潮阳区谷饶镇地面沉降形成机理分析及防治建议

2021-02-22李双梅张明亮

城市建设理论研究（电子版） 2021年26期

李双梅张明亮方刚

广东省有色金属地质局九三一队广东汕头 515041

谷饶镇位于汕头市潮阳区城区295°方向，距离潮阳区约26km。潮阳区谷饶镇地面沉降面积大、覆盖范围广，总面积约4.02km2，包括谷饶镇新厝村、溪美村、新兴村、华光村、头埔村等。沉降区域人口集中，房屋密集，地面沉降引发的地面及房屋墙体开裂给当地居民的生命财产安全和正常生活造成严重影响，威胁人数1536人，潜在经济损失1300多万元，地面沉降造成的危害大，社会影响较大，对其实施防治十分必要。

1 地面沉降概况

表1 潮阳区地面沉降情况表

图1 谷饶镇地面沉降引起的裂缝(左图为新厝村，右图为头埔村)

该区明显沉降地质灾害初现于2003年下半年，至2018年底为止，该区地面沉降已造成直接经济损失约1310.2万元，受灾害影响房屋约800座，地质灾害灾情等级属于特大型[1]。2003年7月，新厝村发生地面沉降，造成150间民房受损，造成经济损失约683.2万元。2004年下半年以来，灾情逐渐加重，范围逐渐扩大，大量民房墙体出现开裂、倾斜、巷道路面出现裂缝等现象。2010年头埔村开始出现明显的地面沉降，2013年头埔村地面沉降灾害面积达0.15km2，导致40多座房屋墙体出现不同程度开裂、倾斜等现象，成为危房，村里巷道也出现多处地面不均匀沉降。据调查了解，目前该处地面沉降仍在发生变化，因地面沉降引发的建筑物墙体开裂、地面产生裂缝现象极为突出，果园、农田也出现多处地面沉降，沉降范围涉及5个自然村，直接威胁约1536人的生命财产安全，潜在经济损失1300多万元，地质灾害险情等级属特大型[1]。

2 地质环境条件

2.1 地层岩性

潮阳区谷饶镇地处练江冲洪积平原区，地势平坦开阔，整体呈现北东高南西低。区内地层主要为第四系全新统潮州组，岩性主要为海积灰、青灰色粘土，浅灰、深灰色淤泥，局部为浅黄色粉细砂，粗中砂。海陆交互堆积土黄、灰褐、灰色粉质粘土，淤泥。第四系松散沉积物下伏基岩是侏罗系侵入花岗岩。

2.2 工程地质条件

第四系地层内广泛沉积的软土层是区内地面沉降地质灾害发育的先决条件之一，调查区地貌为练江冲洪积平原区，为第四系松散土类工程地质区（Ⅰ区），地层岩性由第四系松散沉积的粘性土、淤泥、砂土等组成，厚度为50-120m，软土分布广、埋藏较浅。据收集钻孔资料和物探结果显示，该区软土普遍发育，但层厚不一，连续性不强，软土厚度自北西向南东逐渐变薄（图2）[2]。

图2 研究区软土厚度分布图[2]

第四系松散土类在评估区内呈层状广泛分布，成分较为复杂，根据收集的勘察钻探资料揭示由上至下有：人工填土层（Qml），冲积层（Q4

al），海陆交互堆积层（Q4mc）等。据收集资料揭露地层信息，第四系地层岩性主要为粘土、淤泥、中砂、粉质粘土，根据物质组成成分不同从上往下划分为以下层次：①杂填土层②粘土层③淤泥层④粘土层⑤中砂层⑥粉质粘土层⑦中砂层⑧粉质粘土层⑨淤泥质土层⑩粉质粘土层（图3）[3]。该区地层具高压缩性、中低压缩性土组双层结构，上层为高压缩性土体，主要由淤泥、淤泥质土、砂质淤泥等组成；下层为中低压缩性土体，主要由粘土、粉质粘土、粉土组成。在该土组分布区内，地面以上过载及地下水位的下降均可能导致该区域内的不均匀沉降。

图3 沉降区地质剖面图[3]

2.3 水文地质条件

区内地表水系发育，属练江水系，地下水类型为第四系松散层孔隙水，赋存于冲洪积层中，水位埋深随季节变化，水量受砂类土分布情况影响，局部可能富集。地下水位埋深较浅，地下水受大气降雨及侧向迳流补给为主，以蒸发、侧向径流为主要排泄方式，动态变化受季节控制明显。由于第四纪沉积物厚度较大，多为交互相沉积，形成多层含水结构，除孔隙潜水外，深部尚蕴藏丰富的承压水。

据已有资料，谷饶镇地下水与北港河支流存在水力交换，且镇西北部及东部的基岩裂隙水以潜流的方式补给平原区地下水。谷饶镇浅层地下水径流方向总体由东北向西南径流，水力坡度较平缓；而深层承压水径流方向总体由西北向东南径流，存在较大的水位高差，水力坡度较陡。

3 地面沉降基本特征和形成条件

3.1 地面沉降特征

地面沉降区主要分布于谷饶镇头埔村、新厝村、溪美村、华光村、新兴村一带，其中以头埔、新厝、溪美范围较广、损失大、危险性大。地面沉降引发的裂缝大多呈垂向开裂，贯通性较强，方向性明显，裂缝一般为0.2-0.5cm，最宽处超过50cm，部分地方开裂形成错台，房屋成为危房，村民对裂缝进行修补或就地重建后又出现不同程度的变形开裂。

据谷饶镇各监测站点2015年至2018年形变监测数据，在208603个监测点，形变速率小于-18mm/a的测量点有12775个，占比6.1%，最大累计沉降量达133.4mm，属中型地面沉降[1]，地面形变情况总体较严重，其中新厝村两处监测点的年平均变形速率分别为18.5mm/a和30.1mm/a，累计形变量分别为-73mm和-95mm；头埔村年平均形变速率为11.2mm/a，累计形变量为-32mm。累计沉降量均在持续增大，且均有继续形变的趋势。综合沉降区的特征，区内总体上均存在较明显的继续形变趋势，根据《广东省地质灾害危险性评估实施细则（2021年修订版）》，近5年平均沉降速率在10＜—＜30mm/a，谷饶镇地面沉降发育程度为中等[4]。

3.2 形成条件分析及评价

地面沉降的诱发因素主要有自然地质因素和人类工程活动两大类，通常对于地面沉降的机理研究主要考虑的因素是软土层的自然压密和固结、地质构造活动、超采地下水及城市工程建设等[5]。

3.2.1 自然地质因素

据现场勘查及钻探资料反映，地面沉降地段浅部存在多层软土，属于中-高压缩性性土，具有厚度大，强度低，高含水量，高压缩性等工程特点，工程建设在上部增加荷载作用下易产生剪切破坏并出现软土固结沉降，从而导致建筑物地基变形。通过前文的分析发现谷饶镇重点灾害沉降区主要集中在新厝、溪美一带。但该地带软土厚度的分布刚好与地面沉降灾害程度分布特征相反，沉降严重区软土厚度薄，沉降较轻区软土厚度大。地基发生沉降的工程要素主要是土体压缩性和荷载作用。谷饶镇的严重地面沉降主要发生在老式民房地段，因老式民房多采用浅基础，又是砖混结构，对地基沉降很敏感，容易遭受破坏而出现裂缝、倾斜；新建的厂房、楼房所处区域同样存在地面沉降，只是这些新建的建筑物均为钢筋混凝土框架结构，又采用桩基础，因此不易受地基沉降影响，受破坏程度小。据此认为土体的物理力学性质不是诱发该地地面沉降的主要因素。

3.2.2 人类工程活动因素

据调查，谷饶镇针织及服装业发展较快，目前已成为粤东重要的针织服装工业镇，工业活动用水量巨大，而区内用水来源主要采自地下水，开采对象为第四系覆盖层中的承压水和基岩裂隙水，由于大面积开采地下水，破坏了地下水的平衡，造成地下水位急剧下降，这一因素成为谷饶镇地面沉降发生的重要诱发因素。

根据收集的地下水位资料，结合区内的地形及含水层分布特征，与InSAR数据分析的总沉降进行综合分析，区内地下浅层潜水-承压等水位线的降落漏斗位于新厝村，其空间位置与地面沉降重点区吻合（图4），因此可以推测研究区的地面沉降灾害与地下水位关系密切。

图4 浅层潜水-承压水位线与总沉降量叠加图

综上，第四系岩性及结构特征是区内地面沉降的内在条件，地下水的大量开采是产生地面沉降的诱发因素。

4 地面沉降的防治建议

4.1 稳定性评价

据分析，新厝村浅层地下水位变化幅度较大，且明显受季节性降雨及人类活动影响；而头埔村浅层地下水位变化幅度相对较小，季节性波动不明显。在地势平坦区，含水介质成层分布的浅层潜水-承压水水位变化一般不会太大，而头埔村和新厝村浅层地下水位的差值，说明浅层潜水-承压水在不同的位置受到的扰动程度不同，说明其变化规律受人类活动影响十分明显。通过对比分析新厝和头埔地下水位与地面沉降量关系得出结论：地下水位在反复升降过程中地面沉降呈持续下降状态，其沉降量亦以较快的速度持续累加，目前尚未出现减缓迹象；其中地下水位上升时，土体表现为吸水膨胀，地面沉降量所有减缓甚至回弹，但由于累计的沉降已相对较大，土体脱水后，由于地面动、静荷载作用，短时的地下水补给不能使土体恢复至脱水前状态，即短时的地下水位上升，不能减缓沉降的趋势，在相当长一段时间内沉降量仍会持续增加。

4.2 危险性评价

地质灾害危险性是指一定发育程度的地质体在诱发因素作用下发生灾害的可能性及危害程度。在查明各种地质作用性质、规模和承载对社会经济属性的基础上，从致灾体稳定性和发生概率上分析，对其潜在的危险性进行客观评价。谷饶镇地面沉降最大累计沉降量达133.4mm，属中型地面沉降，近5年平均沉降速率在10＜—＜30mm/a，谷饶镇地面沉降发育程度为中等。该区地面沉降已造成直接经济损失约1310.2万元，受灾害影响房屋约800座；直接威胁约1536人的生命财产安全，潜在经济损失1300多万元，直接经济损失≥500万元，受威胁人数≥100人，潜在经济损失≥500万元，危害程度大。根据地质灾害危险性分级表[6]，该区地面沉降危险性大。

表2 地质灾害危险性分级表

4.3 防治建议

沉降区发生在人口集中，房屋密集区，按“因地制宜，量力而行”的原则，采取合理措施对地面沉降进行防治。①对已发地面沉降造成房屋损失及危房，应尽量安抚、安置民众；②考虑灾害的类型、特征及发育情况，应制订措施减缓地面沉降的发展，有计划的管制当地对地下水的开采，创造一个人与自然地质生态环境相互协调的和谐环境；③在沉降区域布设监测网进行实时监测，通知当地群众发现灾情及时上报，以确保人民生命财产安全为首要；④有条件的情况下对沉降严重的地段居民进行搬迁考虑；⑤新建工程结合软土的分布特征、性质，进行路基沉降、稳定性验算后，采取有针对性的软基处理措施，建议采用复合地基法进行处理，如袋装砂井加超载预压、插水板、粉喷桩、CFG桩、管桩等，在满足沉降要求的条件下，灵活选取，厚度小，埋藏浅的可进行清淤换填[7]。