撫順市某煤田房屋建筑破壞特征及成因分析

撫順市某煤田房屋建筑破壞特征及成因分析

促進(jìn)房屋建筑安全發(fā)展,降低形成路線社會(huì)環(huán)境惡化的原因撫順是一座典型的工業(yè)城市，擁有豐富的資源和水資源。然而,長(zhǎng)期的煤田開(kāi)采給這個(gè)以煤炭工業(yè)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的城市帶來(lái)了嚴(yán)重的地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題:大范圍地面崩塌、地面開(kāi)裂、滑坡、不均勻沉陷、礦震、環(huán)境污染等,造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為防治礦山地質(zhì)災(zāi)害,國(guó)家投入了大量人力物力,但地質(zhì)災(zāi)害仍時(shí)有發(fā)生。近十幾年來(lái),由煤田開(kāi)采引起的地質(zhì)災(zāi)害范圍不斷擴(kuò)大,災(zāi)情日益嚴(yán)重,如市區(qū)一些地段的大量樓房產(chǎn)生傾斜、裂縫等嚴(yán)重破壞,有些新建樓房3～5年就變成危房。這給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全造成了很大威脅,已成為困擾撫順市發(fā)展的主要障礙。黨中央國(guó)務(wù)院對(duì)此十分重視,朱镕基前總理、溫家寶總理曾親臨視察,并作出重要指示,加大了對(duì)該市防治地質(zhì)災(zāi)害的支持力度。為防治地質(zhì)環(huán)境進(jìn)一步惡化,減少地質(zhì)災(zāi)害,撫順市政府曾多次組織專(zhuān)家論證,采取防治措施。自上世紀(jì)90年代以來(lái),曾對(duì)幾棟樓基灌注水泥砂漿來(lái)強(qiáng)化地基和對(duì)結(jié)構(gòu)破壞的修補(bǔ)工作,但成效甚微,災(zāi)害持續(xù)發(fā)展。為了找出引起房屋建筑破壞的根本原因,有關(guān)部門(mén)進(jìn)行了深入調(diào)查研究。調(diào)查研究結(jié)果表明,撫順市的地基不均勻沉陷是由斷層活動(dòng)造成的,與由淤泥類(lèi)土,飽和松散的粉細(xì)砂等軟基造成的不均勻沉陷有著本質(zhì)區(qū)別。因此,將常規(guī)軟基工程的處理辦法用于斷層活動(dòng)引起的地基不均勻沉陷是行不通的。由于斷層活動(dòng)是地殼內(nèi)力作用造成的,能錯(cuò)斷堅(jiān)硬的巖石和卵礫石層,破壞作用巨大,用水泥砂漿加固地基是無(wú)濟(jì)于事的。北京西山煤田、山東陶莊煤礦、山西大同和黑龍江七臺(tái)河等礦山城市也遭受到了與撫順市相類(lèi)似的嚴(yán)重地質(zhì)災(zāi)害,也與采煤引起的斷層活動(dòng)有關(guān)。本文針對(duì)撫順市的實(shí)際情況,就斷層活動(dòng)造成的地基不均勻沉陷作進(jìn)一步分析論證,其分析結(jié)果可為撫順市地質(zhì)災(zāi)害防治提供科學(xué)依據(jù)。1斷層破壞的現(xiàn)狀據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),撫順市近年遭受不同程度破壞的樓房在40棟以上,其中破壞較嚴(yán)重的約20多棟。表1列出了部分受災(zāi)樓房的基本情況。從表中可以看出,這8棟遭破壞的樓房在平面上嚴(yán)格分布在兩條斷層線上,序號(hào)1～4的樓房與斷層Fe十分吻合。序號(hào)5～8的樓房與斷層Fg十分吻合,該斷層向西延伸到電廠,電廠的破壞也很?chē)?yán)重。據(jù)調(diào)查,這兩條斷層上遭破壞的樓房近20棟。另外,在市區(qū)東北部的榆林小區(qū)的5號(hào)、4號(hào)、7號(hào)樓房及東側(cè)的大理石廠,木楦廠一線近年也形成了破壞帶,長(zhǎng)約900m,與斷層Fh密切相關(guān)。通過(guò)大量的深入調(diào)查發(fā)現(xiàn),建筑破壞的面積和輕重程度與斷裂的關(guān)系十分密切。若斷層縱貫樓房長(zhǎng)軸方向,則樓房整體受災(zāi)嚴(yán)重,如表1中,斷層Fe縱貫位于渾河南路中段的14-3號(hào),電瓷廠家屬樓,該樓造成整體嚴(yán)重破壞。若斷層與樓房斜交,如站前,73-1樓房,位于西七路與解放路的交叉處,斷層Fg從該樓的中西段斜貫,使該樓中西段遭嚴(yán)重破壞,而東段基本完好。若斷層與樓房正交,則樓房遭局部破壞,如站前88-1,一洞口與斷層Fg正交,該洞口位于斷層下降盤(pán)(即北盤(pán))的部分遭嚴(yán)重破壞,其它洞口基本不受影響,總起來(lái)說(shuō),凡斷層通過(guò)處的樓房均無(wú)一幸免地遭到破壞,但破壞范圍僅限于比較狹窄的范圍內(nèi),寬度大致在15～20m左右,以斷層沉降轉(zhuǎn)折的部位破壞最為嚴(yán)重,此范圍以外的樓房基本安全無(wú)恙。斷層Fg、Fe、Fh的活動(dòng)特點(diǎn)和強(qiáng)度大致相似,都是張裂正斷層,斷層線北側(cè)相對(duì)下沉,而南側(cè)相對(duì)上升。自上世紀(jì)80年代中期以來(lái),斷層相對(duì)升降幅度都在100mm左右,年平均升降6mm左右,幅度之大,速度之快十分驚人。在以上幾個(gè)斷層線上,不但房屋建筑遭到嚴(yán)重破壞,所經(jīng)道路、圍墻、防空洞和空地等也留下了清晰的破壞裂痕。例如,14-3號(hào)樓東北側(cè)相距30～80m的渾河南路中段,在斷層Fe的通過(guò)處,路面產(chǎn)生不均勻沉陷,實(shí)測(cè)相對(duì)高差達(dá)181mm。位于電瓷廠對(duì)面的地下防空洞在斷層Fe通過(guò)處,洞壁上產(chǎn)生10～20mm寬的裂縫,也顯示斷層北盤(pán)下降。該防空洞壁的裂縫向上延伸至地面,使鄰近的南北向圍墻多處被錯(cuò)斷,圍墻底部拱頂錯(cuò)位66mm,墻體產(chǎn)生45度的斜裂縫,寬度20～30mm,均顯示斷層北側(cè)下降。此外,地面破壞寬度一般也局限在15～20m的范圍內(nèi)。2地下水岸變形撫順市的地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,與露天礦及地下煤礦開(kāi)采密切相關(guān)。西露天礦坑的規(guī)模是巨大的,東西長(zhǎng)約8km,南北寬約3km,深約300m,形成了10億噸以上的負(fù)壓,破壞了該區(qū)地殼內(nèi)的應(yīng)力平衡,導(dǎo)致了局部地應(yīng)力集中或松弛。在地應(yīng)力調(diào)整平衡的過(guò)程中造成鄰近地層變形,引起崩塌滑移等邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象。然而,地面的水平位移和升降激活了老斷層,產(chǎn)生人們往往不易察覺(jué)的新斷層等現(xiàn)象。地變形的積累造成的地面不均勻沉陷導(dǎo)致房屋的破壞是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)展的必然結(jié)果。2.1千三河邊距線早在上世紀(jì)60年代,撫順市就開(kāi)展了大地形變測(cè)量,這為分析該市地面變形特點(diǎn)提供了客觀數(shù)據(jù)。在撫順市大地形變測(cè)量實(shí)踐中,曾對(duì)三條邊距線作過(guò)多次實(shí)測(cè)。第一條邊距線布置在千臺(tái)山到將軍醫(yī)院一線,方位角173度,邊長(zhǎng)4.5km,位于千臺(tái)山的12號(hào)測(cè)點(diǎn)高程為198.1m,位于將軍醫(yī)院的3號(hào)測(cè)點(diǎn)高程為140.7m,該邊距線跨越渾河斷裂和西露天礦坑。在1958～1990的32年間,該邊距縮短549mm,其中1971～1990的19年中,縮短453mm,平均每年縮短24mm。在此時(shí)段內(nèi),位于老虎臺(tái)礦至北山間的邊距線及位于大伙房水庫(kù)北石付村至水庫(kù)南德古村間的邊距線的距離基本沒(méi)有發(fā)生變化。測(cè)試數(shù)據(jù)表明,西露天礦的存在對(duì)地面移動(dòng)的影響是十分顯著的,即千臺(tái)山向北產(chǎn)生傾斜和位移,西露天礦坑南北坡分別向礦坑中心產(chǎn)生相向位移。此外,自1955年以來(lái),撫順市的水準(zhǔn)點(diǎn)高程測(cè)量結(jié)果表明,渾河南岸呈下降趨勢(shì),北岸呈上升趨勢(shì)。與正常狀態(tài)的地面形變相比,西露天礦坑附近的地變形速度很大,應(yīng)重視其影響。2.2渾河斷裂帶fps撫順市區(qū)位于華北地臺(tái),遼寧臺(tái)背斜,鐵嶺—靖宇古隆起的西部,撫順臺(tái)凸之上。地層二元性結(jié)構(gòu)明顯,基底由太古界鞍山群下部的混合巖、混合花崗巖和片麻巖組成。屬于蓋層的上元古界青白口系釣魚(yú)臺(tái)組和南芬組巖層,僅出露于撫順南部。中生代時(shí)期,沿渾河河谷形成了中生代斷陷盆地。晚第三紀(jì)時(shí)期由于斷陷作用出現(xiàn)了玄武巖噴發(fā)和陸屑堆積,伴有含煤巖系及油頁(yè)巖。第四紀(jì)時(shí)期區(qū)域上升,僅在河谷地帶堆積了5～30m厚的沖、洪積層,自東向西逐漸變厚。撫順市區(qū)位于新華夏構(gòu)造體系的第二隆起帶上,為緯向構(gòu)造體系與新華夏式構(gòu)造體系的復(fù)合部位。被地學(xué)界稱為“渾河斷裂帶”的F1和F1A兩條深大斷層,橫貫撫順市區(qū),是控制該地區(qū)構(gòu)造地質(zhì)環(huán)境的主導(dǎo)因子,其中F1A斷層規(guī)模大,連續(xù)性好,構(gòu)造行跡清楚,為逆沖斷層,把太古界地層推覆到中生界地層之上,其南側(cè)的F1斷層規(guī)模較小,連續(xù)較差,形跡不很清楚。這兩條斷層近東西向貫穿撫順市中部,對(duì)撫順市的工程水文地質(zhì)條件有重要影響。渾河斷裂的另一條主干斷裂可能位于渾河北側(cè)。除F1和F1A這兩條斷層外,該市還有許多小斷層,如對(duì)受災(zāi)房屋影響較大的Fg、Fe和Fh等三條斷層。這三條斷裂位于F1A的北側(cè),相距數(shù)百米,大致平行,雁列狀展布,揭露長(zhǎng)度為600～900m,均為張性、北傾的正斷層,其中Fg斷層兩側(cè)基巖存在2～3m的陡坎斜坡,Fe和Fh的基巖陡坎斜坡不明顯。從分布和規(guī)模來(lái)看,這三條斷層很可能是F1A支斷裂或次生斷裂。撫順市區(qū)的水文地質(zhì)特征表現(xiàn)為,南北兩側(cè)為起伏丘陵,中部為沖積平原,按水文地質(zhì)規(guī)程劃分屬第一類(lèi)型。渾河是該地區(qū)最大的地表水系,最大洪峰流量1960m3/s。渾河由市區(qū)中心縱向穿過(guò),河流在東郊被大伙房水庫(kù)攔截,實(shí)際流量受自然降水和大伙房水庫(kù)放水量的控制。3地震原因分析3.1工程中的建筑破壞一般而言,建筑破壞涉及場(chǎng)地、基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、建筑材料和施工質(zhì)量等諸多環(huán)節(jié)。撫順市遭破壞建筑原因分析表明,場(chǎng)地是撫順市建筑破壞的主要因素。撫順市建筑場(chǎng)地以中硬土Ⅱ類(lèi)建筑場(chǎng)地為主,局部基巖出露,淤泥和飽和松散的粉細(xì)砂等軟土不太發(fā)育。就整體而言,撫順市的工程地質(zhì)條件良好,該市基巖埋藏淺,砂礫卵石層厚度較大,20世紀(jì)80年代以來(lái)建筑的樓房大都采用樁基礎(chǔ),通常情況下地基基礎(chǔ)穩(wěn)定,不易出現(xiàn)地基不均勻沉陷等地質(zhì)災(zāi)害。鑒于撫順市的工程地質(zhì)特點(diǎn),采用樁基礎(chǔ)是合理的,如果樁的設(shè)計(jì)形式、材料和施工質(zhì)量有問(wèn)題而引起建筑破壞,在平面分布上應(yīng)以點(diǎn)狀或片狀出現(xiàn),而實(shí)際受災(zāi)點(diǎn)呈很好的線狀分布,因此歸結(jié)為樁基礎(chǔ)造成的災(zāi)害是不符合事實(shí)的。近20年所建居民樓雖各不相同,但結(jié)構(gòu)都大同小異,一般都是采用樁基的磚混結(jié)構(gòu)。如果出現(xiàn)問(wèn)題,受災(zāi)點(diǎn)也應(yīng)以點(diǎn)狀或片狀出現(xiàn),可見(jiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑材料也不是造成該市房屋破壞的主要因素。同樣,施工質(zhì)量沙漿標(biāo)號(hào)問(wèn)題,在一個(gè)小區(qū)內(nèi)同一個(gè)施工隊(duì)造的房屋應(yīng)該出現(xiàn)大致相同的受災(zāi)狀況,在平面上也應(yīng)呈點(diǎn)狀或片狀分布,而決不能集中在幾條線上。因此把撫順市的大量房屋破壞歸結(jié)為施工質(zhì)量不好亦不合理。3.2基地不均勻沉陷是現(xiàn)代房屋基眾所周知,場(chǎng)地不均勻造成地基不均勻沉陷會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)破壞。撫順市建筑場(chǎng)地平緩,基巖埋藏淺、砂礫卵石層厚度較大。以堅(jiān)硬土Ⅱ類(lèi)建筑場(chǎng)地為主,工程場(chǎng)地條件良好,通常容易導(dǎo)致地基不均勻沉陷的淤泥類(lèi)土和飽和松散的粉細(xì)砂并不發(fā)育,這是公認(rèn)的事實(shí)。那么造成撫順市部分房屋破壞的地基不均勻沉陷是如何形成的,這個(gè)問(wèn)題必須通過(guò)認(rèn)真的研究和分析。為了找出引起地基不均勻沉陷的根本原因,下面仍從受災(zāi)點(diǎn)的良好線形分布談起。盡管,沖洪積層的巖性變化較大,地層結(jié)構(gòu)以犬牙交錯(cuò)為特點(diǎn),但寬度達(dá)20多m,長(zhǎng)近千米的狹長(zhǎng)松散軟弱帶在撫順市是不存在的,其他地區(qū)也很難找到。即使串珠狀軟弱地基點(diǎn)成災(zāi),其不均勻沉陷的特點(diǎn)和建筑傾斜破裂的方向性也是雜亂無(wú)章的。不可能象刀割的一樣,受災(zāi)帶寬度幾乎不發(fā)生變化,受災(zāi)點(diǎn)一律北側(cè)相對(duì)下沉,建筑物破壞一律向北傾斜,而未見(jiàn)反例。上述事實(shí)說(shuō)明,撫順市的建筑破壞與淤泥類(lèi)土和飽和松散的粉細(xì)砂土等軟弱地基引起的地基不均勻沉陷沒(méi)有明顯的因果關(guān)系,只能用斷層活動(dòng)造成地面不均勻沉陷成災(zāi)來(lái)解釋。3.3斷層fg的工程特點(diǎn)為了證實(shí)斷層活動(dòng)是造成地面不均勻沉陷的根本原因,對(duì)受災(zāi)房屋建筑場(chǎng)地進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和勘查試驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和勘察試驗(yàn)結(jié)果表明,在破壞房屋地基不均勻沉陷區(qū)內(nèi)均存在強(qiáng)烈的斷層活動(dòng)。如站前73-1樓房竣工于1984年,幾年后就開(kāi)始產(chǎn)生裂縫和傾斜,為了防治地基不均勻沉陷,曾灌注過(guò)水泥沙漿。但沒(méi)有達(dá)到預(yù)期效果,房屋傾斜裂縫繼續(xù)擴(kuò)大,且不斷加快。該樓西端頂層一住戶的女主人介紹說(shuō),1999年搬入,其陽(yáng)面窗下墻體與原來(lái)緊靠的另外一棟樓房形成半尺左右的縫隙,怕孩子頑皮掉入縫隙,特找來(lái)一塊預(yù)制板蓋在縫隙上并抹了灰漿,在2002年我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)到抹灰被拉開(kāi)35mm,形跡清晰可見(jiàn)。此時(shí)該樓向北傾斜總量已達(dá)197mm,該樓拆除后實(shí)測(cè)到南北樁基承臺(tái)高度相差100mm,年平均不均勻下沉量達(dá)6mm。與此類(lèi)同的例子還有渾河南路中段的14-3樓房。該樓房1991年建成,數(shù)年后出現(xiàn)墻體裂縫。上世紀(jì)90年代后期迅速發(fā)展,至2003年的12年內(nèi)該樓頂部向北傾斜總量達(dá)400mm。斷層Fe通過(guò)附近路面的相對(duì)下沉達(dá)181mm,所表明的動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程與軟基不均勻沉陷逐漸趨緩的特點(diǎn)是有明顯差別的?？辈熘?在斷層線內(nèi)外曾作過(guò)大量動(dòng)探實(shí)驗(yàn),探頭呈圓錐狀,直徑74mm,錐角60°,錘重635N,落距76cm,實(shí)驗(yàn)結(jié)果以進(jìn)尺10cm的錘擊次數(shù)為準(zhǔn),能反映地層的緊密程度。Fg斷層在西五路附近的9-2號(hào)樓房的地基處通過(guò),該場(chǎng)地鉆探試驗(yàn)孔的平面分布如圖1。動(dòng)探實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯于表2。各孔的動(dòng)探試驗(yàn)曲線示于圖2。其中9-2-4、9-2-4(1)、9-2-4(2)三孔位于斷層Fg的中心線上,相距0.5～1.0m,其他各鉆孔位于斷層中心線兩側(cè),相距3～20m以上。從表2和圖2可以看出,位于斷層線上的三個(gè)孔的動(dòng)探數(shù)據(jù)值遠(yuǎn)低于斷層中心線之外的各點(diǎn)。說(shuō)明斷層線Fg上的砂礫卵石層明顯被斷層活動(dòng)所松動(dòng)。更令人驚嘆的是9-2-4孔在深度6.6～8.2m深度處,僅一擊探頭進(jìn)尺達(dá)1.6m,推斷該處地層存在空洞或裂縫,基本未填充,幾乎沒(méi)有阻力,空洞和裂縫的寬度應(yīng)在7.4cm以上。為了證實(shí)這一判斷,又在9-2-4孔近旁0.5～1.0m處布置了9-2-4(1)、9-2-4(2)兩個(gè)孔作試驗(yàn),動(dòng)探值明顯偏低。說(shuō)明斷層Fg的活動(dòng)在該處已經(jīng)錯(cuò)斷了渾河一級(jí)階地的砂礫卵石層,形成裂縫。斷層兩側(cè)產(chǎn)生較大的不均勻沉降,造成9-2樓房整體向北傾斜約80mm的破壞。其他各試驗(yàn)場(chǎng)地上,除揭露了斷層泥之外,動(dòng)探結(jié)果也都不同程度地反映了這些斷層活動(dòng)錯(cuò)斷和松動(dòng)砂礫卵石層的情況。4注漿、沙漿、水泥沙漿不得使斷層發(fā)生失固撫順市大部分樓房的破壞是斷層活動(dòng)引起的地面不均勻沉