地面沉降地質災害的原因與防治方法

巫永忠

摘要：地面沉降屬于一種常見的地質災害，危害非常大。造成地面沉降的因素不僅和地下水有關，而且還和地層巖性結構、土質類型、水文地質條件、固結歷史、壓縮性大小等相關。本文結合實際案例，首先對地面沉降出現的原因進行了分析，然后采用加強地基質量評估、加固地基、加強地基監測等措施對地質災害進行防治。

關鍵詞：地面沉降；地質災害；地層結構

地面沉降主要是在人為因素和自然因素的影響下產生較大幅度的變化，由于長期對地下水進行過量開采，導致區域內地下水持續降低并隨之出現了附加應力。一方面導致孔隙水壓力轉移到含水層骨架上，導致含水顆粒之間的應力增加，含水層排水壓密出現彈性變形；另一方面含水層底板黏性土中的結合水會滲入到含水層，使黏性土出現固結，出現永久變形或塑性變形，因此地面沉降主要是由于水資源過度開采和地質條件不良共同作用下造成的。

1.工程概況

某地區總占地面積17512km²，是我國工業化程度比較高的地區，該地區內出現了嚴重的地面沉降。該區域主要為泥灰巖、白云巖、灰巖等，地貌結構錯綜復雜、斷裂和褶皺租用強烈，基底地形非常復雜，存在多個發育軟土層和含水沙層，地質歷史時期賦存了非常豐富的地下水。

2.地面沉降出現的原因

2.1人為因素

人為因素會造成地面沉降現象的發生。通過調查可知，地下水長期超負荷開采是造成地面沉降的主導因素。為了提高施工的成效性，對地下水的開采量不斷加大，甚至進行無節制地開采，使得地表沉降問題日益突出。該區地面沉降涉及面廣，而且沉降差異性較大，沉降量超過200mm的區域涉及五個鎮區。

2.2地質因素

（1）地層結構對地面沉降的不良影響。地層結構會對地面造成一定的沉降影響。通常情況下地層結構有兩種類型：①平原區。該地區平原區由于下伏基巖的深度較大，所表現出來的沉降分布較為均勻，對建筑物的影響也是較為緩慢式的整體均勻沉降。②基巖起伏區，與平原區存在很大的差異，基巖起伏區的下伏基巖會產生顯著地地面沉降現象，從而造成地表裂縫現象的發生。按照下伏基巖的差異性可將地面沉降分為孤潛山型、基巖山邊型、第四系不均勻沉陷型、巖溶塌陷型四種類型。

（2）地層巖性的影響。造成該區域地質災害的主要因素是地層巖性。在工程施工中對地下水長期地過度開采是引發地下水下降的主要原因。地質災害類型受到地質條件的影響程度較大，災害的程度大小不僅與地下水位地下降深淺有關，而且還與地層結構有著密不可分的聯系。一般而言，沉降嚴重的區域大多數為黏性土層較厚的地方，黏性土是地層中重要的壓縮層。黏性土的物理力學特征對沉降量的大小有著一定的影響力。對該地區原狀土的室內壓縮試驗表明，黏性土的深度為10m以內的，其超固結程度較高，而當黏性土的深度達到60m～90m時為正常狀態下的固結土。通過對圖1進行分析，可得出如下信息：①II承壓含水層頂板以上的黏性土是沉降易發生區域。②隨著黏土層沉降量的增加，土層厚度也會得到不同程度的增加。③土層的沉降量與物理力學性質有關，超固結比越小，黏土的含水量也越高，而且孔隙比也會越大。

（3）固結歷史的影響。通過對該地區1989年～1997年的地下水位進行監測分析可知，該地區地下水位呈現出明顯地下降趨勢，而且每年的沉降量也不同。假設地下水位地下降為不斷加荷的過程，而地下水位的上升則為卸荷的過程，圖2反映出正常固結土卸載一再壓縮過程，從圖2中可知在初始階段回彈曲線并未與加載曲線ah相重合，當卸載到0時，土樣的孔隙比還沒有完全恢復，這也充分說明了一部分土發生了壓縮變形現象，也叫作塑性變形，恢復原樣的土層被稱作彈性變形。對圖2進行分析可知土的再壓縮曲線明顯小于原壓縮曲線斜率，這點也表明土經過再壓縮后，2018年第五期水文地質、環境地質、工程地質壓縮性能會顯著降低。對于欠固結土來說，隨著孔隙水的不斷消散，孔隙比也會不斷降低，土體壓密產生塑性變形，而對于超固結土來說，由于前期固結壓力已處于超密實狀態，因此地下水的降低不會對地表造成不良影響。地面沉降的變化幅度會隨著時間地推移而逐漸減少，最終處于平穩狀態，換句話來說就是地面沉降是有一定限度的。

（4）土層含水性的影響。根據該地區土層含水情況看，“欠固結”土層被壓縮主要是因為弱含水層自身的“孔隙水”被釋放造成的，作為含水層持水的上下隔水層，如果其間夾著的含水層疏干、失水時，會使包含的地下水箱含水層滲透補給，靜水壓力會損失，使土層中骨架顆粒原本的應力狀態發生改變，導致顆粒之間的孔隙變小，使土體進一步壓密。

3.防治措施

（1）通過對全區所有地下水的統一規劃和管理，避免對地下水的盲目開采，定制完善的管理機制。

（2）通過長期有效的落實開采計劃，逐漸調整水資源結構，逐步降低水資源的使用量。

（3）通過對城市建設項目的危害評估，對嚴重危害地下水的建設進行評估和審核。對建設項目嚴重荷載，對增大地面附加沉降的項目和潛在沉降的項目直接取消。

（4）路基軟土處理措施。對于分布的軟土路基，需要根據軟基的分布性質、分布特點，對路基穩定性和路基沉降進行驗算后，采取相應的軟基處理措施。

（5）橋位區域的軟土地基可以根據樁基四周堆載情況，考慮軟土段負摩阻作用，同時進行路基軟基和橋臺范圍軟基的處理措施。一般可以使用CFG樁、粉噴樁、管樁等軟基處理措施進行處理，采用這種方法進行處理可以有效避免產生過大的沉降差，避免橋臺跳車的發生概率。

（6）提高軟土路基沉降預警、觀測、預報等工作的管理力度，地基處理完成后要根據規范要求檢測施工質量，一般可以選擇單樁負荷地基載荷試驗或鉆芯法對施工質量進行檢查。

（7）在進行城鎮規劃建設時，要將供水區域布置在遠離建設區或者水文地質條件上對城鎮建設影響比較小的地段。當某個地區進行大量抽水后，雖然短期內該地區不會出現地面沉降，但是受滯后效應的影響，經過多年時間在完成沉降積累期后，土層會發生“質”的變化，所以在對城鎮建設進行規劃時，要注意避開“質變”期，對城鎮技術建設的周期和內容進行合理的規劃，保證基礎建設工程的統一和穩固。

（8）對含水層進行保護。要結合實際情況，對含水層實施存儲性保護，使用人工回灌的方法對含水層進行人為的修復和處理，從而保證某區域范圍內地質環境的穩定。做好地下水開采的控制工作，對開采井的布局情況、開采層位、開采時間進行調整，科學地實施地下水開采，積極推廣地下水回灌，對地下水源進行及時的補充，對水位進行調節，保持儲量平衡。

（9）做好地下水動態監測工作。地下水動態監測工作是防治地質災害的有效措施，可以將監測得到的資料作為地下水資源開發利用的參考依據，在進行地下水動態監測時，需在原有監測網點的基礎上，進一步加密監測點，并對監測網絡進行優化調整，對破損的監測井進行修復，并對監測點進行優化和調整，從而提升周邊監測的區域的服務水平，并建立地下水信息管理系統，動態化地進行地下水資源管理，實現在線沉降監測。

（10）在地面沉降區域構建基巖標，從而消除因原地面沉降引起高程失真的情況。此外，由于地面沉降會緩慢出現，在確定設計標高時，需考慮區域地面沉降產生的影響。

4.結論

綜上所述，地面沉降的出現需要同時具有可壓縮性土層和地下水持續下降兩個因素，兩者缺一不可，地面沉降不僅和地下水位下降有著比較大的聯系，而且和水文地質條件、地層巖性結構、土質類型、土層厚度、固結歷史等有關，在對地面沉降進行控制時，除了考慮人為因素以外，還要考慮地面沉降造成的影響，從而更好地將地面沉降問題解決。