山西某村房屋开裂变形破坏原因及防治措施

陈书平 马洪玉 张晓堃

(中国矿大岩土工程新技术发展有限公司，江苏徐州 221008)

0 引言

为了减少某村化工厂的含铬污染物对环境造成的污染，根据市、县环保局的意见对该村化工厂的含铬污染物进行永久填埋处理。自填埋坑开挖施工以来，周边房屋出现不同程度的裂缝，影响村民的正常生活与生产，部分房屋开裂较严重，裂缝宽度较大的房屋有坍塌的可能，对住户的生命安全构成威胁，部分危险房屋已经进行了拆迁，但是村中仍有较多的民房存在开裂变形。本文通过调查村庄周边的地质条件，深入分析了房屋开裂变形破坏的原因并提出了有效的防治措施。

1 房屋开裂变形概况

该村东北侧为填埋坑，其面积约262亩，深约80 m，边缘最近处离房屋仅有72 m;出现开裂房屋范围的东侧位于煤矿矿界内，如图1所示，该煤矿已于2000年以前关停，现今没有矿井开采活动。村庄周边大型的工程活动仅有其东北侧的填埋工程。

图1 山西某村开裂房屋的位置图

除已搬迁房屋外该村共有196户，其中1户出现严重交叉裂缝、上下贯通裂缝以及墙体严重外鼓、歪斜现象;5户房屋出现小于5 mm的水平错动及门窗严重变形现象;34户房屋的砖柱上出现水平裂缝及门窗略有歪斜现象;其余156户房屋的砖墙上出现宽度1 mm～3 mm的裂缝或无明显变形。

此外，较多民房屋内或院中出现地表裂缝而造成水泥地面或地板瓷砖开裂，或门口台阶错断;部分房屋院墙发生整体扭曲或歪斜，较为严重者歪斜幅度可达4 cm～5 cm;墙体歪斜导致院墙与院门门垛相接处开裂或门垛变形。

2 房屋开裂变形原因分析

2.1 填埋工程挖方施工的影响

根据走访调查，该村房屋整体的开裂时间顺序与填埋坑开挖回填时间顺序相吻合，且开裂时间较为统一。在离边坡较近的区域，裂缝宽度大且连贯性强，地面裂缝延展方向与边坡临空面走向方向一致(见图1)，而距离边坡较远的区域裂缝宽度相对较小且连贯性较差，裂缝分布较零乱，局部房屋内虽具有与边坡临空面走向相同的地裂缝，但较为分散。以上现象说明地面裂缝与边坡开挖较密切相关。

填埋工程在挖方削坡施工过程中，一方面挖方卸荷形成边坡临空面，随着临空面的形成，岩土体内水平应力被释放，边坡岩土体在水平方向将产生相应的卸荷变形，随着临空面暴露的时间延长，岩土体将产生向基坑方向的蠕变，随着卸荷变形和蠕变，在边坡顶部靠近临空面区域极易出现拉张裂隙，尤其是软弱岩土层边坡，卸荷变形和蠕变量较大，拉张裂隙相应较发育，这种拉张裂缝的走向基本与坡体临空面走向相一致，与该村出现的裂缝特征吻合。另一方面，随着填埋坑的开挖，引起地下水的渗漏，周边地下水位下降，在某些特定的含水层区域，可引起含水层固结变形，从而导致地下水位降落范围内地表产生沉降变形，诱发地表和地面建筑开裂变形。

此外，该填埋工程部分区域地下曾有过老窑开采的历史，该区域不但受到挖方削坡影响，而且坡体内岩土体的水平应力释放可能引起老采空区“活化”，从而影响场地的稳定性。

综上分析可知，填埋工程开挖卸荷引起的水平应力释放及边坡岩土体蠕变是该村房屋及地面发生开裂变形破坏的主要原因，但填埋工程完成后，其影响将彻底消除。

2.2 地下老采空区的影响

根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》［1］可知，阳泉地区开采深度在100 m～140 m内，长壁开采引起地表总的移动延续时间为145 d～220 d，考虑到该区为穿巷开采，地表移动延续时间约为长壁开采引起地表移动时间的40%～50%，即50 d～70 d后，由穿巷开采区域引起的地表移动变形即已结束，之后地表即进入缓慢的残余变形期。

本区域的房屋开裂时间多集中在2009年左右，整体上不符合采动影响的规律。根据搜集资料，现场勘查及地质调查，对地表残余变形值进行定量计算，评价场地地表残余移动变形值为:下沉0 mm ～9.5 mm、东西向残余倾斜 －0.01 mm/m ～0.045 mm/m，南北向残余倾斜－0.035 mm/m～0.03 mm/m，东西向残余水平变形 －0.01 mm/m ～0.01 mm/m，南北向残余水平变形 －0.008 mm/m ～0.006 mm/m。根据《建筑地基基础设计规范》［2］和《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》［1］判别老采空区产生的残余变形量不会影响房屋的安全。

通过对裂缝分布、形态的分析发现，距填埋坑较近区域地面裂缝走向与老采空边界走向相同，离采空区越远，裂缝延伸性越差，与采空区相关性较为明显。距边坡较远区域的老穿巷开采区房屋裂缝、地裂缝发育方向杂乱，无明显规律性，与采煤沉陷相关性较差。这主要是由于受老采空区影响范围内离填埋坑较近区域发生“活化”可能性较大，离填埋坑较远区域发生“活化”的可能性较小。

因此，该村房屋发生开裂变形破坏均与采动影响没有明显的相关性，可能与填埋挖方削坡工程造成的老采空区“活化”有一定的关系，与地下老采空区本身没有关系。

2.3 地基土的影响

根据走访调查，该村房屋的地基多以填土作为持力层且填土的分布范围及厚度变化较大;其物质组成以矿渣为主，掺杂有大小不一的砖块、碎石、粘性土，致使填土性质不均，易形成差异沉降。

同一房基下填土厚度及性质不均会大大增加房屋的不均匀沉降，极易导致房屋出现开裂。另外，由于填土在纵向上的不均匀性致使其渗透性不均，当地下水标高低于填土标高时，在填土内经常存在鸡窝状的上层滞水，进一步加大了填土地基下沉的不均匀性。

综上分析可知，村庄内分片分布的厚度不均、性质不同的填土是该村房屋发生开裂变形破坏的内因。

2.4 水文地质条件变化的影响

填埋坑施工后，该区地下水沿岩土层界面向矿坑内排泄，改变了地下水的渗流方向，并致使地表水水位下降。

由于该区域内地下水位流向、标高的变化，使得土体性质发生了相应的改变，地下水位降低致使土体压缩，含水层影响范围内的土层不均会使得土体压缩呈现出不均匀性，从而引起其上部房屋的不均匀下沉导致房屋不同程度的损坏。

综上分析可知，水文地质条件的变化是加剧该村房屋发生开裂变形破坏的诱因。

2.5 房屋质量和结构的影响

房屋质量比较差也是该村部分房屋发生开裂变形破坏的主要影响因素之一。调查发现该村同一区域小范围内，房屋开裂的程度有很大差别，现场可以明显看出房屋质量好的、结构强的、新建的开裂程度均较轻，而一些质量较差的、年久失修的房屋普遍开裂比较严重。

3 建筑物损坏等级分区及防治措施

3.1 建筑物损坏等级分区

由于该村建筑物位于矿区范围，局部可能受采空区影响，因此本次工作主要参照煤炭部门的评价标准，即国家煤炭工业局颁布的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》［1］。根据该规程中的砖石结构建筑物的破坏(保护)等级划分表对该村房屋破坏等级进行分区:该村整体损坏等级较轻，大多为Ⅰ级(156户)，仅局部区域个别房屋损坏等级达Ⅱ级(34户)、Ⅲ级(5户)、Ⅳ级(1户)。

3.2 防治措施

结合上述房屋开裂变形破坏原因，提出该村房屋开裂变形破坏的防治措施如下:

1)对于受损的已建砖混结构建筑而言，按照其损坏的分类级别，分别采用不同的处理方式，对于Ⅰ级损坏(极轻微损坏或轻微损坏)可不修或小修;对于Ⅱ级损坏(轻度损坏)的建筑物进行小修，一般采用墙皮铲除掉，重新进行粉刷或墙体内贴网粉刷;对于Ⅲ级损坏(中度损坏)需进行中度维修，一般采用双面钢筋网对墙体进行锚固固定，然后进行粉刷处理;对Ⅳ级损坏(严重损坏)应进行大修或拆除重建，一般是对无法进行锚固固定的墙体进行拆除重修，无法居住的拆除重建。

2)新建建筑选址应远离填埋坑且选择地基土质较好区域。并针对相应的情况采取相应的工程措施，如建筑物的形式力求简洁，以矩形为宜，限制建筑物的长度，过长的建筑物应设置沉降缝。同时加强基础及上部结构的刚度与强度，以减弱采空区及地基土引起不均匀沉降的影响，建筑物上部结构的刚度应与基础的刚度相适应。

3)建筑物基础和建筑首层、二层结构的配筋计算除考虑地基持力层的工程地质条件外，还应考虑老采空区“活化”引起的不均匀沉降。

4)建议对相对稳定及稳定性差的区域场地内的建筑物进行变形监测，设置长期沉降监测目标，定期进行沉降监测，监控建筑物的使用安全。

5)当填埋坑坡体侧地表变形较大时，应及时回填，并做好监测工作，谨防边坡失稳造成人员伤亡及房屋财产的损失。

4 结语

1)主要综合分析了该村房屋出现开裂变形破坏的原因。填埋工程开挖卸荷引起的水平应力释放和边坡岩土体蠕变是房屋以及地面发生开裂变形破坏的主要原因;村庄内分片分布的厚度不均、性质不同的填土是房屋发生开裂变形破坏的内因;水文地质条件的变化是房屋发生开裂变形破坏的诱因;房屋结构本身抗变形能力较差和年久失修也是村庄内房屋出现开裂变形破坏的主要原因之一;地下老采空区与该村房屋出现开裂变形破坏基本无关。

2)结合房屋开裂变形破坏的原因提出了防治措施。对于Ⅰ级损坏房屋可不修或小修，对于Ⅱ级损坏房屋进行小修，对于Ⅲ级损坏房屋需进行中度维修，对Ⅳ级损坏房屋进行大修或拆除重建;新建建筑选址应远离填埋坑且选择地基土质较好区域;建筑物基础应考虑老采空区“活化”引起的不均匀沉降;对相对稳定及稳定性差的区域场地内的建筑物应进行变形监测，监控建筑物的使用安全;填埋坑坡体侧地表变形较大时，应及时回填并做好监测工作。

［1］国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程［M］.北京：煤炭工业出版社，2000.

［2］GB 50007-2011，建筑地基基础设计规范［S］.