貴州威寧房屋裂縫與地質(zhì)災(zāi)害的關(guān)系探討

郭 果，陳 筠，葉永青

(貴州大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，貴州貴陽 550003)

0 引言

在野外地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中發(fā)現(xiàn):地災(zāi)引起的房屋裂縫和非地災(zāi)引起的房屋裂縫表現(xiàn)出不同的特性。本文以威寧縣山區(qū)房屋裂縫調(diào)查為基礎(chǔ)，結(jié)合調(diào)查區(qū)內(nèi)房屋裂縫的特征，詳細(xì)闡述了地災(zāi)區(qū)和非地災(zāi)區(qū)房屋裂縫的特性，并探討了其在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的指導(dǎo)作用。

1 房屋裂縫特征

通過野外調(diào)查，粗略統(tǒng)計，威寧縣山區(qū)房屋的結(jié)構(gòu)類型主要有兩種:(1)生土結(jié)構(gòu)(主要為夯土墻結(jié)構(gòu))，約占70%;(2)磚混結(jié)構(gòu)，約占房屋20%;以及少量的石砌體結(jié)構(gòu)、木質(zhì)結(jié)構(gòu)約占10%。由于石砌體結(jié)構(gòu)和木質(zhì)結(jié)構(gòu)房屋少，且在調(diào)查區(qū)內(nèi)分布不均，通過統(tǒng)計得出規(guī)律難度大，因此本文著重介紹生土結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)房屋裂縫的特征。

1.1 生土結(jié)構(gòu)房屋裂縫的特征

威寧縣山區(qū)生土結(jié)構(gòu)房屋的裂縫主要有三種類型(圖1):①山墻和縱墻上的豎直裂縫;②山墻和縱墻上的水平裂縫;③墻面上的龜裂紋。

圖1 海拉鄉(xiāng)某生土結(jié)構(gòu)房屋裂縫Fig.1 The soil structure house cracks in Hai La town

豎向裂縫出現(xiàn)的部位多為檁條和大梁下方、門和窗洞口上方以及墻根。裂縫多為貫通性裂縫。在形態(tài)表現(xiàn)既有上寬下窄的倒“八”字形，也有表現(xiàn)為下寬上窄的正“八”字形。

水平裂縫主要位于夯土墻接茬處。裂縫多以水平裂縫為主與地面平行，多為非貫通性裂縫。裂縫寬度小，沿裂縫延接茬方向基本上寬度無變化;長度大，接茬的一周都出現(xiàn)。

墻面上的龜裂紋發(fā)育于墻體表面，多為表生裂縫。裂縫條數(shù)多、規(guī)模小且雜亂無章。

1.2 磚混結(jié)構(gòu)房屋裂縫的特征

磚混結(jié)構(gòu)的裂縫按其形態(tài)也主要有兩類:1)橫墻和縱墻上的斜裂縫(圖2);2)橫墻和縱墻上的豎裂縫。

圖2 東風(fēng)鎮(zhèn)黃泥村磚混結(jié)構(gòu)屋裂縫Fig.2 Certain ponders of the brick structure house cracks in Huang Ni village of Dong Feng town

斜裂縫:裂縫多發(fā)育于縱墻和橫墻接搓處，及縱墻中部，門、窗兩頂角附近。單條裂縫多表現(xiàn)為階梯狀，與地面成約45°夾角。

豎向裂縫:多發(fā)育于門窗、過梁端部。成不規(guī)則折線形，多為貫穿性裂縫。

2 房屋裂縫的特性

2.1 非地質(zhì)災(zāi)害引起房屋裂縫的特性

2.1.1 單棟房屋表現(xiàn)的特性

(1)規(guī)模小:和地災(zāi)引起的房屋裂縫相比，非地災(zāi)引起的房屋裂縫，除了那些年代久遠(yuǎn)的土生結(jié)構(gòu)的房屋外，在裂縫發(fā)育的長度和寬度上都略小于地災(zāi)引起的房屋裂縫。根據(jù)調(diào)查的數(shù)據(jù)，非地災(zāi)引起的房屋裂縫，磚混結(jié)構(gòu)的房屋開裂一般都小于5mm，土生結(jié)構(gòu)的房屋裂縫最大寬度多小于20mm，且小規(guī)模裂縫所占的比例較大。

(2)表生性、非貫通性:土生結(jié)構(gòu)由于強(qiáng)度低，無論是地災(zāi)區(qū)和非地災(zāi)去房屋裂縫也多為貫通裂縫，但是對于磚混結(jié)構(gòu)的房屋，房屋的裂縫多位于墻體表面，表現(xiàn)為表生性及非貫通性。

(3)雜亂性:非地質(zhì)災(zāi)害引起的房屋裂縫，都雜亂無章，無明顯規(guī)律。

(4)安全性:裂縫對位于房屋的墻體表面，裂縫的規(guī)模小，多分布在非構(gòu)造部位，一般不影響正常使用，不會對村民的生命財產(chǎn)安全造成威脅，具有安全性。

(5)停滯性:無論是房屋結(jié)構(gòu)還是沉降引起的房屋裂縫，裂縫多在建好后一至五年內(nèi)發(fā)展較快，有的甚至持續(xù)八、九年，但后續(xù)發(fā)展緩慢或近于停滯。停滯性主要表現(xiàn)為裂縫的長度不再加長，寬度不再擴(kuò)展，數(shù)量不再增加。

2.1.2 區(qū)域上房屋表現(xiàn)的特性

(1)局部性:通過對非災(zāi)害區(qū)域內(nèi)房屋裂縫的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)相似、基礎(chǔ)埋深一致的房屋產(chǎn)生裂縫的情況各不相同。不同結(jié)構(gòu)的房屋，其裂縫特征也不相同。經(jīng)過正規(guī)設(shè)計和合理施工的房屋裂縫很少。房屋裂縫多在那些基礎(chǔ)沉降量過大，無圈梁和構(gòu)造柱的房屋上體現(xiàn)。

(2)無規(guī)律性:通過對非地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域內(nèi)房屋裂縫的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，整體房屋裂縫的走向雜亂無章，不具有明顯的規(guī)律性。

2.2 地質(zhì)災(zāi)害引起房屋裂縫的特性

2.2.1 單棟房屋表現(xiàn)的特性

(1)規(guī)模大:根據(jù)調(diào)查的數(shù)據(jù)，地災(zāi)引起的房屋裂縫磚混結(jié)構(gòu)的房屋一般開裂都大于5mm。土生結(jié)構(gòu)房屋裂縫最大開裂寬度多大于20mm。裂縫長度往往較長，延伸性較好，裂縫的數(shù)量多且寬裂縫占的比例大。

(2)貫通性:無論是生土結(jié)構(gòu)的房屋還是磚混結(jié)構(gòu)的房屋，地災(zāi)引起的房屋裂縫往往都是貫通的。

(3)運(yùn)動性:運(yùn)動性表現(xiàn)為，隨著地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)展(如采空區(qū)沉降、滑坡的蠕滑)，房屋的裂縫在長度上會增加，寬度加寬，裂縫數(shù)量上增多［2］。

(4)滯后性:滯后性是采空區(qū)沉陷引起房屋裂縫的一個重要特性。采空區(qū)內(nèi)房屋裂縫的開裂寬度，往往隨地表拉伸變形的增大而增大;但房屋裂縫的開裂往往滯后于地表的拉伸變形。葛家新［3］等人通過對采煤沉陷區(qū)地表變形與房屋變形的關(guān)系研究，也證實了此說法。

(5)危險性:對單個房屋來說，地災(zāi)引起的房屋裂縫規(guī)模大，連通性好，房屋裂縫往往隨地災(zāi)的發(fā)展而寬度變寬、長度變大，因此其危險程度較高。

2.2.2 區(qū)域上房屋表現(xiàn)的特性

(1)區(qū)域性:通過對威寧縣多處滑坡及采空區(qū)上房屋裂縫的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，地災(zāi)害引發(fā)房屋裂縫在區(qū)域上表現(xiàn)為區(qū)域性。在滑坡體上、采空區(qū)范圍內(nèi)的房屋均有開裂的跡象，無論其建造的結(jié)構(gòu)相同與否。在采空區(qū)上的房屋除了開裂外，往往還伴隨著傾斜。例如威寧縣東風(fēng)鎮(zhèn)木沖溝煤礦開采，造成元木村、黃泥村、文明村等1000多戶居民的房屋出現(xiàn)不同程度的開裂和傾斜。

(2)優(yōu)勢走向性:地災(zāi)引發(fā)的房屋變形主要受地災(zāi)變形的控制，因此具有優(yōu)勢性。區(qū)域內(nèi)房屋裂縫的走向和滑坡后緣裂縫的走向基本一致。

3 房屋裂縫在地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查中的作用

3.1 根據(jù)裂縫發(fā)育的區(qū)域性特可判定地質(zhì)災(zāi)害

災(zāi)害區(qū)內(nèi)的房屋裂縫和非災(zāi)害區(qū)內(nèi)的房屋裂縫最大的一個不同點是災(zāi)害區(qū)域內(nèi)的房屋裂縫呈規(guī)模性，即在同一區(qū)域內(nèi)，相同結(jié)構(gòu)的房屋基本上都發(fā)育有裂縫。通過詳細(xì)調(diào)查相同結(jié)構(gòu)房屋的裂縫特征，與非地質(zhì)災(zāi)害區(qū)內(nèi)房屋裂縫特征進(jìn)行對比，來確定區(qū)域內(nèi)有無地質(zhì)災(zāi)害。

3.2 房屋的裂縫可以確定邊坡的變形歷史

災(zāi)害區(qū)內(nèi)房屋裂縫滯后于地面裂縫。房屋裂縫的發(fā)展隨著地面裂縫的發(fā)展而發(fā)展，因此用房屋裂縫的發(fā)展歷史，來確定斜坡的變形歷史是有理論依據(jù)的。

在野外地面裂縫的新、老關(guān)系很難判斷，十幾年的地面裂縫和一兩年的裂縫區(qū)別不大。因此根據(jù)地面裂縫確定邊坡的變形歷史，可操作性也不強(qiáng)。但是房屋裂縫的新、老關(guān)系很容易判定，此外村民對自己房屋裂縫的發(fā)展變化的關(guān)注情況往往多于滑坡后緣地裂縫的情況，因此根據(jù)房屋變形歷史來確定邊坡的變形歷史是可以操作的、實用的。

3.3 粗略地判斷地災(zāi)最近的活動狀況

地質(zhì)災(zāi)害引起房屋裂縫的一個特點是，具有運(yùn)動性。通過簡單的設(shè)備就可以監(jiān)測房屋裂縫的長度變化和寬度變化。如果監(jiān)測多條裂縫得到的數(shù)據(jù)表明裂縫是運(yùn)動的，那表明該滑坡仍然在活動，如果監(jiān)測的結(jié)果是，裂縫寬度和長度無變化，那么說明該地質(zhì)災(zāi)害可能沒有發(fā)展。

例如，威寧縣新發(fā)鄉(xiāng)上甲溝、下甲溝、順發(fā)、大發(fā)等4個小煤窯，由于2003年以前濫采，導(dǎo)致某村多戶村民的房屋開裂。在2009年做威寧縣礦山規(guī)劃時，筆者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這些裂縫大部分都是老裂縫。經(jīng)過調(diào)查走訪，該片區(qū)房屋裂縫在2006年以后基本上沒有發(fā)展。根據(jù)上述裂縫特征，我們初步確定，該片區(qū)的地面沉降已經(jīng)趨于穩(wěn)定。后來，據(jù)新發(fā)鄉(xiāng)對該片區(qū)的簡易監(jiān)測，證實了這種說法。

3.4 根據(jù)裂縫的優(yōu)勢方向判定滑坡的滑向

表面上看單棟房屋裂縫各種各樣、雜亂無章，且毫無規(guī)律可循。通過對多個滑坡區(qū)域內(nèi)房屋裂縫的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，區(qū)域內(nèi)房屋裂縫的走向，具有明顯的優(yōu)勢方向，優(yōu)勢走向和滑坡后緣拉裂縫的走向基本一致?；碌幕蚧竞秃缶墢埨芽p走向近垂直，而滑坡后緣走向和房屋裂縫優(yōu)勢走向基本一致，因此可通過房屋裂縫的優(yōu)勢走向，確定滑坡滑向是可行的。

威寧縣中水鎮(zhèn)中水二中自2005年6月學(xué)校操場出現(xiàn)裂縫以來，學(xué)校圍墻數(shù)次倒塌，墻體開裂，坡體上出現(xiàn)張裂縫、局部垮塌、老墳毛石被拉裂等宏觀變形跡象。2011年7月份通過對校園圍墻，廁所，及附近居民區(qū)的房屋裂縫，以及滑坡后緣地面裂縫進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計得出，房屋裂縫的優(yōu)勢走向為30°(圖4)，滑坡后緣拉裂的走向為24°。通過對比，房屋裂縫的優(yōu)勢方向基本上和滑坡后緣拉裂縫的優(yōu)勢方向一致。因此驗證了，通過調(diào)查房屋裂縫的優(yōu)勢走向確定滑坡的滑向是可行。

圖4 中水二中房屋裂縫走向玫瑰花圖Fig.4 Strike rose diagram of house cracks in the second middle school of Zhong shui town

在野外調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，由于當(dāng)?shù)鼐用竦母骰蚪涤?，使得滑坡后緣裂縫變形跡象多為破壞滑坡后緣裂縫，針對這種情況通過對房屋裂縫調(diào)查，再結(jié)合當(dāng)?shù)卮迕駥σ哑茐牧芽p的位置及走向進(jìn)行測量、核實，從而得出滑坡的滑向是非常實用的。

3.5 大致確定采空區(qū)引起地面沉陷的位置

采空區(qū)引起地面沉降的邊界，基本上和采空區(qū)的位置一致。房屋的裂縫可以用來確定地下采空區(qū)邊界的大致位置，其主要理論依據(jù)是房屋裂縫的最大位置與地表水平變形的最大位置大致相對應(yīng)，一般距開采邊界的水平距離為0.4r(r為影響半徑)左右［5］。因此找到房屋裂縫最大的位置和影響半徑，可確定采空區(qū)的邊界位置。根據(jù)采空區(qū)的邊界，即可確定采空區(qū)引起地面沉降的邊界。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

(1)貴州威寧山區(qū)房屋裂縫的主要類型有斜向裂縫、水平向裂縫和豎向裂縫。

(2)非地質(zhì)災(zāi)害引起房屋裂縫在區(qū)域上表現(xiàn)為局部性及無規(guī)律性;在單棟房屋上表現(xiàn)為規(guī)模小，表生及非貫通性，雜亂性，安全性及停滯性。

(3)地災(zāi)引起的房屋裂縫在區(qū)域上表現(xiàn)為區(qū)域性、優(yōu)勢走向性;在單棟房屋上表現(xiàn)為規(guī)模大、貫通性、運(yùn)動性、滯后性及危害性。

(4)房屋裂縫對野外地質(zhì)災(zāi)害的調(diào)查有指導(dǎo)作用。可用于判定災(zāi)害的最近活動情況、滑坡的滑向、采空區(qū)建筑物損害的鑒定以及確定采空區(qū)的位置。通過野外實踐驗證，本文提及的房屋裂縫在野外地質(zhì)災(zāi)害中具有一定的指導(dǎo)作用。

4.2 建議

(1)在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)盡量多調(diào)查磚混結(jié)構(gòu)房屋。由于土生結(jié)構(gòu)的房屋，地質(zhì)災(zāi)害和工程引起的房屋裂縫區(qū)別不是很大，而且新、舊裂縫很難判別，而磚混結(jié)構(gòu)房屋的新、舊裂縫很容易判斷。因此在利用房屋裂縫的優(yōu)勢走向判定滑坡的滑向時，應(yīng)盡量多調(diào)查磚混結(jié)構(gòu)房屋的裂縫。

(2)在調(diào)查中應(yīng)多詢問、多記錄。村民對自己房屋變形歷史，往往觀察的比較清楚、仔細(xì)，但在詢問過程中不應(yīng)根據(jù)自己的主觀臆斷引導(dǎo)村民。在調(diào)查過程中應(yīng)遵循實事求的原則，詳細(xì)記錄。

(3)野外房屋裂縫的調(diào)查，大多是在土質(zhì)滑坡上，對巖質(zhì)滑坡未作詳細(xì)調(diào)查，因此本文提及的指導(dǎo)作用在土質(zhì)滑坡調(diào)查中應(yīng)該更為實用。

(4)調(diào)查時應(yīng)結(jié)合地災(zāi)等其他伴生現(xiàn)象進(jìn)行全面分析，甚至必要時補(bǔ)充以物探和山地工程，以求對地質(zhì)災(zāi)害的認(rèn)識更客觀、更科學(xué)、更合理。

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