山东省单县高韦庄地区地裂缝成因分析及防治

黄文峰，皇甫乾，张 楠

(1.菏泽市矿产资源勘探开发中心，山东 菏泽 274000;2.菏泽市地租征收处，山东 菏泽 274000;3.菏泽市土地整理中心，山东 菏泽 274000)

山东省单县高韦庄地区地裂缝成因分析及防治

黄文峰1，皇甫乾2，张 楠3

(1.菏泽市矿产资源勘探开发中心，山东 菏泽 274000;2.菏泽市地租征收处，山东 菏泽 274000;3.菏泽市土地整理中心，山东 菏泽 274000)

单县高韦庄地区地裂缝主要发生在黄河高滩地地区，地裂缝分布受较厚不饱和粉土、亚砂土层控制，由局部浅层水大幅升降或雨水诱发形成。此外，地表淤泥和淤泥质土产生不均匀沉降加剧对地表建筑物破坏。提出调整地下水开采层次和提高建筑物地基强度作为其防治措施。

黄河故道;地裂缝;粉土层、触变性;粘土层;防治措施

地裂缝为一种区域性的表生地质灾害。截至2009年，单县高韦庄地区地裂缝已破坏房屋80余间，涉及周边赵集、仁集等6个村庄，临近区域地质条件较为相似的曹县石香炉地区也发生过类似地裂缝和房屋开裂现象。

1 地质概况

山东省单县高韦庄镇位于单县西南，地处山东省西南部，鲁、豫、皖三省交界处，黄河故道北岸，面积65km2，现有人口4.2万。高韦庄地区河滩地、河成高地、有岗阶地、低洼地等微地貌发育，多为是沙壤性混合型土壤，适宜多种农作物生长。

该区沉积了巨厚的第四系地层，其厚度自东向西至西北逐渐增大。第四系厚度为450～600m不等，其下为第三系地层，下伏基岩为古生代二迭系砂页岩。第四系地层初步划分为中下更新统(Q1—2)，上更新统(Q3)，全更新统(Q4)3组。全新统(Q4)本组地层为冲积—洪积层。表层为黄河泛滥的冲积带，以粉土、亚砂土为主。在垂向上以亚砂、粉土、粘土互层，形成了复杂的地质结构。其沉积厚度一般为44～54m，该区临近砀山县谢集、郭庄、黄楼等处厚度为56.27～63.85m，此层常夹有1～3层黄色、灰黄色粉砂，单层厚度1.5～10m，大徐庄厚度达33.09m，均匀松散，以石英粒为主，颗粒分选较好，砂层呈透镜状，经常尖灭，在水平方向常发生相变。本组内赋存的地下水是目前农业灌溉开采利用的主要对象，此层为潜水和局部承压水。

2 高韦庄地裂缝分布特征

2.1 发育现状

高韦庄地裂缝首次发现于1993年，根据国土资源管理部门多次巡查结果统计，已导致80余间民房开裂，分布面积约9 km2。

(1)1993年夏，高韦庄赵集村内路面出现较大地裂缝，裂缝长度约10m，裂缝宽度约6cm可测深度0.5～2m，引起居民恐慌。

(2)2002～2008年，根据村民报告，陆续发现赵集、沈庄、仁集、张贺庄等多个村庄有民房开裂现象，部分桥梁出现裂缝，但地面没有明显地裂缝痕迹。开裂房屋大部分没有较好的地基，累计出现裂缝房近百间。整个地裂缝分布区域主要集中在地势较低地区。

(3)2010年，曹县望鲁集洼地西侧地区的石香炉地区出现房屋开裂现象。

2.2 发育特征

(1)地裂缝一般在冲积平原高滩地浅洼地区发育，尤其是沿黄河故道带沿线发生的频率非常高;

(2)地裂缝主要发育在浅表地层岩性以亚粘土、粉土、粘土互层为主的区域，其中具有涨缩性棕红色粘土层(俗称胶泥，可制作黑陶)厚度一般在1～2m(照片1)。

(3)地裂缝主要分布地势稍低地区，其中赵集村房屋开裂区大致沿NE向。分布区域面积约9 km2，表现为地面不均匀塌陷导致房屋开裂。地裂缝出现在干旱季节较多。

照片1 赵集村一取土坑5m以下棕红色粘土层揭露面

3 地裂缝成因及影响因素分析

3.1 地裂缝成因

高韦庄地区沉积有巨厚的第四系，当地没有大型矿山和大型工程施工。因此判断地裂缝的形成原因应为非构造裂缝。其受控于水位、地貌、地层结构等复合因素共同作用的产物。当基础条件具备时，致裂应力大于土层的连接应力，便能使土层开裂，形成裂缝［1］，进而造成下层粉土和不饱和亚砂土流失。强降雨、干旱和灌溉是促其发生的辅助条件，它可以加速发生和显现，致裂应力、基础条件、诱发因素三者共同构成地裂缝和地面塌陷的产生的充分必要条件。

3.2 影响因素分析

3.2.1 地形地貌

高韦庄地区地势平坦，系单县黄河故道滩区地势最高地区，属废黄河高滩地。南部略高，东西稍低，大部分海拔约55～57m。该区自中部向东西两侧、自南向北地势逐渐降低，河沟稀少，地形部位相对周边较高(图1)。与其西部11km处望鲁集背河洼地的地面高程相差达6～8m。其东部6km为山东省大二型水库——单县浮岗水库，总面积36km2，蓄水量0.96×108m3。该区为自然高滩地，微地域岗洼起伏，以及星罗棋布的片林、村庄村台、房台等人工构筑物。废河高滩地一般以壤质土为主，河床及和坡地多为沙质和沙壤质的泡沙土、沙土。高滩地低洼地区沉积为淤土、粉土、亚砂土及厚粘土层。高韦庄地裂缝区6个村庄普遍存在地势较为平坦的浅洼地区。1∶10000地形图显示，赵集村部分地区与村庄周边高程相差超过1m，所以有不少住户筑台建房，取土位置就位于房前或房后的坑塘地区，部分取土坑深度达超过5m，破坏了原始的沉积地层，这也成为地裂缝形成的隐患。

图1 1∶10000高韦庄镇赵集村地形图

3.2.2 地下水位

根据高韦庄镇东浮岗水库边监测井监测结果，该区地下水位一般在2.5～4.5m，丰水期、枯水期变化均在2m以内，地下水升降幅度不大，赵集村南一灌溉井水位7.2m，说明滩地水位与周边地区水位持平。但在高滩地浅洼地区，积水不易及时排除，多在各村坑塘沟渠内汇集，因此，干旱季节和汛期浅层地下水水位受地形、地势、土层和雨水影响较大，局部区域地下水短时间内变化大，加上人为因素如破坏隔水粘土层、农用浅机井、局民用井的大量汲水，可引起局部地下水的大幅升降，进而引起局部区域缺水、失水或积水，这是导致地裂缝产生的直接原因。以赵集村南一自然取土坑为例，20世纪90年代末的一次暴雨过后，一坑水在一日间消失殆尽，并形成地面塌陷，其原因应为粘土层人为破坏形成漏斗所致。

3.2.3 土层影响

单县2010年7月18～19日强降雨日后，赵集村一取土坑塘边出现冲沟，7月20日菏泽市国土资源局勘测人员对高韦庄镇赵集村进行了现场勘查，冲沟塌陷处淤土层和粉土层揭露，淤土层厚度约0.6m，粉土层厚未完全揭露。且粉土层上部仍为干燥状态，粉土层土块易碎，手碾摸时有颗粒感，湿土无黏性。强降雨并未影响到该层粉土。即其塑性、抗压、抗剪、涨缩性不受影响。勘查组对赵集村内部分房屋开裂户进行了2处浅钻验证，钻孔深度各6m，2钻孔各层序基本一致(层序见表1)。村内取土坑内5m深处有棕红色粘土层揭露，未完全揭露粘土层，厚度1.2～2m，应为首层隔水层。

组成粉土的主要粒组是粒径在0.005～0.075mm的细粒，其物理力学性质受主要粒组的控制，通常表现为孔隙小、透水性弱、结构性差、含毛细水等特点。接近于粉砂的粉土，其土粒间毛细压力微弱，土粒与土中水的相互作用不明显，表现出砂土的特性。在地下水位之上，毛细水含量低，结构紧密时，强度高，压缩性较小;孔隙内充满毛细水或重力水时，土一般呈稍密状态，压缩性高，力学强度低，在地震荷载作用下易产生液化，在水头作用下易形成流砂。黄河淤泥属现代沉积物，淤泥的主要特性是:天然含水率高于液限，孔隙比多大于1.0;干密度小，只有0.8～0.9g/cm3;压缩性特别高，强度极低，常处于流动状态，视为软弱地基。淤泥的自然结构变化十分敏感，结构及其强度受力破坏后能自动复原，这就是所谓的触变性。淤泥不宜作天然地基［2］，因为它会产生不均匀沉降，使建筑物产生裂缝、倾斜、影响正常使用。

表1 浅钻揭露地层层序

4 致灾原因

高韦庄地裂缝区位于高滩地地区，调查显示其地下水位低于周边地区，部分地区地表淤土层较薄且不均。地表淤土层、粉土层、粘土层受水环境影响性能变化较大。粉土层因地势影响，长期处于水位以上，呈不饱和状态。而地表淤土具有涨缩性，吸水后体积膨胀，释水后体积又大幅度收缩，这种反复胀缩活动使地表形成地裂缝，当地表受地裂缝影响或人为破坏造成局部有水头作用时，引起粉土层含水量变化，压缩性及力学强度改变，甚至造成粉土流失引发地面塌陷。通常在气候干旱或者旱涝无常，膨胀土含水量变化刷烈的情况下，地裂缝最严重。膨胀土地裂缝的规模一般都比较小，长度多在十余米，宽度不超过10cm，深度在2～3m。地裂缝形态多呈上宽下窄的“v”字形。在地裂缝活动的同时，常产生一定的侧向压力，因此引起局部地面隆起或下沉，加上村民垫土筑台建房，所筑地台、地基土质不均，更易造成局部受力不均，形成不均匀起伏。造成房屋开裂。而淤泥的触变性又可使房基破坏后复原，不易看出地基不均匀沉降。

此外，该区地表下5m的首层隔水粘土层如遭破坏，当地下水位迅速降低时也易造成部分粉砂土流失，在坑塘或取水井口周边形成塌陷或地裂缝。

5 防治措施

针对高韦庄地区地裂缝和地面塌陷，应采取以下措施。

(1)调整地下水开采层次，以开采Q4地层以下水层为主，禁止过量开采地下水，避免地下水位急速下降产生地裂缝。

(2)在地表建筑房屋时必须采取人工加固措施。如对地台进行压密、夯实，加速淤泥固结。有时可采用柱基，或在建筑物底部和上部采用适应于不均匀沉降的刚性圈梁、沉降缝等结构措施，以保证建筑物的稳定安全。

(3)禁止挖深坑取土破坏隔水粘土层，避免汛期形成漏斗并引发地面塌陷。

(4)对地裂缝经常发生的地段采取合理避让措施，已经出现裂缝的房屋建议根据需要进行加固或拆除，通过工程勘查选址另建。

(5)加强对该区地下水的日常监测，增加地下水观测井数。

［1］张熟，张成兵.沧州地裂缝分布及影响因素分析［J］.地质调查与研究，2006，5(3):91-95.

［2］郑国萍，汪良军.深层搅拌法在软基处理中的施工控制［J］.广东水利水电，2005，(s1):16.

1003-8035(2010)04-0133-03

P642.26

A

2010-07-23;

2010-09-17

黄文峰(1973—)，男，山东曹县人，高级工程师，现从事矿产资源勘探开发工作。

E-mail:laopang928@tom.com