殷 岳

（銅陵學(xué)院，安徽 銅陵 244061）

一、建筑物損壞現(xiàn)狀

T 市某小區(qū)多個住宅樓產(chǎn)生裂縫，基礎(chǔ)出現(xiàn)下沉。如小區(qū)的52 棟為一幢六層磚混結(jié)構(gòu)住宅樓，基礎(chǔ)為漿砌毛石結(jié)構(gòu)條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)持力層為硬塑狀粉質(zhì)粘土，基礎(chǔ)寬度1.2 米，基底埋深1.5 米。該幢建筑物于2012 年開始產(chǎn)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(cè)單元偏多，多呈45°～60°（圖1，2，3），據(jù)統(tǒng)計宏觀裂縫（縫寬≥0.05mm）超過50 條，其中有兩條，縫寬達(dá)10mm，長達(dá)1.2～1.5 米。

根據(jù)沉降變形監(jiān)測，小區(qū)52 棟西側(cè)明顯有下沉和向北傾斜現(xiàn)象，多個監(jiān)測點(diǎn)觀測發(fā)現(xiàn)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(cè)樓梯口裂縫

圖3 52 棟西側(cè)樓梯口地面裂縫

二、小區(qū)工程地質(zhì)及水文條件

（一）巖土體及破碎帶工程地質(zhì)特征

1.土體工程地質(zhì)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(zhì)粘土；（3）層粉質(zhì)粘土混碎石；（4）層全風(fēng)化閃長巖；（5）層全風(fēng)化角礫巖。現(xiàn)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(biāo)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(zhì)粘土：該層層厚1.8～2.8米，層底標(biāo)高16.75～17.39 米，黃褐色，硬塑狀，夾少量鐵錳氧化物，其標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)N 為8～13 擊/30cm，干強(qiáng)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(zhì)粘土：該層層厚2.4～4.8 米，層底標(biāo)高17.75～18.91 米，黃褐色，硬塑狀，濕，其標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)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(zhì)粘土混碎石：普遍揭露，該層層厚2.2～7.4 米，層底標(biāo)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?guī)r、硅質(zhì)巖和石英砂巖為主，為本區(qū)土洞主要賦存層位，其標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)擊數(shù)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(fēng)化閃長巖：該層層厚12.7 米，層底標(biāo)高0.31 米，灰白色～灰黃色，巖石風(fēng)化呈粉質(zhì)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(fēng)化角礫巖:：該層未揭穿，灰褐色，巖石風(fēng)化呈砂土夾碎塊狀，泥質(zhì)膠結(jié)，局部鐵質(zhì)膠結(jié)。地基承載力特征值fak=400Kpa。

2.巖體工程地質(zhì)特征

（1）較堅硬薄～中厚層狀碳酸鹽巖組

分布于查區(qū)大部分地段，由三疊系下統(tǒng)灰?guī)r、條帶狀大理巖組成，巖溶中等發(fā)育。根據(jù)場地巖土工程勘察資料，淺部灰?guī)r飽和抗壓強(qiáng)度為31.6－56.0MPa，巖體較堅硬，RQD 值為76.8，巖石基本質(zhì)量等級Ⅲ級，工程地質(zhì)性質(zhì)較好。

（2）堅硬塊狀巖漿巖巖組

分布于查區(qū)東側(cè)局部，巖性為石英閃長巖，根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，飽和抗壓強(qiáng)度為69.4－256.9MPa，巖體堅硬，RQD 值為76.8，巖石基本質(zhì)量等級Ⅱ級，工程地質(zhì)性質(zhì)好。

3.破碎帶工程地質(zhì)特征

查區(qū)內(nèi)主要發(fā)育有龍?zhí)梁扑閹?，走向北北西，南東段轉(zhuǎn)為北西向，向北東傾斜，傾角大于70°，長達(dá)1.5km 以上，寬15～20m，延深達(dá)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(zhì)、泥質(zhì)和少量鐵質(zhì)膠結(jié)。據(jù)附近的銅礦山勘探孔揭露，該破碎帶結(jié)構(gòu)疏松，巖芯破碎，飽和抗壓強(qiáng)度為5.5－43.2MPa，屬軟巖～較硬巖，RQD 值小于30%，巖石基本質(zhì)量等級Ⅳ～Ⅴ級，工程地質(zhì)性質(zhì)一般（圖4-5）。

圖4 基巖地質(zhì)及裂縫房屋位置圖

圖5 75 線地質(zhì)剖面圖

（二）水文地質(zhì)條件

小區(qū)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(bǔ)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(biāo)高13.70～17.45 米。

大氣降水為區(qū)內(nèi)地下水主要補(bǔ)給來源，沿江平原內(nèi)第四系孔隙水與地表水互相補(bǔ)給聯(lián)系。降水入滲后，沿斷裂、層面、溶隙等通道匯入形成區(qū)域地下徑流，徑流方向與地表徑流一致。本區(qū)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(qū)土洞塌陷的探測

巖溶、土洞發(fā)育的巖石與正常密實(shí)的灰?guī)r比，在電阻率及吸收系數(shù)上有明顯的不同，溶洞或破碎帶充水且具有一定規(guī)模時，對電磁場將會產(chǎn)生明顯的吸收作用，觀測的電磁場強(qiáng)幅度明顯減小，吸收系數(shù)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(shù)較小。下式為電磁波CT 法中的場強(qiáng)觀測值公式：

式中：E 為接收點(diǎn)的場強(qiáng)值；

E0＇為初始輻射常數(shù)；

β 為吸收系數(shù)，即介質(zhì)中單位距離對電磁波的吸收值；

f(θ)為收發(fā)天線的方向因子函數(shù)；

r 為發(fā)射與接收點(diǎn)之間的距離。

分析公式可知，不同地質(zhì)體對電磁波的吸收有不同的表現(xiàn)，如溶洞、土洞的吸收系數(shù)比其圍巖的吸收系數(shù)要大，因此在溶洞、土洞的背后的場強(qiáng)也就小得多，從而呈現(xiàn)負(fù)異常。

某地質(zhì)隊(duì)在本小區(qū)施工了數(shù)十個鉆孔，形成了18 個剖面，根據(jù)對本小區(qū)巖土體的電磁波層析成像研究，結(jié)合鉆孔揭露情況，推斷房屋場地內(nèi)的土洞發(fā)育分布和溶洞賦存狀態(tài)[1]。圖6 為經(jīng)過小區(qū)52 棟西北側(cè)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(shù)突變異常區(qū)（紅色區(qū)域），推斷為土洞內(nèi)部塌陷形成松散塌落物（粘土）引起，該處對應(yīng)的103 室廚房北側(cè)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(dá)7.6‰，為引起62#房屋不均勻沉降的主要不良地質(zhì)體。

2.溶洞和破碎帶孔隙率分布特征

依據(jù)電磁波層析成像視吸收系數(shù)特征結(jié)合鉆孔資料分析，小區(qū)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(fā)育深度一般在地表以下3～19 米之間，以3～4 米量多，規(guī)模在0.5～3 米多見，為充填土洞，房屋西側(cè)單元發(fā)育，土洞分布見表1。

圖6 ZK5－ZK6 剖面圖

表1 小區(qū)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(zhì)環(huán)境的影響

查區(qū)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(dá)2～3×104m3／d。礦體主要賦存于石碳、二迭的石灰?guī)r與巖漿巖接觸帶，受地質(zhì)構(gòu)造控制，水文地質(zhì)條件較復(fù)雜。礦山長期排水已破壞本區(qū)地下水天然動態(tài)，獅子山老城區(qū)一帶地下水位在1990 年以前均±0m 以上，現(xiàn)已降至-20 m 到-50m，并引發(fā)了如木魚山、周沖等處巖溶塌陷。

在礦山強(qiáng)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(dāng)于增加了豎向荷載，增加值與水位下降值及土體重度有關(guān)：

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(qiáng)，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(nèi)變化。當(dāng)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(jīng)處的土洞中細(xì)粒砂土產(chǎn)生側(cè)向潛蝕現(xiàn)象，沖走細(xì)粒物質(zhì)，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(chǎn)生豎向的潛蝕作用。側(cè)向和豎向潛蝕雙重作用下，土洞不斷向地面伸展，當(dāng)土洞頂板厚度不足、強(qiáng)度不夠時會導(dǎo)致塌陷，龍?zhí)梁扑閹г诟浇V山的持續(xù)排水作用下，具較強(qiáng)的滲透潛蝕作用，是土洞產(chǎn)生的最主要原因。

（3）負(fù)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(chǎn)生了附加吸力，促進(jìn)了前述潛蝕作用發(fā)育，加速了覆蓋層底板以下土洞的形成。負(fù)壓的大小與多種因素有關(guān)，在封閉完好時，理論值接近一個大氣壓[2]。

（二）爆破地震效應(yīng)

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

小區(qū)房屋位于礦山附近，該礦山礦體多數(shù)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(jù)有關(guān)研究院對附近礦山的掘進(jìn)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(chǎn)生共振作用。但安全質(zhì)點(diǎn)震動速度v≤0.5cm/s，烈度4 度（調(diào)查住戶有感對應(yīng)的烈度）的安全距離與炸藥量的關(guān)系見表2。

根據(jù)T 市安監(jiān)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(zhì)點(diǎn)峰值震動速度應(yīng)未超過了《爆破安全規(guī)程》中標(biāo)準(zhǔn)值，沒有超過表2 中的安全距離，不會直接導(dǎo)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(xiàn)為垂直爆破方向產(chǎn)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(yīng)不是小區(qū)52 棟、61 棟等房屋裂縫產(chǎn)生的主要作用[3]。

表2 安全距離與炸藥量的關(guān)系

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及對資料分析，我們認(rèn)為受災(zāi)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(chǎn)生沉降變形縫。爆破地震效應(yīng)不是房屋產(chǎn)生裂縫的主要原因[4-5]。

四、小區(qū)整治對策

（一）建議對該小區(qū)房屋開展長期的變形監(jiān)測工作，做好防災(zāi)預(yù)案，在地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育明顯地段設(shè)立警示標(biāo)志，派專人監(jiān)測，加強(qiáng)對裂縫發(fā)展情況的巡查，發(fā)現(xiàn)異常及時通知住戶、行人緊急避險[6]。

（二）土洞發(fā)育帶上再次進(jìn)行工程建設(shè)時應(yīng)先重點(diǎn)探明建筑物分布范圍內(nèi)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?zhí)梁扑閹喜灰酥苯舆M(jìn)行工程建設(shè)。

（四）礦業(yè)開發(fā)是本小區(qū)地質(zhì)災(zāi)害產(chǎn)生的根本原因，所以加強(qiáng)本地區(qū)的礦山開發(fā)的治理特別是礦山排水等礦山環(huán)保治理十分必要。

五、小結(jié)

（一）本場地為對工程不利地段，地基為不穩(wěn)定的地基。查區(qū)基礎(chǔ)底部存在土洞，且土洞分布于地基壓縮層內(nèi)，充填淤泥質(zhì)或軟塑狀粉質(zhì)粘土，局部為半充填狀，局部已塌陷，危害程度較嚴(yán)重，地質(zhì)災(zāi)害危險性大。隨著礦山排水、爆破震動等外在因素持續(xù)作用，土洞潛蝕作用增強(qiáng)，極易產(chǎn)生新的地面塌陷變形，同時，磚混結(jié)構(gòu)房屋調(diào)節(jié)變形能力弱，房屋傾斜、裂縫會進(jìn)一步發(fā)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(jù)礦山提供的資料，本處礦山爆破地震效應(yīng)不會直接導(dǎo)致一般磚房、非抗震性大型砌塊建筑物毀壞。