、ZK10位于房屋北端，ZK9 揭露0-2.2m 為人工填土，2.2-4.9m為耕植土，軟塑狀，溫濕；ZK10 揭露0-1.8m 為人工填土，1.8-4.5 為耕植土，軟塑狀，溫濕，該棟房屋原始地形為農(nóng)田，村民建房未進(jìn)行清淤，直接填方；調(diào)查該棟房屋南西角地表有一花崗巖孤石，直徑約3.5m，村民直接以孤石為基礎(chǔ)；當(dāng)土體受房屋荷載以及自重固結(jié)時(shí)，地基受到上部傳遞的壓力，屋前端基礎(chǔ)相互影響高于屋后端基礎(chǔ)相互影響，以及邊緣處非受載區(qū)地基對受載區(qū)下沉有剪切阻力等共同作用的結(jié)果，使得地基反力在屋后端較高。這種作用使建筑物形成屋前沉降大、屋后端沉降小的正彎矩。結(jié)構(gòu)中下部受拉，端部受剪，墻體由于彎剪主拉應(yīng)力破裂，裂縫呈斜裂縫，其裂縫高的一端指向沉降大的一端，在高低交接部位層數(shù)低的部分產(chǎn)生裂縫，并向上朝著層數(shù)高的荷載重的部分傾斜。當(dāng)?shù)鼗孔兓瘯r(shí)將產(chǎn)生不均勻沉降，致使房屋變形開裂。

（3）人工邊坡影響

房屋坐落在山地，建房整平區(qū)域?yàn)榘胪诎胩?，形成多處邊坡陡坎，在農(nóng)田上進(jìn)行切坡和填方，填方整平后未進(jìn)行分層壓實(shí)，未完全自動固結(jié)時(shí)便已進(jìn)行建房，后期土體自重固結(jié)，發(fā)生沉降、形成拉張裂縫，建房后存在半挖半填基礎(chǔ)和砌筑不穩(wěn)定邊坡，且未采取有效支護(hù)方式，此區(qū)域房前地坪以及部分房屋開裂形成與此有關(guān)。

3.1.2 基礎(chǔ)形式及房屋結(jié)構(gòu)對地基高度敏感

房屋大部分為磚混結(jié)構(gòu)，少部分為磚木結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式一般為條形基礎(chǔ)、片石基礎(chǔ)僅部分設(shè)有圈梁基礎(chǔ)，據(jù)村民反映，房屋基礎(chǔ)埋深一般0.7-2m，持力層主要為填土、耕植土、飽和粘性土，基礎(chǔ)埋深不夠；建筑時(shí)間多為上世紀(jì)90年代，時(shí)間相對較長，混結(jié)構(gòu)整體性較差，抗拉和抗剪強(qiáng)度較低；可見房屋基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)對地基變形反應(yīng)極為敏感，抵抗變形能力較差。

3.1.3 地下水變化引起地基軟化而不均勻沉降

（1）降雨影響

扶塘村開裂變形區(qū)下部為較厚的不均勻花崗巖風(fēng)化層，層厚較大，組成成分為殘余花崗巖巨礫石與殘坡積土體，不均勻分布。通過本次物探成果分析，該層動態(tài)變化較大，殘余花崗巖巨礫石無儲水條件，松散的殘坡積土儲水條件好，層內(nèi)含水量不均勻，此含水層主要受大氣降水補(bǔ)給，受降雨影響較大。

（2）地表水影響

扶塘村自西向東發(fā)育有兩條溪溝，多沿房屋邊流經(jīng)，部分未硬化積水下滲，住房后坡體見有水滲出，浸潤坡腳，并沿變形地面下滲至土體；地表溪溝水等地表水體下滲造成地基含水量飽和、土體軟化，承載力下降，是誘發(fā)和加劇房屋變形開裂原因之一。

3.2 周邊礦業(yè)活動影響

3.2.1 歷史遺留采空區(qū)影響

該區(qū)北東分布有兩處老窿，為歷史遺留民采區(qū)，窿口已封堵，因其采空形態(tài)、規(guī)模、充水情況已無法現(xiàn)場核實(shí)，對本次房屋變形、地面開裂影響程度不清。

3.2.2 扶塘大理巖礦礦山巷道以及采空區(qū)影響

本次主要對離扶塘村四組村民住房較近的南采場進(jìn)行導(dǎo)水裂隙帶評價(jià)分析，利用“三帶”理論，通過理論計(jì)算得到南采空區(qū)的裂隙帶高25.4m，冒落帶高度12.7m，頂板距離地面60m，礦體上覆巖層厚度超出導(dǎo)水裂隙帶后，所以南采空區(qū)對地表形成采空塌陷的可能性小。

同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，從裂縫分布位置與地下采空的空間相對位置來看，二者相關(guān)性不大，據(jù)本次實(shí)測的井上井下對照圖，主巷道標(biāo)高在390m，巷道頂部據(jù)地面65m，巷道距最近民房水平距離33m，距地基不均勻沉降最近民房水平距離82m，且距離巷道較近的房屋未出現(xiàn)地基不均勻沉降等異?，F(xiàn)象?，F(xiàn)狀調(diào)查已發(fā)生的地面變形以及房屋變形開裂均遠(yuǎn)離南采空區(qū)的裂隙帶，因此扶塘大理巖礦地下采空區(qū)引發(fā)采空地面塌陷的可能性較小，對已有地面變形無影響。

3.2.3 扶塘大理巖礦地下抽排水影響

（1）歷史巷道掘進(jìn)過程中抽排水影響

根據(jù)詢問調(diào)查，礦山主井巷道掘進(jìn)過程中，打穿測水組砂巖掘進(jìn)入石磴子組灰?guī)r時(shí)（2019.5，距離主井口約120m 處）出現(xiàn)涌水，未見周邊地面出現(xiàn)變形跡象，對本次房屋變形、地面開裂無影響；

（2）巷道探排水孔疏排老窿水的影響

結(jié)合調(diào)查情況以及根據(jù)礦方提供情況，井下調(diào)查見有4 處坑頂裂隙水下滲，形成斷續(xù)的水滴，見有2 處坑底少量滲水，坑道內(nèi)未見大量涌水現(xiàn)象，原有老窿1 的平均底板標(biāo)高為438.7m，老窿內(nèi)充水，停采后經(jīng)長期地下水動態(tài)調(diào)節(jié)，地下水位已基本穩(wěn)定。探礦施工的ZK301穩(wěn)定地下水位埋深為15.80m，地下水位標(biāo)高440.11m（2016.1.29），礦山所施工的探排水孔最低排水標(biāo)高為391.65m，礦坑排水特別是打通老窿排水至使地下水位降深48.46m。形成了人工的地下水疏干排泄中心，造成周邊地下水位下降。

式中：R 為地下水降落漏斗半徑，m；

S 為地下水位降深，取48.46m；

K 為含水層滲透系數(shù)，取0.55m/d。

計(jì)算R 為145.38m。

礦坑排水疏干地下水位下降的影響范圍是145.38m左右，可能影響到礦坑排水點(diǎn)周邊的地下水位下降，礦山打通老窿時(shí)間與村民房屋集中變形開裂形成存在時(shí)間上相關(guān)性，根據(jù)地表變形情況，大致修正地下水降落漏洞范圍，影響范圍最南端至肖國榮家，礦坑排水不會單因子造成房屋結(jié)構(gòu)性破壞，可能是加劇2019年12月17日扶塘村四組房屋集中變形開裂的原因之一。見圖1

圖1 變形區(qū)地下水補(bǔ)給及排泄示意圖

3.2.4 爆破震動的影響

根據(jù)調(diào)查和初步分析地基所在的工程地質(zhì)條件差（較厚不均勻全風(fēng)化花崗巖殘坡積層）；人為基礎(chǔ)處理不當(dāng)（未對局部軟弱地基進(jìn)行處理，未設(shè)置合適的基礎(chǔ)形式），建房時(shí)間久遠(yuǎn)，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)老化，在地下水變化情況下，不可避免產(chǎn)生裂縫，爆破振動加劇了原有裂縫的發(fā)展，并非裂縫產(chǎn)生的主要因素，從《爆破振動監(jiān)測評估報(bào)告》結(jié)果看，民房都在允許安全距離以外，不會單因子造成房屋結(jié)構(gòu)性破壞，因其爆破振動速度為0.2528cm/s,可能會加劇已有裂縫變形發(fā)展，如L11、L18 的外墻垂直開裂。

3.3 小結(jié)

綜上分析，調(diào)查區(qū)已發(fā)生房屋開裂、地面變形的機(jī)理可大致簡化為:地基所在的工程地質(zhì)條件差（較厚不均勻全風(fēng)化花崗巖殘坡積層）；基礎(chǔ)與結(jié)構(gòu)敏感（未對局部軟弱地基進(jìn)行處理，未設(shè)置合適的基礎(chǔ)形式），這兩者導(dǎo)致剛性地基與柔性地基共存，且房屋結(jié)構(gòu)和房屋基礎(chǔ)對地基高度敏感性，這是該區(qū)變形開裂的主要原因；當(dāng)?shù)乇硭聺B軟化地基以及地下水水位升降造成地基含水量變化（降雨、溪溝水和化糞池滲漏、礦山排水）時(shí)，破壞原有平衡形成不均勻地面沉降，造成房屋開裂、地面變形；礦坑排水、爆破振動加劇了地面變形、房屋開裂活動。

4.地面不均勻沉降預(yù)測分析

調(diào)查區(qū)已發(fā)生地面開裂、房屋變形是由多種原因共同作用形成，根據(jù)現(xiàn)已發(fā)生地面不均勻沉降空間分布、形成原因等因素，結(jié)合調(diào)查區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件對地面不均勻沉降進(jìn)行預(yù)測分析。

從下伏地質(zhì)條件分析，扶塘村四組下伏基巖為花崗巖、村組北面為大理巖接觸帶，根據(jù)巖石風(fēng)化特征分析，二者風(fēng)化產(chǎn)物主要為砂質(zhì)、礫質(zhì)粘性土，不會形成大的溶洞以及土洞，現(xiàn)狀條件該區(qū)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害弱發(fā)育，因風(fēng)化程度不均勻，主要影響地表的表現(xiàn)形式為地面不均勻沉降。

從扶塘村四組變形特征以及分布特征綜合分析，礦坑疏排老窿水以及爆破振動可能加速了變形發(fā)展，地下水水位下降會加速地基土層自重固結(jié)，已有裂縫繼續(xù)變形發(fā)展，也可能會形成新的變形裂縫。

2019年12月-2020年3月地面開裂、房屋變形明顯階段，自2020年5月以來房屋仍然繼續(xù)變形；未來扶塘礦山開采不可避免抽排地下水，已受影響的房屋仍會繼續(xù)變形開裂，未開裂變形的房屋也可能會發(fā)生變形；不能排除該區(qū)未來發(fā)生地面塌陷的可能。

5.防治措施及建議

5.1 房屋變形監(jiān)測

地對已構(gòu)成整棟危房及周邊房屋住房立即撤離，并對危房進(jìn)行拆除。同時(shí)對部分危房應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測，如有繼續(xù)變形也應(yīng)及時(shí)撤離；對區(qū)內(nèi)其他已有房屋變形開裂、地基不均勻沉降區(qū)采取監(jiān)測手段，監(jiān)測房屋變形情況，可采用上漆法和貼片法監(jiān)測裂縫變形。

5.2 地表水防滲

在對村內(nèi)地表溪溝、排水溝、化糞池、水塘等進(jìn)行防滲處理，盡量減少地表水下滲，對已有開裂地坪進(jìn)行砂漿填縫處理，并對部分受損房屋結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)加固處理，以滿足正常使用要求。

5.3 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)調(diào)整

扶塘村四組位于較厚不均勻全風(fēng)化區(qū)，村民如需建房應(yīng)進(jìn)行工程勘察、詳細(xì)查明地基情況，采用合理的地基基礎(chǔ)和房屋結(jié)構(gòu)形式，保證地基持力層和邊坡工程穩(wěn)定可靠，提高地基基礎(chǔ)和房屋結(jié)構(gòu)的抗變形能力。

5.4 地下開采合理探放水

后續(xù)礦山開采應(yīng)避免向南部村組掘進(jìn)，并設(shè)置禁采區(qū)，防止淺部采空引發(fā)地面塌陷災(zāi)害發(fā)生。礦坑排水設(shè)計(jì)必須考慮引發(fā)上部地面塌陷的可能，避免單純追求疏干工期的做法，應(yīng)先探后采，及時(shí)隔離可能擾動變形區(qū)水位的水源；優(yōu)先采用非爆破方式開采；未來采礦應(yīng)嚴(yán)格規(guī)劃管理，切實(shí)采取有效的方法將礦山對周邊環(huán)境的影響降至最低，確保村民安全。

結(jié)語：

綜上所述，扶塘村地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜、工程地質(zhì)差，且礦山開采活動仍在繼續(xù)，地下水變化難以控制，地基不均勻沉降和房屋開裂還會變形發(fā)展，可能會誘發(fā)地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害，建議政府結(jié)合新農(nóng)村建設(shè)優(yōu)先考慮對扶塘村整體搬遷集中安置方案，可根據(jù)房屋開裂危害實(shí)際情況分批實(shí)施，以實(shí)現(xiàn)長治久安和改善村民居住環(huán)境的目標(biāo)。