河南省清豐縣前游子莊村地面塌陷治理探析

羅志吉，李榮有

(河南省航空物探遙感中心，河南鄭州450053)

地面塌陷是指因自然動(dòng)力或人為動(dòng)力造成地表淺層巖土體向下陷落，在地面形成陷坑且對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境造成的災(zāi)害。地面塌陷如發(fā)生在村莊內(nèi)，造成的危害將更加嚴(yán)重。

河南省清豐縣前游子莊村自20世紀(jì)90年代初，每逢雨季便會(huì)發(fā)生規(guī)模不等的地面塌陷，造成村內(nèi)積水內(nèi)澇，部分房屋開裂等現(xiàn)象。

1 概況

前游子莊村位于清豐縣南部，南距濮陽市區(qū)約10 km，村莊西臨馬莊橋鎮(zhèn)，交通便利。村莊東西長(zhǎng)約1 200 m，南北寬約400 m，總?cè)丝诩s3 000人。

屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫13.5℃，年平均降水量592 mm，降雨集中在7-9月份，占全年降雨量的70%左右，年均蒸發(fā)量1 726.3 mm，每年5-6月份蒸發(fā)量最強(qiáng)烈。村莊內(nèi)無河流通過。

屬黃河沖積平原，地面平坦，起伏較小，地面標(biāo)高在50 m左右。淺部地層為第四系全新統(tǒng)上部粉土層，為歷史時(shí)期黃河沖積而成，形成時(shí)間短，固結(jié)度低，土質(zhì)較疏松。

淺部地層為第四系全新統(tǒng)，遍布全區(qū)，多屬?zèng)_積，極少部分為風(fēng)積，底板埋深一般為24～30m，古河道地帶較深，達(dá)35～40 m:上部為灰黃及淺灰色粉土、粉質(zhì)粘土和泥質(zhì)粉砂，具水平層理，局部富含淤泥質(zhì)。下部多為灰黃、黃色細(xì)粉砂，細(xì)砂夾粉土夾層。古河道帶砂層多且厚，一般1～3層，單層厚度10～20 m，最厚者大于30 m。

位于華北坳陷南部之內(nèi)黃凸起近東部邊緣地帶，與東部的東明斷陷活動(dòng)構(gòu)造單元相鄰，以北北東向的新華夏式斷裂較為發(fā)育，均為隱伏構(gòu)造，其所在的內(nèi)黃凸起構(gòu)造單元，基底埋藏淺，上覆新生界地層薄，在清豐一帶的第四系松散堆積層厚約160 m，下伏古生代地層。

新生代以來發(fā)生的大面積沉降運(yùn)動(dòng)，沉積了松散巖類沉積物，淺層地下水以第四系松散層孔隙水為主，含水層多為沖積松散粉細(xì)砂層，地下水位埋深18～22 m。

地層為第四紀(jì)沖積地層，主要以雜填土、粉土及粉砂、粉質(zhì)粘土為主。尤其是淺部松散沖積層以粉土層為主，間夾粉細(xì)砂層和粘土夾層，近地表部分以粉土為主，粘結(jié)性差，土質(zhì)較疏松，固結(jié)程度低，孔隙比高，滲透性強(qiáng)。

工程活動(dòng)除了建造房屋、道路以及電力工程外，大部分村民家都開挖紅薯窖、打水井，村中打水井的頻率較多，對(duì)地表土體擾動(dòng)較大。

2 地面塌陷特征

(1)地面處表現(xiàn)為橢圓狀或渾圓狀，直徑在0.4～1 m，最大可達(dá)6 m，深度1～3 m。

(2)近地表部分多為直立狀或緩傾斜狀;

(3)下部可呈樹枝狀，填充或半填充狀，斷面成幾何不規(guī)則形的滲流通道，且有相互貫通的現(xiàn)象。

3 工程勘查

開展了1:100 0地形測(cè)量、水文地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、高密度電阻率測(cè)量、視電阻率垂向電測(cè)深測(cè)量、工程鉆探、土工試驗(yàn)和探井等工程。

潛蝕作用是形成地面塌陷的重要原因:歷史時(shí)期村中大街為一引水渠道，在其運(yùn)行期間，由于地表土體密實(shí)度低，透水性較好，土體松散，沿渠道帶及其兩側(cè)淺部土體產(chǎn)生了強(qiáng)烈的潛蝕作用，為地面塌陷的形成提供了條件。

隨著近些年人類工程活動(dòng)的增加及地表破壞的加劇，在暴雨積水的條件下，積水順著地表破壞形成的裂縫、孔隙等滲入下部土體，當(dāng)下部土體被水流掏空后，再繼續(xù)在沖刷和侵蝕的作用下，大量積水呈漩渦狀灌入，地表處即形成一個(gè)塌陷坑(圖1)。

圖1 塌陷機(jī)理示意圖

4 地面塌陷治理措施

4.1 治理思路

(1)在地面塌陷發(fā)育嚴(yán)重區(qū)，布置注漿孔，注漿加固已有地面塌陷災(zāi)害點(diǎn)。

(2)修建排水渠，配套排水設(shè)施，建立通暢的排水系統(tǒng)。

(3)布置綜合水文地質(zhì)鉆井，監(jiān)測(cè)地下水水位、水質(zhì)和水量，同時(shí)可作為供水井給村民利用，并配套安裝相關(guān)設(shè)施，并修筑供水管路。

4.2 方案工程設(shè)計(jì)

4.2.1 注漿工程

塌陷坑大多已被填充，填充物為磚石、稻草、粉粘土等雜物，考慮到土體的力學(xué)特性，本次注漿采用劈裂注漿(圖2、表1)。

圖2 劈裂注漿示意圖

表1 注漿孔設(shè)計(jì)參數(shù)

4.2.2 排水工程

村中地勢(shì)比周邊低，利用自然坡降無法排水，在中心大街設(shè)計(jì)P1、P2排水渠，由東向西排水，在村西頭設(shè)置泵房，利用水泵將水抽排到P3排水渠，向北排入東一干渠(圖3、表2)。排水渠上加預(yù)應(yīng)力混凝土實(shí)心蓋板封死;在巷口處鋪設(shè)水篦。

圖3 排水渠工程示意圖

4.2.3 綜合水文地質(zhì)鉆井

設(shè)計(jì)井1眼，井深 500 m，設(shè)計(jì)出水量 40 m3/h。井 深500 m;鉆井口徑:0～100 m，鉆井口徑 φ500 mm;100～500 m鉆井口徑φ350 mm。井管結(jié)構(gòu):0～100 m井管為φ273×6 mm螺旋鋼管;100～500 m井管為φ159×6 mm螺旋鋼管。濾水管為同徑濾水管，根據(jù)測(cè)井資料確定濾水管層位。

根據(jù)當(dāng)?shù)鼐用褡罡呷丈钣盟?，設(shè)計(jì)采用3 t氣壓罐，村中可每日分3次，每次2個(gè)小時(shí)集中供水，滿足當(dāng)?shù)毓┧枨蟆?/p>

為了控制供水線路，方便維修供水管路的維修，在水井與壓力罐之間安裝截止閥與蝶閥，壓力罐與供水管路之間安裝蝶閥，在中西大街南北兩側(cè)主供水管東西兩側(cè)安裝蝶閥，所有閥門均修筑閘閥井(圖4)。

圖4 閥門安裝示意圖

在中心大街南北兩側(cè)排水渠外側(cè)安裝鋪設(shè) PE供水管道DN160，在巷口留設(shè)變徑三通 DN160-110，并修筑檢查井。

表2 排水渠流速及設(shè)計(jì)尺寸一覽表

4.2.4 水文監(jiān)測(cè)

主要監(jiān)測(cè)各含水層的地下水位、水量及地下水水質(zhì)變化。

水位監(jiān)測(cè)利用綜合水文地質(zhì)鉆探井監(jiān)測(cè)。水質(zhì)監(jiān)測(cè)是通過采取水樣，對(duì)其化學(xué)成份進(jìn)行監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)對(duì)淺層水污染組份進(jìn)行檢測(cè)。水量監(jiān)測(cè)對(duì)水文井出水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)(表3)。

表3 地下水監(jiān)測(cè)工作量表

5 結(jié)語

項(xiàng)目的實(shí)施能夠解除村民地質(zhì)災(zāi)害的恐慌心理，避免財(cái)產(chǎn)損失，解決最基本的安居條件，指導(dǎo)農(nóng)村建設(shè)規(guī)劃，使生態(tài)環(huán)境得以恢復(fù)，促進(jìn)了人與自然的和諧，減災(zāi)效益顯著。

［1］滕光亮，武少菁，趙修軍，等.河南省清豐縣前游子莊村地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害防治項(xiàng)目勘查報(bào)告［R］.鄭州:河南省地球物理工程勘察院.2012.

［2］武少菁，滕光亮，趙修軍，等.河南省清豐縣前游子莊村地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害防治項(xiàng)目設(shè)計(jì)書［R］.鄭州:河南省地球物理工程勘察院.2012.