潮陽區谷饒鎮地面沉降形成機理分析及防治建議

李雙梅 張明亮 方 剛

廣東省有色金屬地質局九三一隊 廣東 汕頭 515041

谷饒鎮位于汕頭市潮陽區城區295°方向，距離潮陽區約26km。潮陽區谷饒鎮地面沉降面積大、覆蓋范圍廣，總面積約4.02km2，包括谷饒鎮新厝村、溪美村、新興村、華光村、頭埔村等。沉降區域人口集中，房屋密集，地面沉降引發的地面及房屋墻體開裂給當地居民的生命財產安全和正常生活造成嚴重影響，威脅人數1536人，潛在經濟損失1300多萬元，地面沉降造成的危害大，社會影響較大，對其實施防治十分必要。

1 地面沉降概況

表1 潮陽區地面沉降情況表

圖1 谷饒鎮地面沉降引起的裂縫(左圖為新厝村，右圖為頭埔村)

該區明顯沉降地質災害初現于2003年下半年，至2018年底為止，該區地面沉降已造成直接經濟損失約1310.2萬元，受災害影響房屋約800座，地質災害災情等級屬于特大型[1]。2003年7月，新厝村發生地面沉降，造成150間民房受損，造成經濟損失約683.2萬元。2004年下半年以來，災情逐漸加重，范圍逐漸擴大，大量民房墻體出現開裂、傾斜、巷道路面出現裂縫等現象。2010年頭埔村開始出現明顯的地面沉降，2013年頭埔村地面沉降災害面積達0.15km2，導致40多座房屋墻體出現不同程度開裂、傾斜等現象，成為危房，村里巷道也出現多處地面不均勻沉降。據調查了解，目前該處地面沉降仍在發生變化，因地面沉降引發的建筑物墻體開裂、地面產生裂縫現象極為突出，果園、農田也出現多處地面沉降，沉降范圍涉及5個自然村，直接威脅約1536人的生命財產安全，潛在經濟損失1300多萬元，地質災害險情等級屬特大型[1]。

2 地質環境條件

2.1 地層巖性

潮陽區谷饒鎮地處練江沖洪積平原區，地勢平坦開闊，整體呈現北東高南西低。區內地層主要為第四系全新統潮州組，巖性主要為海積灰、青灰色粘土，淺灰、深灰色淤泥，局部為淺黃色粉細砂，粗中砂。海陸交互堆積土黃、灰褐、灰色粉質粘土，淤泥。第四系松散沉積物下伏基巖是侏羅系侵入花崗巖。

2.2 工程地質條件

第四系地層內廣泛沉積的軟土層是區內地面沉降地質災害發育的先決條件之一，調查區地貌為練江沖洪積平原區，為第四系松散土類工程地質區（Ⅰ區），地層巖性由第四系松散沉積的粘性土、淤泥、砂土等組成，厚度為50-120m，軟土分布廣、埋藏較淺。據收集鉆孔資料和物探結果顯示，該區軟土普遍發育，但層厚不一，連續性不強，軟土厚度自北西向南東逐漸變薄（圖2）[2]。

圖2 研究區軟土厚度分布圖[2]

第四系松散土類在評估區內呈層狀廣泛分布，成分較為復雜，根據收集的勘察鉆探資料揭示由上至下有：人工填土層（Qml），沖積層（Q4

al），海陸交互堆積層（Q4mc）等。據收集資料揭露地層信息，第四系地層巖性主要為粘土、淤泥、中砂、粉質粘土，根據物質組成成分不同從上往下劃分為以下層次：①雜填土層②粘土層③淤泥層④粘土層⑤中砂層⑥粉質粘土層⑦中砂層⑧粉質粘土層⑨淤泥質土層⑩粉質粘土層（圖3）[3]。該區地層具高壓縮性、中低壓縮性土組雙層結構，上層為高壓縮性土體，主要由淤泥、淤泥質土、砂質淤泥等組成；下層為中低壓縮性土體，主要由粘土、粉質粘土、粉土組成。在該土組分布區內，地面以上過載及地下水位的下降均可能導致該區域內的不均勻沉降。

圖3 沉降區地質剖面圖[3]

2.3 水文地質條件

區內地表水系發育，屬練江水系，地下水類型為第四系松散層孔隙水，賦存于沖洪積層中，水位埋深隨季節變化，水量受砂類土分布情況影響，局部可能富集。地下水位埋深較淺，地下水受大氣降雨及側向逕流補給為主，以蒸發、側向徑流為主要排泄方式，動態變化受季節控制明顯。由于第四紀沉積物厚度較大，多為交互相沉積，形成多層含水結構，除孔隙潛水外，深部尚蘊藏豐富的承壓水。

據已有資料，谷饒鎮地下水與北港河支流存在水力交換，且鎮西北部及東部的基巖裂隙水以潛流的方式補給平原區地下水。谷饒鎮淺層地下水徑流方向總體由東北向西南徑流，水力坡度較平緩；而深層承壓水徑流方向總體由西北向東南徑流，存在較大的水位高差，水力坡度較陡。

3 地面沉降基本特征和形成條件

3.1 地面沉降特征

地面沉降區主要分布于谷饒鎮頭埔村、新厝村、溪美村、華光村、新興村一帶，其中以頭埔、新厝、溪美范圍較廣、損失大、危險性大。地面沉降引發的裂縫大多呈垂向開裂，貫通性較強，方向性明顯，裂縫一般為0.2-0.5cm，最寬處超過50cm，部分地方開裂形成錯臺，房屋成為危房，村民對裂縫進行修補或就地重建后又出現不同程度的變形開裂。

據谷饒鎮各監測站點2015年至2018年形變監測數據，在208603個監測點，形變速率小于-18mm/a的測量點有12775個，占比6.1%，最大累計沉降量達133.4mm，屬中型地面沉降[1]，地面形變情況總體較嚴重，其中新厝村兩處監測點的年平均變形速率分別為18.5mm/a和30.1mm/a，累計形變量分別為-73mm和-95mm；頭埔村年平均形變速率為11.2mm/a，累計形變量為-32mm。累計沉降量均在持續增大，且均有繼續形變的趨勢。綜合沉降區的特征，區內總體上均存在較明顯的繼續形變趨勢，根據《廣東省地質災害危險性評估實施細則（2021年修訂版）》，近5年平均沉降速率在10＜—＜30mm/a，谷饒鎮地面沉降發育程度為中等[4]。

3.2 形成條件分析及評價

地面沉降的誘發因素主要有自然地質因素和人類工程活動兩大類，通常對于地面沉降的機理研究主要考慮的因素是軟土層的自然壓密和固結、地質構造活動、超采地下水及城市工程建設等[5]。

3.2.1 自然地質因素

據現場勘查及鉆探資料反映，地面沉降地段淺部存在多層軟土，屬于中-高壓縮性性土，具有厚度大，強度低，高含水量，高壓縮性等工程特點，工程建設在上部增加荷載作用下易產生剪切破壞并出現軟土固結沉降，從而導致建筑物地基變形。通過前文的分析發現谷饒鎮重點災害沉降區主要集中在新厝、溪美一帶。但該地帶軟土厚度的分布剛好與地面沉降災害程度分布特征相反，沉降嚴重區軟土厚度薄，沉降較輕區軟土厚度大。地基發生沉降的工程要素主要是土體壓縮性和荷載作用。谷饒鎮的嚴重地面沉降主要發生在老式民房地段，因老式民房多采用淺基礎，又是磚混結構，對地基沉降很敏感，容易遭受破壞而出現裂縫、傾斜；新建的廠房、樓房所處區域同樣存在地面沉降，只是這些新建的建筑物均為鋼筋混凝土框架結構，又采用樁基礎，因此不易受地基沉降影響，受破壞程度小。據此認為土體的物理力學性質不是誘發該地地面沉降的主要因素。

3.2.2 人類工程活動因素

據調查，谷饒鎮針織及服裝業發展較快，目前已成為粵東重要的針織服裝工業鎮，工業活動用水量巨大，而區內用水來源主要采自地下水，開采對象為第四系覆蓋層中的承壓水和基巖裂隙水，由于大面積開采地下水，破壞了地下水的平衡，造成地下水位急劇下降，這一因素成為谷饒鎮地面沉降發生的重要誘發因素。

根據收集的地下水位資料，結合區內的地形及含水層分布特征，與InSAR數據分析的總沉降進行綜合分析，區內地下淺層潛水-承壓等水位線的降落漏斗位于新厝村，其空間位置與地面沉降重點區吻合（圖4），因此可以推測研究區的地面沉降災害與地下水位關系密切。

圖4 淺層潛水-承壓水位線與總沉降量疊加圖

綜上，第四系巖性及結構特征是區內地面沉降的內在條件，地下水的大量開采是產生地面沉降的誘發因素。

4 地面沉降的防治建議

4.1 穩定性評價

據分析，新厝村淺層地下水位變化幅度較大，且明顯受季節性降雨及人類活動影響；而頭埔村淺層地下水位變化幅度相對較小，季節性波動不明顯。在地勢平坦區，含水介質成層分布的淺層潛水-承壓水水位變化一般不會太大，而頭埔村和新厝村淺層地下水位的差值，說明淺層潛水-承壓水在不同的位置受到的擾動程度不同，說明其變化規律受人類活動影響十分明顯。通過對比分析新厝和頭埔地下水位與地面沉降量關系得出結論：地下水位在反復升降過程中地面沉降呈持續下降狀態，其沉降量亦以較快的速度持續累加，目前尚未出現減緩跡象；其中地下水位上升時，土體表現為吸水膨脹，地面沉降量所有減緩甚至回彈，但由于累計的沉降已相對較大，土體脫水后，由于地面動、靜荷載作用，短時的地下水補給不能使土體恢復至脫水前狀態，即短時的地下水位上升，不能減緩沉降的趨勢，在相當長一段時間內沉降量仍會持續增加。

4.2 危險性評價

地質災害危險性是指一定發育程度的地質體在誘發因素作用下發生災害的可能性及危害程度。在查明各種地質作用性質、規模和承載對社會經濟屬性的基礎上，從致災體穩定性和發生概率上分析，對其潛在的危險性進行客觀評價。谷饒鎮地面沉降最大累計沉降量達133.4mm，屬中型地面沉降，近5年平均沉降速率在10＜—＜30mm/a，谷饒鎮地面沉降發育程度為中等。該區地面沉降已造成直接經濟損失約1310.2萬元，受災害影響房屋約800座；直接威脅約1536人的生命財產安全，潛在經濟損失1300多萬元，直接經濟損失≥500萬元，受威脅人數≥100人，潛在經濟損失≥500萬元，危害程度大。根據地質災害危險性分級表[6]，該區地面沉降危險性大。

表2 地質災害危險性分級表

4.3 防治建議

沉降區發生在人口集中，房屋密集區，按“因地制宜，量力而行”的原則，采取合理措施對地面沉降進行防治。①對已發地面沉降造成房屋損失及危房，應盡量安撫、安置民眾；②考慮災害的類型、特征及發育情況，應制訂措施減緩地面沉降的發展，有計劃的管制當地對地下水的開采，創造一個人與自然地質生態環境相互協調的和諧環境；③在沉降區域布設監測網進行實時監測，通知當地群眾發現災情及時上報，以確保人民生命財產安全為首要；④有條件的情況下對沉降嚴重的地段居民進行搬遷考慮；⑤新建工程結合軟土的分布特征、性質，進行路基沉降、穩定性驗算后，采取有針對性的軟基處理措施，建議采用復合地基法進行處理，如袋裝砂井加超載預壓、插水板、粉噴樁、CFG樁、管樁等，在滿足沉降要求的條件下，靈活選取，厚度小，埋藏淺的可進行清淤換填[7]。

5 結語

潮陽區谷饒鎮地面沉降發生以來，已經造成了較大的經濟損失，且至今仍在發展擴大，其險情級別屬中-特大型，對其進行防治十分必要且迫切，采取合理措施對地面沉降進行防治，可有效保護當地人民的生命財產安全，對維持當地社會秩序穩定，經濟持續發展，人民對美好生活的向往起到積極作用，帶來的社會、經濟、生態效益顯著。