郴州市苏仙区良田镇扶塘村4组地面及房屋变形成因分析

文／冯映相 湖南省矿产资源调查所 湖南长沙 410083

引言：

苏仙区良田镇扶塘村四组部分居民房屋及地面变形开裂于2019年12 底变形加剧。通过系统地收集分析相关资料，同时采用地表水工环地质调查、地形测量、物探、钻探、土工试验等综合手段，查明工作区地质环境条件，查明扶塘村四组部分村民地面及房屋变形的现状特征、划定其影响范围、分析其形成原因、预测其发展趋势，指导村民合理避险，同时为政府和相关部门妥善处理相关事宜提供科学的决策依据。

1.调查工作成果

（1）通过地表调查了解了区内主要房屋及地面变形、开裂的分布位置、规模、现状情况以及危害程度等。

（2）通过井下测量，基本查清地下开采形成的巷道、采空区形态、底板标高以及采空区高度，根据本次井下巷道测量结果，良田扶塘大理岩矿地下矿业活动均在采矿权范围内，未超深越界开采。

（3）通过物探测量，解译推测调查区地基下分布有饱和软弱层以及花岗岩孤石。

（4）通过对已有巷道井下调查工作，基本查明井下渗水点情况，矿坑排水情况。

（5）通过对房屋开裂变形区进行浅孔工程地质钻探和室内土工试验等手段，基本查明村民建房区内的地基土土层分布、性质等条件，同时对建房区不同区域的地基土进行工程地质条件类比，并验证物探重点异常点情况。

2.地面开裂、房屋变形危险性现状

本次调查共26 栋房屋，明显裂缝20 条，根据湖南宏尚检测技术股份有限公司2020年7月对湖塘村四组内房屋鉴定结果：其中8#廖振南、2#肖国荣、9#黄长付住房鉴定为D 级；黄剑宇、廖凯、李小平、黄青山4 户住房为C 级，其余住房为B 级。

出现地面开裂、墙体开裂、地基不均匀沉降房屋平面位置主要集中在东南角，其中房屋开裂最为严重的为2号、3 号房屋，墙体裂缝最大宽度达8mm，竖直沉降达15mm，已严重影响房屋安全使用；扶塘村四组黄剑宇等4 户部分承重结构承载力不能满足正常使用要求，局部出现险情，构成局部危房；廖振南等3 户承重结构承载力已不能满足正常使用要求，房屋整体出现险情，构成整幢危房；村内其余房屋结构承载力基本满足正常使用要求，个别结构构件处于危险状态，但不影响主体结构，基本满足正常使用要求。

3.地面开裂、房屋变形成因综合分析

扶塘村四组房屋地基不均匀沉降、开裂变形应该为多种原因共同作用形成。主要原因有工程地质条件、房屋结构及基础形式、地下水变化等因素。

3.1 地质环境条件影响

3.1.1 房屋所在区域地基工程地质条件差

（1）房屋位于较厚的不均匀的全风化花岗岩残坡积土

依据周边矿山的探矿资料，花岗岩全风化层厚度可达80m。根据本次调查，区内地表随处可见花岗岩孤石（花岗岩风化球），孤石直径0.5-9m；孤石在花岗岩全风化层中多有分布，多为单个存在，且分布不均匀；较厚的不均匀的全风化花岗岩残坡积土与花岗岩孤石相互夹杂，导致该区地基均匀性极差；当房屋基础部分坐落于残积土中，部分坐落于花岗岩孤石中时，坐于花岗岩孤石端的基础，由于其本身较为稳定，沉降变化少，岩质地基无变化，而坐于残坡积土的基础，土质松散、水敏性强易软化导致地基承载力变小，稳定性差，属不均匀混合地基土层。

依据本次调查以及钻探结果，在8#廖振南屋前施工的ZK6、ZK7、ZK1-8，其中ZK7、ZK1-8 位于房屋北端，这两个钻孔揭露到花岗岩孤石，分布地下4-6m，推测长度约7m，形态为南端上扬，北端下倾；ZK6 位于房屋南端，上部为填土、砂质粘性土，4.2m 以下为浅灰黑色砾质粘性土，呈软塑状、饱和，土质软弱，承载力小，稳定性差，当土体受房屋荷载以及自重固结时，地基受到上部传递的压力，南端基础相互影响高于北端基础相互影响，以及边缘处非受载区地基对受载区下沉有剪切阻力等共同作用的结果，使得地基反力在北端较高。当地基含水量变化时将产生不均匀沉降，致使房屋变形开裂。

（2）地基下伏软土、硬土分布不均匀

村组东部原始地形为梯田，后因村民建房需求，未对下部软土进行清淤换填，建房部分区域为原始田坎或残坡积土层，基础下部软土和硬土分布不均。建房后加载以及土体的自重固结过程中，因软土区沉降大，硬土区沉降小，形成不均匀沉降，导致上部房屋开裂变形。

依据本次调查以及钻探结果，在9#黄昌富屋前施工的ZK9、ZK10 两个钻孔， ZK9 位于房屋南端、ZK10位于房屋北端，ZK9 揭露0-2.2m 为人工填土，2.2-4.9m为耕植土，软塑状，温湿；ZK10 揭露0-1.8m 为人工填土，1.8-4.5 为耕植土，软塑状，温湿，该栋房屋原始地形为农田，村民建房未进行清淤，直接填方；调查该栋房屋南西角地表有一花岗岩孤石，直径约3.5m，村民直接以孤石为基础；当土体受房屋荷载以及自重固结时，地基受到上部传递的压力，屋前端基础相互影响高于屋后端基础相互影响，以及边缘处非受载区地基对受载区下沉有剪切阻力等共同作用的结果，使得地基反力在屋后端较高。这种作用使建筑物形成屋前沉降大、屋后端沉降小的正弯矩。结构中下部受拉，端部受剪，墙体由于弯剪主拉应力破裂，裂缝呈斜裂缝，其裂缝高的一端指向沉降大的一端，在高低交接部位层数低的部分产生裂缝，并向上朝着层数高的荷载重的部分倾斜。当地基含水量变化时将产生不均匀沉降，致使房屋变形开裂。

（3）人工边坡影响

房屋坐落在山地，建房整平区域为半挖半填，形成多处边坡陡坎，在农田上进行切坡和填方，填方整平后未进行分层压实，未完全自动固结时便已进行建房，后期土体自重固结，发生沉降、形成拉张裂缝，建房后存在半挖半填基础和砌筑不稳定边坡，且未采取有效支护方式，此区域房前地坪以及部分房屋开裂形成与此有关。

3.1.2 基础形式及房屋结构对地基高度敏感

房屋大部分为砖混结构，少部分为砖木结构，基础形式一般为条形基础、片石基础仅部分设有圈梁基础，据村民反映，房屋基础埋深一般0.7-2m，持力层主要为填土、耕植土、饱和粘性土，基础埋深不够；建筑时间多为上世纪90年代，时间相对较长，混结构整体性较差，抗拉和抗剪强度较低；可见房屋基础和结构对地基变形反应极为敏感，抵抗变形能力较差。

3.1.3 地下水变化引起地基软化而不均匀沉降

（1）降雨影响

扶塘村开裂变形区下部为较厚的不均匀花岗岩风化层，层厚较大，组成成分为残余花岗岩巨砾石与残坡积土体，不均匀分布。通过本次物探成果分析，该层动态变化较大，残余花岗岩巨砾石无储水条件，松散的残坡积土储水条件好，层内含水量不均匀，此含水层主要受大气降水补给，受降雨影响较大。

（2）地表水影响

扶塘村自西向东发育有两条溪沟，多沿房屋边流经，部分未硬化积水下渗，住房后坡体见有水渗出，浸润坡脚，并沿变形地面下渗至土体；地表溪沟水等地表水体下渗造成地基含水量饱和、土体软化，承载力下降，是诱发和加剧房屋变形开裂原因之一。

3.2 周边矿业活动影响

3.2.1 历史遗留采空区影响

该区北东分布有两处老窿，为历史遗留民采区，窿口已封堵，因其采空形态、规模、充水情况已无法现场核实，对本次房屋变形、地面开裂影响程度不清。

3.2.2 扶塘大理岩矿矿山巷道以及采空区影响

本次主要对离扶塘村四组村民住房较近的南采场进行导水裂隙带评价分析，利用“三带”理论，通过理论计算得到南采空区的裂隙带高25.4m，冒落带高度12.7m，顶板距离地面60m，矿体上覆岩层厚度超出导水裂隙带后，所以南采空区对地表形成采空塌陷的可能性小。

同时根据现场调查，从裂缝分布位置与地下采空的空间相对位置来看，二者相关性不大，据本次实测的井上井下对照图，主巷道标高在390m，巷道顶部据地面65m，巷道距最近民房水平距离33m，距地基不均匀沉降最近民房水平距离82m，且距离巷道较近的房屋未出现地基不均匀沉降等异常现象。现状调查已发生的地面变形以及房屋变形开裂均远离南采空区的裂隙带，因此扶塘大理岩矿地下采空区引发采空地面塌陷的可能性较小，对已有地面变形无影响。

3.2.3 扶塘大理岩矿地下抽排水影响

（1）历史巷道掘进过程中抽排水影响

根据询问调查，矿山主井巷道掘进过程中，打穿测水组砂岩掘进入石磴子组灰岩时（2019.5，距离主井口约120m 处）出现涌水，未见周边地面出现变形迹象，对本次房屋变形、地面开裂无影响；

（2）巷道探排水孔疏排老窿水的影响

结合调查情况以及根据矿方提供情况，井下调查见有4 处坑顶裂隙水下渗，形成断续的水滴，见有2 处坑底少量渗水，坑道内未见大量涌水现象，原有老窿1 的平均底板标高为438.7m，老窿内充水，停采后经长期地下水动态调节，地下水位已基本稳定。探矿施工的ZK301稳定地下水位埋深为15.80m，地下水位标高440.11m（2016.1.29），矿山所施工的探排水孔最低排水标高为391.65m，矿坑排水特别是打通老窿排水至使地下水位降深48.46m。形成了人工的地下水疏干排泄中心，造成周边地下水位下降。

式中：R 为地下水降落漏斗半径，m；

S 为地下水位降深，取48.46m；

K 为含水层渗透系数，取0.55m/d。

计算R 为145.38m。

矿坑排水疏干地下水位下降的影响范围是145.38m左右，可能影响到矿坑排水点周边的地下水位下降，矿山打通老窿时间与村民房屋集中变形开裂形成存在时间上相关性，根据地表变形情况，大致修正地下水降落漏洞范围，影响范围最南端至肖国荣家，矿坑排水不会单因子造成房屋结构性破坏，可能是加剧2019年12月17日扶塘村四组房屋集中变形开裂的原因之一。见图1

图1 变形区地下水补给及排泄示意图

3.2.4 爆破震动的影响

根据调查和初步分析地基所在的工程地质条件差（较厚不均匀全风化花岗岩残坡积层）；人为基础处理不当（未对局部软弱地基进行处理，未设置合适的基础形式），建房时间久远，基础结构老化，在地下水变化情况下，不可避免产生裂缝，爆破振动加剧了原有裂缝的发展，并非裂缝产生的主要因素，从《爆破振动监测评估报告》结果看，民房都在允许安全距离以外，不会单因子造成房屋结构性破坏，因其爆破振动速度为0.2528cm/s,可能会加剧已有裂缝变形发展，如L11、L18 的外墙垂直开裂。

3.3 小结

综上分析，调查区已发生房屋开裂、地面变形的机理可大致简化为:地基所在的工程地质条件差（较厚不均匀全风化花岗岩残坡积层）；基础与结构敏感（未对局部软弱地基进行处理，未设置合适的基础形式），这两者导致刚性地基与柔性地基共存，且房屋结构和房屋基础对地基高度敏感性，这是该区变形开裂的主要原因；当地表水下渗软化地基以及地下水水位升降造成地基含水量变化（降雨、溪沟水和化粪池渗漏、矿山排水）时，破坏原有平衡形成不均匀地面沉降，造成房屋开裂、地面变形；矿坑排水、爆破振动加剧了地面变形、房屋开裂活动。

4.地面不均匀沉降预测分析

调查区已发生地面开裂、房屋变形是由多种原因共同作用形成，根据现已发生地面不均匀沉降空间分布、形成原因等因素，结合调查区地质环境条件对地面不均匀沉降进行预测分析。

从下伏地质条件分析，扶塘村四组下伏基岩为花岗岩、村组北面为大理岩接触带，根据岩石风化特征分析，二者风化产物主要为砂质、砾质粘性土，不会形成大的溶洞以及土洞，现状条件该区地面塌陷地质灾害弱发育，因风化程度不均匀，主要影响地表的表现形式为地面不均匀沉降。

从扶塘村四组变形特征以及分布特征综合分析，矿坑疏排老窿水以及爆破振动可能加速了变形发展，地下水水位下降会加速地基土层自重固结，已有裂缝继续变形发展，也可能会形成新的变形裂缝。

2019年12月-2020年3月地面开裂、房屋变形明显阶段，自2020年5月以来房屋仍然继续变形；未来扶塘矿山开采不可避免抽排地下水，已受影响的房屋仍会继续变形开裂，未开裂变形的房屋也可能会发生变形；不能排除该区未来发生地面塌陷的可能。

5.防治措施及建议

5.1 房屋变形监测

地对已构成整栋危房及周边房屋住房立即撤离，并对危房进行拆除。同时对部分危房应加强监测，如有继续变形也应及时撤离；对区内其他已有房屋变形开裂、地基不均匀沉降区采取监测手段，监测房屋变形情况，可采用上漆法和贴片法监测裂缝变形。

5.2 地表水防渗

在对村内地表溪沟、排水沟、化粪池、水塘等进行防渗处理，尽量减少地表水下渗，对已有开裂地坪进行砂浆填缝处理，并对部分受损房屋结构进行适当加固处理，以满足正常使用要求。

5.3 基础结构调整

扶塘村四组位于较厚不均匀全风化区，村民如需建房应进行工程勘察、详细查明地基情况，采用合理的地基基础和房屋结构形式，保证地基持力层和边坡工程稳定可靠，提高地基基础和房屋结构的抗变形能力。

5.4 地下开采合理探放水

后续矿山开采应避免向南部村组掘进，并设置禁采区，防止浅部采空引发地面塌陷灾害发生。矿坑排水设计必须考虑引发上部地面塌陷的可能，避免单纯追求疏干工期的做法，应先探后采，及时隔离可能扰动变形区水位的水源；优先采用非爆破方式开采；未来采矿应严格规划管理，切实采取有效的方法将矿山对周边环境的影响降至最低，确保村民安全。

结语：

综上所述，扶塘村地质环境条件复杂、工程地质差，且矿山开采活动仍在继续，地下水变化难以控制，地基不均匀沉降和房屋开裂还会变形发展，可能会诱发地面塌陷地质灾害，建议政府结合新农村建设优先考虑对扶塘村整体搬迁集中安置方案，可根据房屋开裂危害实际情况分批实施，以实现长治久安和改善村民居住环境的目标。