大方老城區(qū)地表建筑物變形機制研究

林德洪 田維強 胡麗

摘要：本文通過對研究區(qū)地表裂縫、地下水位、深部位移的監(jiān)測，結(jié)合大量的現(xiàn)場調(diào)查和試驗綜合分析，認為引發(fā)研究區(qū)域地表建筑開裂變形的主要因素不是斜坡蠕滑變形，而是地下水動態(tài)變化因素引起的。研究結(jié)果表明具體影響因素有兩點：一是近年來工程活動加劇地下水位的變化速率和頻率，使原來就存在的不均勻沉降現(xiàn)象變得更加劇烈，致該區(qū)土層產(chǎn)生顆粒結(jié)構(gòu)變化、土體強度變化;二是發(fā)生開裂變形的房屋其基礎均為漿砌石條形基礎，且基礎寬度和埋深多數(shù)沒有達到規(guī)范要求的理論值。

Abstract： Based on the monitoring of surface cracks， groundwater level and deep displacement in the study area， combined with a large number of field investigations and comprehensive analysis of tests， we concluded that the main factor causing surface building cracking and deformation in this area is not creeping deformation of slope， but groundwater dynamic variation. The research results show that there are two specific factors： firstly， in recent years， engineering activities have intensified the change rate and frequency of groundwater level， which makes the original existence of uneven sedimentation phenomenon more severe， resulting in the change of grain structure and soil strength of soil layer; secondly， the foundation of cracked and deformed buildings is slurry masonry strip-shaped base， and most of the foundation width and buried depth do not reach the theoretical value required by the code.

關(guān)鍵詞：大方縣;地下水位動態(tài)變化;地表建筑物變形;不均勻沉降

Key words： Dafang County;groundwater dynamic variation;surface building deformation;uneven sedimentation

中圖分類號：TD823.7?????????????????????????????????? 文獻標識碼：A????????????????????????????????? 文章編號：1006-4311（2020）28-0132-02

0? 引言

資料[1，2，3，4]顯示，在大方縣城斜坡區(qū)并不是到了上世紀90年代初才開始出現(xiàn)地表建筑開裂變形現(xiàn)象，而是在上世紀90年代初出現(xiàn)較為嚴重的地表建筑開裂變形現(xiàn)象，并引起居民們的重視。進一步核實該區(qū)在上世紀90年代之前就存在地表建筑物開裂變形現(xiàn)象，只不過沒有造成經(jīng)濟損失和人員傷亡，沒有引起居民及管理部門的重視。另外一個因素則是該區(qū)在上世紀七八十年代前多為木房及土墻房屋，其中木結(jié)構(gòu)房屋抵抗變形的能力較強，輕微變形不易被察覺;而土墻房屋則是比較容易開裂變形，墻體出現(xiàn)裂縫較為普遍和常見容易被忽視。而到了改革開放以后，大量的老舊居民房被拆除，重建為2-3層的磚混結(jié)構(gòu)房屋，同時在該斜坡區(qū)開始了逐漸激烈的工程建設活動，到90年代初在一些建房較為密集區(qū)，工程活動較為強烈區(qū)，建房較早的區(qū)域出現(xiàn)了較為嚴重的地面開裂、墻體開裂的現(xiàn)象，給當?shù)氐某鞘薪ㄔO帶來極大的困擾。

2015年至2017年在該區(qū)北部老縣醫(yī)院一帶開展了一項巖土工程監(jiān)測項目及一項巖土工程勘察項目，這兩個項目取得了大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)、巖土體參數(shù)和水文參數(shù)。通過比對大方縣老城區(qū)原二中內(nèi)的一個墻體裂縫（2#點）監(jiān)測點及一個深部位于監(jiān)測點（南4點上、中、下）的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，地表裂縫隨在地下水變化較為激烈的時間內(nèi)持續(xù)擴大，由開始監(jiān)測時的13mm增加到28mm，在地下水位變化不明顯時基本無變化;而深部位移則更明顯的跟隨地下水位的漲落發(fā)生波動變化，最終的累計變化僅為6mm。通過對這些數(shù)據(jù)的深入分析，發(fā)現(xiàn)地表建筑開裂變形與深部位移不具有同步性，初步認識到了引發(fā)大方縣老城區(qū)地面及建筑物開裂變形的機制。

1? 地質(zhì)環(huán)境條件簡介

研究區(qū)位于烏江一級支流落腳河東岸斜坡中上部，總體地貌為河谷斜坡地貌，自東向西可明顯地劃分為五個地帶[3]，老城區(qū)處于第四地帶，海拔1710～1620m，平均坡度約7°。出露地層巖性第四系為人工填土層及坡積土層含碎石粉質(zhì)粘土、偶夾大塊石;基巖為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M砂巖、泥巖、頁巖夾炭質(zhì)頁巖及粉砂巖。該區(qū)地下水豐富，按賦存介質(zhì)分為第四系松散巖類孔隙水和碎屑巖類基巖裂隙水，其中第四系松散巖類孔隙水埋藏淺，一般0-5m;根據(jù)抽水試驗該區(qū)孔隙水含水層單位涌水量q一般為0.204～0.470l/s，滲透系數(shù)K為1.37～6.77m/d，給水度μ約4.7×10-4～6.5×10-2，水力坡度i平均約78‰。

2? 老舊房屋基礎結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

調(diào)查顯示在大方縣老城區(qū)超過80%的房屋為老舊的磚混結(jié)構(gòu)房屋，地基為淺埋漿砌石條形基礎，僅有少部分辦公樓及樓層數(shù)超過5層的居民樓采用了淺埋漿砌石條形基礎加鋼筋混凝土圈梁。其中3層以下的居民自建房屋完全是居民根據(jù)經(jīng)驗建成的，基礎埋深一般為0.3～0.8m，寬度一般為0.5～1.02m。毛石一般為為灰?guī)r、砂巖、泥質(zhì)砂巖塊石，砂漿為石灰砂漿及水泥砂漿，砂漿強度普遍不高。

3? 變形機制及影響因素分析

3.1 地下水滲流引發(fā)土體內(nèi)部發(fā)生接觸流土

根據(jù)滲透力的概念，土顆粒對地下水滲流有阻力，那么由此也可以證明滲流作用會對自由水面（地下水水位）以下的所有土顆粒產(chǎn)生推動、摩擦和拖拽的作用力，表現(xiàn)為土體中極細的顆粒將首先在滲透力的作用下位移發(fā)生流土現(xiàn)象。鉆探資料顯示研究區(qū)土層中不均的夾有塊徑達3.0m的灰?guī)r、粉砂質(zhì)泥巖塊石，加之受斜坡的自然水利坡度影響，土體結(jié)構(gòu)及地下水水頭差Δh具有各向差異，由此會發(fā)生差異滲流引發(fā)流土不均勻現(xiàn)象。

如圖1所示研究區(qū)中部，在圖中A區(qū)域內(nèi)粉質(zhì)黏土細顆粒含量較低，在稍濕工況下現(xiàn)場搓條不易成型，易斷、易散;但是在B區(qū)則目測都能發(fā)現(xiàn)其細顆粒比A區(qū)多，讓其失水至稍濕工況下搓條時有輕微粘手的情況，搓條均能成型。根據(jù)楊建等人的研究，這種現(xiàn)象是由于含碎石粉質(zhì)黏土在不同應力狀態(tài)下及水力坡降不同的條件下引發(fā)的不均勻性接觸流土現(xiàn)象。進一步分析，認為不均勻性接觸流土會導致土體內(nèi)部的顆粒結(jié)構(gòu)隨時間的推移發(fā)生不均勻變化，并使得當土體內(nèi)局部細顆粒含量減少到了土體骨架孔隙率過大，其結(jié)構(gòu)不足以支撐土體自重時，土體在自重壓力及地下水位動態(tài)變化時將會產(chǎn)生結(jié)構(gòu)擠密，由此則會引發(fā)局部區(qū)域發(fā)生地面輕微沉降，這一過程是長期存在的，當累計到一定量時就會引發(fā)地面開裂及房屋墻體開裂變形。

3.2 地下水位動態(tài)變化對地基土強度的影響

已有生產(chǎn)實踐及研究成果表明[5]，地下水位動態(tài)變化對土體強度影響極大，對已有工程的地基穩(wěn)定性會產(chǎn)出很多不利影響。根據(jù) G.G.M eyerhoff理論，中心受壓條形基礎的地基土強度，主要受粘聚力c及旁側(cè)荷載σ0影響，地下水位的上升會使土體骨架的孔隙內(nèi)充滿重力自由水，土顆粒會失去毛細水壓力及結(jié)合水作用力，從而降低土的內(nèi)部粘聚力c及旁側(cè)荷載σ0，由此導致土體的土質(zhì)軟化、強度降低[5]。

試驗數(shù)據(jù)顯示，研究區(qū)土層的地基承載力特征值在天然工況下一般為150kPa至220kPa，飽和工況下一般為100kPa至180kPa。工程建設時如果處理不當，將會給建筑物帶來較大的麻煩，其中最主要的就是沉降變形，特別是當遇到地基土內(nèi)局部區(qū)域含有大塊石或土層厚度有較大差異的情況，則會發(fā)生不均勻沉降。以研究區(qū)1～3層磚混結(jié)構(gòu)的房屋為例，對大方縣老城區(qū)居民房的基礎合理性進行分析，發(fā)現(xiàn)該區(qū)房屋基礎的寬度及埋深很少能夠達到規(guī)范要求的理論寬度。那么在長期降雨后引發(fā)地下水位上升至地基土范圍內(nèi)時就會導致局部不滿足強度要求，進而引發(fā)地基土不均勻沉降變形。

4? 結(jié)語

地下水水位變化對地基土的影響主要有兩個方面：一是地下水滲流作用引發(fā)流土沉降變形，二是地下水升高導致地基土質(zhì)軟化、強度降低。

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基金項目：貴州省地礦局局青年科研項目【黔地礦科合（2015）13號】。

作者簡介：林德洪（1983-），男，云南馬龍人，高級工程師，研究方向為環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、生態(tài)環(huán)境調(diào)查、巖土工程勘察等。