雷州半岛膨胀土地基病害及防治对策浅析

2021-05-13艾康洪

建材与装饰 2021年13期

艾康洪

（广东省地质局第四地质大队，广东湛江 524033）

地裂缝是发育于地壳表层的一种岩土介质的不连续或错断现象，是由内营力、外营力及人类活动等因素或以上诸因素的迭加所引起的地表介质完整性的破坏[1]。地裂缝作为一种缓慢发展的渐进性地质灾害，在世界上许多国家都有发育，如美国、新西兰、日本、墨西哥等都出现了不同类型的地裂缝，在我国不同时期也曾多次发生地裂缝，但在早期因其分布稀疏、分散，位移量甚微，多数都被忽视。然而，自20 世纪中后期以来，由于人类活动加剧以及对地下水过量开采，地裂缝的分布越来越广泛，危害有不断加重的趋势，据统计，在陕西、山西、山东、广东及京津冀地区等10 多个省、市的300 多个市县已发生有1000 多处[2]。雷州半岛位于我国大陆最南端，自20 世纪60 年代末以来陆续发生214 宗地裂缝[3]，属亚热带湿润气候区，具有热带海洋季风气候特点，雨量充沛，干湿明显，多年平均降雨量为1600.9mm。雷州半岛地貌类型按成因可分为湛江组台地、火山岩（玄武岩）台地、北海组平原和海积平原。地表主要为第四纪地层覆盖，以第四纪松散沉积土分布最广，次为火山岩风化残积土。由于气候及地质环境条件适宜，雷州半岛地表及浅部土层普遍为膨胀土，具有明显的胀缩性，雷州半岛地裂缝一般规模长18.00~225.00m（最长865.00m）、宽 0.45~1.85m、可测深 0.50~3.00m（最深达 8.00m）[4]，对地表建（构）筑物造成一定危害，地裂缝也成为雷州半岛较为突出的地质灾害。

1 雷州半岛地质条件及膨胀土分布

雷州半岛以第四系松散沉积土分布最广，次为火山岩风化残积土。各地层岩性描述详见表1。

雷州半岛在区域构造上处于华南褶皱系雷琼断陷盆地片北部的岭北—南兴断隆区和迈陈断陷边缘。雷琼断陷盆地形成于新生代，在雷州半岛南部断陷中心，新生代沉积物厚度达3200m。加里东运动以后，基底长期于隆起剥蚀状态，至印支期雷州半岛北部局部有中、酸性岩浆侵入；在燕山运动晚期，基底断裂活动控制了白垩纪断陷盆地沉积并伴随中、酸性岩浆侵入及火山喷发；喜马拉雅运动期，雷琼地区地壳受到来自上地幔物质隆起地辟热构造力及区域构造应力场的共同作用，地壳呈南北向拉张减薄，基底在断裂控制下生成东西向雷琼断陷盆地，盆地北侧以遂溪大断裂为界，南侧被王五一文教大断裂所限，东、西两侧分别与新生代珠江口拗陷、北部湾拗陷相连。

雷州半岛地表膨胀土主要表现为湛江组杂色黏土、灰色黏土以及徐闻组火山岩风化残坡积的红色黏土[6]。湛江组黏土主要分布在雷州市中部地区，徐闻组风化残坡积黏土分布在雷州市南部及徐闻县大部分地区，分布面积广。

2 膨胀土地基胀缩性

2.1 湛江组黏土

以杂色黏土较为常见。出露地表的湛江组黏土具有多裂隙性，平面上以密集的网状裂隙为主，剖面上则以垂直裂隙为常见，这些裂隙季节性变化较大，具有晴天张开、雨天闭合的特点。湛江组黏土其主要矿物成分为高岭石或埃洛石，伴生矿物有蒙脱石、伊利石、绿泥石。其中蒙脱石含量3.04%～21.87%，伊利石含量6.11%～22.22%。湛江组黏土与一般黏性土相比，具有粘粒含量高、塑性和容重大、孔隙比小等特点，土的物理力学性质指标详见表2。从表中可知，湛江组黏土自由膨胀率47.7%～70.5%，平均值为56.3%；膨胀力3.0～61.1kPa，为膨胀土，具弱～中等膨胀潜势。参考区域资料，其线缩率0.29%～5.94%、收缩系数0.046～0.530。可见湛江组黏土不仅垂直方向具有明显胀缩性，还在水平方向上存在较大的胀缩性，即属于具有各向异性的胀缩土。

表1 雷州半岛地层岩性特征

表2 雷州半岛膨胀土层物理力学指标统计成果

2.2 火山岩风化残积土（黏土）

雷州半岛火山岩经长期风化，地表已红土化，分布玄武岩风化残积土（暗红色黏土），其含水量、液限、塑限、孔隙比等指标均比区内湛江组黏土大，容重则相对较小，粘粒含量高，红土（黏土）主要矿物成分是埃洛石或高岭石，伴生矿物有蒙脱石、伊利石。其中蒙脱石含量6.58%～7.52%，伊利石含量2.67%。火山岩风化残积土（黏土）具有土质疏松和孔隙比大等特点，水对其性质及状态均有较大的影响，主要表现于：收缩裂隙发育，表面裂隙失水张开；雨天易吸水软化，粘塑性较大，土的物理力学性质指标详见表2[7]。从表2 可知，火山岩风化残积土（黏土）自由膨胀率35.0%～70.0%，平均值为49.6%，为膨胀土，具弱—中等膨胀潜势。参照区域资料，其线缩率0.96%～3.53%、收缩系数0.138～0.356。可见火山岩风化残积土（黏土）无论是在横向或竖向上均具有一定的胀缩性。

3 膨胀土地基主要病害

膨胀土是一类特殊性土，雷州半岛膨胀土埋深浅、厚度大，其胀缩性对位于其上的建构筑物将产生一定危害，通过对雷州半岛受膨胀土地基胀缩变形影响的建构筑物进行广泛深入调查，膨胀土地基主要病害包括两类：①导致低层老旧建（构）筑物墙体和地面产生拉裂；②导致地面产生地裂缝。

3.1 建筑物墙体和地面拉裂灾害

膨胀土胀缩变形对地面房屋的破坏，表现以房屋墙体拉裂为主，次为房屋地面开裂等。房屋墙体拉裂主要是门、窗等刚度较弱部位容易产生角端裂缝和斜裂缝，旱季墙裂加宽，雨季闭合，呈反复开闭状态。经调查，房屋墙体拉裂裂缝一般宽0.003～0.03m，长1.20～5.00m；房屋地面开裂裂缝宽0.004～0.03m，长1.80～5.00m。

据调查统计，因膨胀土胀缩变形引发而出现地面开裂和墙体拉裂的房屋绝大多数为一层砖混结构[8]，建成居住均在5 年以上，采取玄武岩风化残积土或湛江组杂色黏土作天然地基，基础为毛石或砖砌基础，埋深一般为0.6～1.0m。分析产生病害的原因主要是由于房屋以黏性土为主的地基土具有膨胀性，因含水量变化发生胀缩变形，而这些老旧房屋基础刚度差难以抵抗地基土胀缩变形，且单层房屋重量轻，地基附加荷载小，不足限制膨胀土胀缩变形，在膨胀土胀缩力长期作用下，导致房屋地面开裂和墙体拉裂。相反一些楼高二层以上的新建房屋则很少出现地面开裂和墙体拉裂现象，如图1 所示。

图1 膨胀土引发地面和墙体拉裂

3.2 地裂缝灾害

在膨胀土地基分布地区地表不规则产生地裂缝，这也成为雷州半岛最为典型的地质灾害。地裂缝主要发生于旱季，雨季有一定程度闭合，地裂缝基本上呈线状展布，局部弯曲，规模大小不一，延伸长度3～50m，最大长度可达250m，裂缝面呈不规则锯齿状，裂缝宽度一般0.01～0.12m，局部裂缝最大宽度达0.60m，地裂缝深度一般0.50～2.00m，最大深度可达3.00m。地裂缝经过处房屋则会加速房屋地面开裂和墙体拉裂，如图2 所示。

图2 道路地面拉裂约130m

4 膨胀土地基病害防治对策及建议

4.1 开展全域工程地质调查

雷州半岛膨胀土分布广、厚度大、类型比较复杂，长期以来对地表建构筑物造成危害，产生了一定的经济损失，因此有必要对雷州半岛全域膨胀土地基进行工程地质调查，准确查明其类型、工程地质特征以及分布范围，进行工程地质分区，为城镇建设以及乡村建房规划提供有效地质资料。

4.2 进行建设工程地基预处理

雷州半岛膨胀土普遍具有弱中～等膨胀潜势，危害性一般，进行工程建设前通过岩土工程勘察查明场地膨胀土地基工程地质条件，对膨胀土地基进行预处理，均能有效防治房屋开裂或产生地裂缝病害。地基预处理主要方法有：①加大基础埋深，基础埋深一般不应小于1.5m；②采取换土垫层方法挖除浅部膨胀土地基，置换工程地质性质较好的素土地基；③采取砂石桩、搅拌桩等复合地基对膨胀土地基进行加固处理。

4.3 采取结构加强措施

在房屋以及其他建构筑物结构设计时设置地梁、圈梁、门窗过梁和构造柱等，适当提高基础和梁结构钢筋配筋率及混凝土强度等级，从而增强基础、梁和墙体抵抗地基胀缩力的能力。

4.4 采取地表水和地下水控制措施

户内生活给排水设施布置应同步考虑，避免地表水直接渗入地下。基础施工宜采用分段快递作业法，施工过程中不得使用基坑暴晒、风干或泡水，雨季施工应采取防水措施。房屋建成后，地坪做好散水面，宽约1.5m，散水面外围修建排水沟，收集、疏排雨水，避免雨水浸泡地基土。

4.5 生物措施

为保护和美化生态环境，结合工程措施的基础上，可以采取生物措施进行防治。在建筑物周围散水以外的空地，宜多种植草皮和绿篱；在建筑物四周较近距离可条块选用低矮、耐修剪和蒸腾量小的果树、花树或松、柏等针叶树，避免种植桉树、木麻黄等速生树种或阔叶树。通过采取生物措施，达到保水保湿作用，从而降低膨胀土地基的胀缩性。