太行山前滹沱河二级阶地黄土湿陷分析

2015-12-15赵永真高明辉张云肖赵建青

地下水 2015年3期

赵永真，高明辉，张云肖，赵建青

(1.河北省环境地质勘查院，河北石家庄 050021;2.河北水文工程地质勘察院，河北石家庄 050021)

2013年初春，在石家庄市西北部丘陵区滹沱河南岸某村，几户居民房屋一夜之间突然出现不同程度裂缝，宽者可达3cm，许多房屋成为危房，造成了较大财产损失，究竟是何原因导致这起灾害，经过勘查单位细致勘查，发现最终元凶原来是黄土湿陷。

1 房屋开裂特征

房屋沉裂具有较明显的规律特征:(1)房顶及地面未见明显裂缝(2)墙面开裂严重，呈明显“八”字形，下部墙体下沉位移较大，与上部墙体之间出现拉张裂缝，单个裂缝长几米至十几米，起止位置与建筑梁柱等有关，最宽约3 cm。(3)地面沉陷幅度规律明显，西侧起第二户与第三户之间处为沉陷中心(见图1和图2)。

图1 黄土湿陷范围

图2 房屋后墙裂缝分布形态

2 场地地质环境条件

2.1 地形地貌

工作区位于丘陵区，滹沱河河谷南侧二级阶地上，南高北低，南侧为20 m高的小山丘，北侧1.3 km处为滹沱河，村庄范围内海拔标高136～144 m。

2.2 地质构造

工作区在大地构造上位于中朝准地台的一个相对稳定的II级构造单元―山西断隆的东部边缘，属新华夏构造体系。地处第三隆起带太行山隆起，主结构面呈NNE向。山区EW向褶皱较发育、各期褶皱相互叠加，岩脉侵入，构成了错综复杂的褶皱形态。紫荆关－灵山深断裂从勘查区西侧通过。

2.3 水文地质条件

勘查区地下水类型主要为松散层孔隙潜水，含水层岩性为粗砂含卵石，厚度本次勘查未揭露厚度。地下水流向为自西北向西南，区域地下水位埋深南高北低，最大埋深为11 m，靠近滹沱河，埋深递减，最小埋深1.6 m。

地下水补径排类型为河水渗漏补给型，水位变化过程主要受河水控制，上游水库放水前后水位变差较大，根据3月23日(水库放水前)村内水井水位测量(0号井)，地下水位埋深为10 m，5月7日(水库放水后)，再次对该水井进行测量，其水位埋深升至 9.3 m，变差达到0.7 m，地下水位反映灵敏。

2.4 工程地质条件

(1)杂填土层:杂色，以素填土为主，局部为建筑垃圾，多碎砖屑、石屑等，层厚0.4～2.9 m，拟建场区均有分布。

(2)黄土状粉土层:褐黄色，稍湿－湿，稍密－中密，中－低压缩性，切面无光泽，摇震反应迅速，干强度低，韧性低;局部黏粒含量高，层顶标高 137.37～139.47 m，层底标高135.10～137.92 m，层厚 0.7～4.3 m，厚度变化较大。本层土场区内均有分布。

(3)黄土状粉质粘土层:黄褐色，硬塑－可塑，中－低压缩性，切面稍有光滑－光滑，无摇震反应，干强度中等，韧性中等;偶见姜石颗粒。层顶标高135.10～137.92 m，层底标高 132.96～135.97 m，层厚 0.5 ～3.0 m。本层土场区内均有分布，厚度变化较大。

(4)黄土状粉土:褐黄色，稍湿－湿，稍密－中密，中－低压缩性，切面无光泽，摇震反应迅速，干强度低，韧性低;局部黏粒含量高，层顶标高132.96～135.97 m，层底标高131.66～133.35 m，层厚 1.0～3.4 m。本层土场区内均有分布。

(5)含卵砾中粗砂层:灰白色，稍湿，中密－密实，较纯净，主要成分以石英、长石为主;卵石砾径3～5 cm，最大粒径15.0 cm，由中粗砂充填，中粗砂含量约 30%，层顶标高131.66～133.35 m，最大揭露层厚 6.1 m，本层土未揭穿。

3 地面沉陷原因分析

3.1 地层背景分析

勘查区微地貌属于河流二级阶地，滹沱河发源于山西省五台县，上游流经黄土高原，携大量泥沙和黄土质成分，在下游再次沉积，形成大孔隙的松散堆积覆盖层，而勘查区地表以下8 m范围内地层岩性为黄土状粉土和粉质粘土，恰恰验证了这一点。

3.2 湿陷性分析

根据《湿陷性黄土地区建筑规范》，湿陷系数 δs是判定地基土湿陷性最基本的指标，其物理意义是试样在一定压力下，下沉稳定后，浸水饱和所产生的附加下沉，一般情况下，非饱和土样在浸水后都会或多或少产生附加下沉，但黄土由于其本身特有的结构，附加下沉量相对要大得多。我国采用的是以0.015作为界限标准，大于等于该值则界定为湿陷性土。

经本次勘查及取一级原状土样进行室内试验发现，区内地层存在黄土湿陷性。沉陷区域场地土自重湿陷系数为0.001～0.035，湿陷起始压力为 17～167 kPa，依据《湿陷性黄土地区建筑规范》之4.4.1条判定，拟建场地土为湿陷性黄土;自重湿陷量分别为19 mm、54 mm、10 mm。综合判定为沉陷区域为非自重湿陷性黄土场地。

沉陷区域场地土最大湿陷系数为 0.059，依据4.4.2条判定，沉陷区域场地土湿陷程度中等。

沉陷区域地土最大湿陷深度7.7 m，依据拟建场地周边地区勘探经验，该深度以下土层湿陷性可不考虑，从(2)黄土状粉土层顶面算起:沉陷区域湿陷量分别为333 mm、268 mm、47 mm。依据《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025－2004)判定:沉陷区域场地土湿陷等级为Ⅱ级(中等)。

3.3 含水率分析

3.3.1 地基含水量平面变化规律

通过地表下8m深度内平均含水率分析可以发现明显规律。沉陷范围内的地基含水率要明显大于其它正常区域的含水率。通过处于沉陷区内的5号、6号、3号、11号钻孔及T3、T4探井与周边的验证孔含水率对比发现，5号、6号及T3、T4探井含水率较之周边变化较大，而位于房屋后墙的11号钻孔在地表1～3 m时与周边含水率相当，但是3～5 m差别较大，此现象在5 m以下逐渐消失，这可能与房屋地基的阻隔有关。同样位于房屋后墙的3号孔，含水率在2～3 m时稍高于周边含水率，其余深度内则与周边含水率相当。说明渗水作用在3号和11号孔再向外围扩大时逐渐减弱。

3.3.2 含水率随深度变化规律

通过对钻孔5、6及探井3、4地基土含水率分析，发现随深度增加含水率有先增大再减小的趋势。以探井3为例，0.5 m深度含水率为 15.7%，2.5 m 处为 18.7%，5 m 处为22.4%，7 m处则稍有降低为19.7%。

通过含水率测定，说明造成黄土湿陷的水的因素是客观存在的，沉陷区的地基土的含水量偏高，与院落内的供水、排水系统有关，地下管道漏水的可能性极大。