地面沉降地质灾害的原因与防治方法

巫永忠

摘要：地面沉降属于一种常见的地质灾害，危害非常大。造成地面沉降的因素不仅和地下水有关，而且还和地层岩性结构、土质类型、水文地质条件、固结历史、压缩性大小等相关。本文结合实际案例，首先对地面沉降出现的原因进行了分析，然后采用加强地基质量评估、加固地基、加强地基监测等措施对地质灾害进行防治。

关键词：地面沉降；地质灾害；地层结构

地面沉降主要是在人为因素和自然因素的影响下产生较大幅度的变化，由于长期对地下水进行过量开采，导致区域内地下水持续降低并随之出现了附加应力。一方面导致孔隙水压力转移到含水层骨架上，导致含水颗粒之间的应力增加，含水层排水压密出现弹性变形；另一方面含水层底板黏性土中的结合水会渗入到含水层，使黏性土出现固结，出现永久变形或塑性变形，因此地面沉降主要是由于水资源过度开采和地质条件不良共同作用下造成的。

1.工程概况

某地区总占地面积17512km²，是我国工业化程度比较高的地区，该地区内出现了严重的地面沉降。该区域主要为泥灰岩、白云岩、灰岩等，地貌结构错综复杂、断裂和褶皱租用强烈，基底地形非常复杂，存在多个发育软土层和含水沙层，地质历史时期赋存了非常丰富的地下水。

2.地面沉降出现的原因

2.1人为因素

人为因素会造成地面沉降现象的发生。通过调查可知，地下水长期超负荷开采是造成地面沉降的主导因素。为了提高施工的成效性，对地下水的开采量不断加大，甚至进行无节制地开采，使得地表沉降问题日益突出。该区地面沉降涉及面广，而且沉降差异性较大，沉降量超过200mm的区域涉及五个镇区。

2.2地质因素

（1）地层结构对地面沉降的不良影响。地层结构会对地面造成一定的沉降影响。通常情况下地层结构有两种类型：①平原区。该地区平原区由于下伏基岩的深度较大，所表现出来的沉降分布较为均匀，对建筑物的影响也是较为缓慢式的整体均匀沉降。②基岩起伏区，与平原区存在很大的差异，基岩起伏区的下伏基岩会产生显著地地面沉降现象，从而造成地表裂缝现象的发生。按照下伏基岩的差异性可将地面沉降分为孤潜山型、基岩山边型、第四系不均匀沉陷型、岩溶塌陷型四种类型。

（2）地层岩性的影响。造成该区域地质灾害的主要因素是地层岩性。在工程施工中对地下水长期地过度开采是引发地下水下降的主要原因。地质灾害类型受到地质条件的影响程度较大，灾害的程度大小不仅与地下水位地下降深浅有关，而且还与地层结构有着密不可分的联系。一般而言，沉降严重的区域大多数为黏性土层较厚的地方，黏性土是地层中重要的压缩层。黏性土的物理力学特征对沉降量的大小有着一定的影响力。对该地区原状土的室内压缩试验表明，黏性土的深度为10m以内的，其超固结程度较高，而当黏性土的深度达到60m～90m时为正常状态下的固结土。通过对图1进行分析，可得出如下信息：①II承压含水层顶板以上的黏性土是沉降易发生区域。②随着黏土层沉降量的增加，土层厚度也会得到不同程度的增加。③土层的沉降量与物理力学性质有关，超固结比越小，黏土的含水量也越高，而且孔隙比也会越大。

（3）固结历史的影响。通过对该地区1989年～1997年的地下水位进行监测分析可知，该地区地下水位呈现出明显地下降趋势，而且每年的沉降量也不同。假设地下水位地下降为不断加荷的过程，而地下水位的上升则为卸荷的过程，图2反映出正常固结土卸载一再压缩过程，从图2中可知在初始阶段回弹曲线并未与加载曲线ah相重合，当卸载到0时，土样的孔隙比还没有完全恢复，这也充分说明了一部分土发生了压缩变形现象，也叫作塑性变形，恢复原样的土层被称作弹性变形。对图2进行分析可知土的再压缩曲线明显小于原压缩曲线斜率，这点也表明土经过再压缩后，2018年第五期水文地质、环境地质、工程地质压缩性能会显著降低。对于欠固结土来说，随着孔隙水的不断消散，孔隙比也会不断降低，土体压密产生塑性变形，而对于超固结土来说，由于前期固结压力已处于超密实状态，因此地下水的降低不会对地表造成不良影响。地面沉降的变化幅度会随着时间地推移而逐渐减少，最终处于平稳状态，换句话来说就是地面沉降是有一定限度的。

（4）土层含水性的影响。根据该地区土层含水情况看，“欠固结”土层被压缩主要是因为弱含水层自身的“孔隙水”被释放造成的，作为含水层持水的上下隔水层，如果其间夹着的含水层疏干、失水时，会使包含的地下水箱含水层渗透补给，静水压力会损失，使土层中骨架颗粒原本的应力状态发生改变，导致颗粒之间的孔隙变小，使土体进一步压密。

3.防治措施

（1）通过对全区所有地下水的统一规划和管理，避免对地下水的盲目开采，定制完善的管理机制。

（2）通过长期有效的落实开采计划，逐渐调整水资源结构，逐步降低水資源的使用量。

（3）通过对城市建设项目的危害评估，对严重危害地下水的建设进行评估和审核。对建设项目严重荷载，对增大地面附加沉降的项目和潜在沉降的项目直接取消。

（4）路基软土处理措施。对于分布的软土路基，需要根据软基的分布性质、分布特点，对路基稳定性和路基沉降进行验算后，采取相应的软基处理措施。

（5）桥位区域的软土地基可以根据桩基四周堆载情况，考虑软土段负摩阻作用，同时进行路基软基和桥台范围软基的处理措施。一般可以使用CFG桩、粉喷桩、管桩等软基处理措施进行处理，采用这种方法进行处理可以有效避免产生过大的沉降差，避免桥台跳车的发生概率。

（6）提高软土路基沉降预警、观测、预报等工作的管理力度，地基处理完成后要根据规范要求检测施工质量，一般可以选择单桩负荷地基载荷试验或钻芯法对施工质量进行检查。

（7）在进行城镇规划建设时，要将供水区域布置在远离建设区或者水文地质条件上对城镇建设影响比较小的地段。当某个地区进行大量抽水后，虽然短期内该地区不会出现地面沉降，但是受滞后效应的影响，经过多年时间在完成沉降积累期后，土层会发生“质”的变化，所以在对城镇建设进行规划时，要注意避开“质变”期，对城镇技术建设的周期和内容进行合理的规划，保证基础建设工程的统一和稳固。

（8）对含水层进行保护。要结合实际情况，对含水层实施存储性保护，使用人工回灌的方法对含水层进行人为的修复和处理，从而保证某区域范围内地质环境的稳定。做好地下水开采的控制工作，对开采井的布局情况、开采层位、开采时间进行调整，科学地实施地下水开采，积极推广地下水回灌，对地下水源进行及时的补充，对水位进行调节，保持储量平衡。

（9）做好地下水动态监测工作。地下水动态监测工作是防治地质灾害的有效措施，可以将监测得到的资料作为地下水资源开发利用的参考依据，在进行地下水动态监测时，需在原有监测网点的基础上，进一步加密监测点，并对监测网络进行优化调整，对破损的监测井进行修复，并对监测点进行优化和调整，从而提升周边监测的区域的服务水平，并建立地下水信息管理系统，动态化地进行地下水资源管理，实现在线沉降监测。

（10）在地面沉降区域构建基岩标，从而消除因原地面沉降引起高程失真的情况。此外，由于地面沉降会缓慢出现，在确定设计标高时，需考虑区域地面沉降产生的影响。

4.结论

综上所述，地面沉降的出现需要同时具有可压缩性土层和地下水持续下降两个因素，两者缺一不可，地面沉降不仅和地下水位下降有着比较大的联系，而且和水文地质条件、地层岩性结构、土质类型、土层厚度、固结历史等有关，在对地面沉降进行控制时，除了考虑人为因素以外，还要考虑地面沉降造成的影响，从而更好地将地面沉降问题解决。