梁堤头村地裂缝和不均匀沉陷成因5.doc

曹县梁堤头地区地裂缝成因及防治冯超臣1黄文峰2郭世春2 1 山东省鲁南地质工程勘察院 山东 兖州 2721002 菏泽市矿产资源勘探开发中心 山东 菏泽 274000摘要：梁堤头村位于黄河故道（山东省曹县段）堤缘内侧，地势较高，地表接受最稳定的悬浮物颗粒沉积，逐渐形成类似盆地沉积的厚粘土层。该区地质灾害主要是由次生红粘土裂隙和地基不均匀沉陷造成的。建筑物的非均质土地基、基底厚粘土层裂隙、失水粘土的弹性降低等多种因素的存在共同导致了该区的房屋开裂和不均匀沉陷。可以采取加固地基和搬迁避让等方法进行防治。关键词：黄河故道 红粘土 地裂缝 沉陷 地基Liangditou Village Cracks and Uneven Foundation Subsidence Causes and PreventionFengchaochen1 Huangwenfeng2 Guoshichun2 Malong11 Shandong Provincal Lunan Geo-Engineering Exploration Institute，Shandong Yanzhou ，272100 2 Heze Mineral Resources Exploration and Development Center，Shandong Heze， 274000 Abstract：Liang embankment village is located in the old course of the Yellow River ( Shandong Caoxian) dike edge of the medial, higher ground, receiving the most stable suspension particle deposition, and gradually formed a similar basin deposition of thick clay layers. The geological disasters is mainly composed of secondary red clay crack and uneven foundation subsidence caused by. Building non homogeneous soil, thick clay layer fracture, loss of basal clay reduces the elasticity of a variety of factors such as the presence of common led to the housing cracks and uneven subsidence. Can take the foundation and method of prevention and cure of relocation.Keywords: The old course of the Yellow River, Red clay, Ground crack, Subsidence, Foundation曹县梁堤头镇梁西村已发现地裂缝和地基不均匀沉陷现象多年。2011年春季严重干旱，村内部分房屋开裂受损现象加剧。1 地形地貌曹县梁堤头镇梁西村，位于鲁豫交界黄河故道（曹县段）北侧，该村所在地高程平均大于63m，其东、西、北部地势迅速降低，高程降至52-54m，坡降达到1/50至1/10，该村地表沉积有巨厚的粘土层，北侧一窑厂揭露表层棕红色粘土层（俗称红胶泥，可制陶）厚度达5m，并有北向逐渐抬升的粉土层揭露，粘土层由南至北逐渐变薄（图1）。黄河属于季节性多沙性河流，由于河床淤积加高,，洪水经常漫溢河床，并在河床两侧断续形成与河床平行的高地，又称天然堤，它的沉积物比河槽沉积物略细，比河漫滩沉积物较粗，一般为粉土质砂，或砂质粉土。根据地形和地貌判断，该村为黄河故道自然堤向南改向形成的“堤头”，自然堤内侧为黄河故道，地势普遍较高，平均高程大于61m。东部石香炉村以东为黄河决口扇地区，决口点在黄河河道北岸，高程在决口处突然降低为5051m，决口扇沿宽度达1015km，高程在4852m之间，后期应为黄河改道断流， 因此扇状平原地势不再升高。决口扇东侧为单县高韦庄高滩地地区。图1：梁堤头村地形图Fig .1 Liangditou village Topographic map2 粘土层沉积成因及特征。2.1红粘土层形成黄河故道在该区呈明显的蛇曲状，其必然形成不规则的天然堤和河漫滩。梁堤头村，由于地势高，河道向南转向急，因此形成日益南推的河漫滩区。洪水期河水漫越河岸，河水变浅、流速骤减或停滞，越接近堤缘，沉积颗粒越细，因此在堤缘内侧接受最稳定的悬浮物颗粒沉积，逐渐形成类似盆地沉积的较厚的红粘土层。在河流相沉积中，发育的正旋回沉积中，一般是上细下粗，沉积物在河道中的搬运和沉积主要受河道流、越岸流及河道废弃作用。根据揭露地层层序，梁堤头村沉积层先后经历了早期河道沉积、自然坡积、河漫滩沉积及泛滥盆地沉积。2.2 红粘土层主要物理性质该区红粘土层为黄河冲击形成的次生红粘土层，主要成分为石英和高岭石，大部分原矿在酸性环境中形成，含硅、铁、锰、铝等氧化物并起到集聚胶结作用1。红粘土有高液限、高含水量、高空隙比、高塑性等特性。主要表现为四个特点：（1）过干和过湿均不宜破碎。（2）失水产生干缩裂缝，土体表层产生网裂。（3）厚度大粘土层易产生裂隙，深度可达24m，裂隙面光滑、发生发展速度快。（4）天然土体膨胀量不大，但收缩强烈。失水后膨胀率显著增加，且具有脱水干燥的不可逆性。3 地裂缝和地基不均匀沉塌陷原因3.1 地质灾害现状梁堤头地裂缝和地基不均匀沉陷区主要位于梁西村北部，该区粘土层向北逐渐变薄，粉土层抬升。干旱季节该区地裂缝明显，地表粘土层龟裂现象严重。部分裂缝宽度达到15cm，长度一般在2030m不等，深度24m。该区房屋开裂严重，60%房屋出现不同用程度开裂，部分围墙体有不均匀下沉或开裂、倾斜趋势。照片1 梁西村北侧NS向地层剖面，粘土层厚度15m。右为剖面表层崩解的粘土层。Photo.1 West Village on the north side of the beam NS to stratigraphic section, thickness of clay layer15m. Right for the profile surface disintegrating clay layer.3.2 灾害机理分析该区地质灾害主要是由地裂缝和地基不均匀沉陷造成的。梁堤头村农村建筑物地基多为人工筑填的粘土、粉土、粉砂土混合土层，基底为厚粘土层。厚粘土层是裂隙很发育的次生红粘土层。它含较多的粘粒。粘土的亲水性强，干湿效应明显，干燥时收缩开裂变硬，吸水时膨胀软化。因此土体结构在干旱季节易结构易遭到破坏以至崩解，产生较大裂缝。粘土层厚度越大，失水越多，其裂缝幅度越大。由此形成非均质地基和具有涨缩性裂隙的基底。地基不均匀沉陷是土层地基在附加应力作用下，基础底面(地基表面)各部位下沉量不均等，引起房屋开裂和地基沉陷而造成的灾害。地基不均匀沉陷一般发生在下列情况：地基由非均质岩土组成，如几种性质不同的岩土或各部分的风化程度、节理发育情况等相差很大；天然地基中存在构造破碎带、软弱夹层等；地基具有明显的各向异性特征或节理裂隙的存在,也使岩体有异向性性质；地基为并非线性弹性材料,具有复杂的复杂的非线性性质,如多数地基的弹性段很短，强度有一定限度等。因此，该区建筑物的非均质土地基、基底厚粘土层不均匀涨缩产生的裂隙、失水粘土的弹性降低等多种因素的存在共同导致了该区的房屋开裂和不均匀沉陷。4 地质灾害防治方法4.1 地基加固处理梁堤头村的地质灾害防治可采用地基加固处理和搬迁避让等方法。根据该村实际情况，该区地质灾害工程防治宜采用操作简便且成本相对较低的地基处理工艺。主要有以下3种。(1)粘土层石灰粉搅拌法通过深层搅拌机在地基范围内对粘土层进行搅拌，同时加入生石灰和粉煤灰进行稳定处理，生石灰和粉煤灰通过水化放热和吸水作用可使土粒重新排序，降低地基含水量，并通过离子交换形成抗压强度高、稳定性强的地基桩体。生石灰和粉煤灰比例为1:41:5混合，可提高早期强度和地基最终强度1。(2)土木加固法在地基中分层铺设土工格栅，利用格栅和粘土的相互作用力增加地基强度。格栅可以以1020cm厚度的石英砂作为铺垫，填土压实厚度2030cm。一般有23层格栅即可。(3)强夯加固法将破碎水泥桩体或石料等强行夯入地基，形成复合桩体，使加密的地基土层和桩体形成强度较高的硬壳层，降低其压缩性和膨胀性。4.2 搬迁避让对粘土层厚度很大，且地裂缝反复出现的梁堤头村北区，该区房屋如继续开裂，建议进行搬迁，避开裂缝带严重地区，不宜在原址重建。新址选择应考虑地基基础条件，进行必要的工程勘察，在粘土层、粉土层均匀分层且厚度不大的地区应适宜建房。经充分论证后集中进行搬迁避让。结语：黄河流经鲁豫交界处，形成曲流河、辫状河和复杂的地形地貌，平原上缓岗(自然堤)、洼地、泛淤平地、沙丘、沙岗、小型冲积扇等微地貌的交错分布,使一望无际的大平原上微地貌略有起伏2。在地势较高的滩地和粘土较厚的盆地、洼地均是地裂缝等地质灾害的高发区，建议对该区地形、地貌、地层进行详细的调查勘测，形成大比例尺的地质灾害易发区分布图。同时建议在梁堤头村禁止附近砖瓦窑厂对村庄周围的堤坡进行采挖，防治粘土层过量失水，导致裂隙加剧。参考文献：1 王晶，江巍等.红