經(jīng)有關(guān)部門測算,全國平均每采萬噸煤就塌地3畝,高者可達(dá)3.85畝,據(jù)此估算全國每年因采煤塌地70km 。而據(jù)吉林省統(tǒng)計(jì),采萬噸煤平均塌地已達(dá)15.1畝,安徽省淮北煤田每天采5萬噸煤塌地約20畝,一年塌地近萬畝,因而估計(jì)全國每年的實(shí)際塌地要比70km 還多。
黑龍江鶴崗煤礦開采70多年中,已塌陷41.97km2,塌陷區(qū)需搬遷的房屋總建筑面積139.7萬m2,僅搬遷費(fèi)就需4.9億元,且不斷有人員傷亡事故發(fā)生。山東省每年因采煤塌陷造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約5000萬元,采煤業(yè)不算發(fā)達(dá)的江蘇省每年也造成了不起260萬元的損失。經(jīng)估算采空塌陷每年造成的直接經(jīng)濟(jì)損失約為3.17億元。另外在采礦過程中,還因陷落及冒落也造成很重的損失。
根據(jù)形成塌陷的主要原因分為自然塌陷和人為塌陷兩大類。
(1)自然塌陷是地表巖、土體由于自然因素作用、如地震、降雨、自重等,向下陷落而成,如黃土濕陷。
(2)人為塌陷是由于人為作用導(dǎo)致的地面塌落。在這兩大類中,又可根據(jù)具體因素分為許多類型,如地震塌陷、礦山采空塌陷等。
據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,造成地面塌陷的主要因素是人為因素。地面塌陷中采空塌陷的危害最大,造成的損失最重,巖溶塌陷次之,黃土濕陷相對小也較集中。
抽取地下水造成地面塌陷的主要原因是:過度開采地下水會(huì)造成地下水位下降嚴(yán)重,使得水位下降造成的空隙很難在短期時(shí)間里得到恢復(fù),進(jìn)而使得上覆地層的重量只能作用在含水介質(zhì)所構(gòu)成的骨架上。由于地下水的開采造成原來一個(gè)穩(wěn)定的受力平衡得到破壞,為了得到新的平衡地面就產(chǎn)生了相應(yīng)的能量輸出,即地面下沉或者出現(xiàn)地面塌陷。
水庫塌陷在懸托型河谷中極易產(chǎn)生,如云南以禮河水槽子水庫,庫區(qū)第四紀(jì)復(fù)蓋層厚達(dá) 30 余米,上部 5~2 米為粘土,下為砂礫石粘土層,基巖為灰?guī)r,白云質(zhì)灰?guī)r,巖溶較發(fā)育,有地下管道,地下水埋藏很深,達(dá) 103 米,水庫建成后,自1958~1965年每年塌陷數(shù)十個(gè),累計(jì)達(dá)117個(gè),形成長400米、寬100米的塌陷區(qū),庫水漏失。
后經(jīng)處理,塌坑開挖至基巖,先填大石塊,再填小石塊,其上鋪蓋1~2米的水泥板,再回填粘土,效果良好。此外,在峰叢、丘叢洼地中的水庫,其下往往有暗河管道發(fā)育,也易塌陷,如江西德興萬村掛袍山水庫塌陷。這類水庫地下水位埋深很大,但季節(jié)變化帶常達(dá)到地表,在這種情況下,其處理一定要采取通氣減壓措施,作為地下管道的調(diào)壓井才能收效。貴州普定火石坡水庫的一個(gè)塌陷,多次處理,多次復(fù)活,甚至用鋼筋混凝土蓋板也未收效。
造成城市地面塌陷的原因很多,大體可以分為自然作用、人為作用、人為誘發(fā)自然作用等3種原因。自然作用主要與地質(zhì)條件有關(guān)系;人為作用主要是施工中,地基處理沒有做好,造成淺表和局部的塌陷;人為誘發(fā)自然作用主要指人類工程破壞了巖土的自然平衡,出現(xiàn)塌陷。
城市地面塌陷一般可以分為采礦地面塌陷和工程地面塌陷兩種,孕災(zāi)環(huán)境復(fù)雜,致災(zāi)的因素多樣。采礦地面塌陷主要致災(zāi)因素包括開采深度、礦體傾角、降雨、大量疏排水等。工程地面塌陷主要致災(zāi)因素包括管線的滲漏與侵蝕、施工方法不當(dāng)、人工振動(dòng)等。當(dāng)?shù)叵鹿芫€發(fā)生損壞,就會(huì)成為地面和其他建筑物塌陷的隱患。地下供排水管線漏水后,會(huì)在地下形成一個(gè)大的水囊,常增加塌陷的危險(xiǎn)。隨著城市地下空間的開發(fā),由于工程活動(dòng)引發(fā)的地面塌陷也會(huì)越來越頻繁,成為新的城市地質(zhì)災(zāi)害。
當(dāng)城市發(fā)生地面塌陷時(shí)應(yīng)該如何修復(fù)呢?道路塌陷常采用泡沫混凝土灌漿法進(jìn)行修補(bǔ)。 在使用泡沫混凝土用于溶洞、采空區(qū)處理前,要評估巖溶地貌或采空區(qū)的發(fā)育特征,分析泡沫混凝土回填的可行性,并要求對泡沫混凝土回填的地基進(jìn)行承載力測試,以確保設(shè)計(jì)路堤的穩(wěn)定性與使用安全。
1) 對于路基范圍之內(nèi)的溶洞,還需進(jìn)一步判明溶洞的發(fā)育階段。對于已停止發(fā)育,當(dāng)溶洞、采空區(qū)位于路基兩側(cè)時(shí),應(yīng)通過判定巖溶、采空區(qū)對路基的影響,評價(jià)其影響范圍,溶洞、空洞坍塌擴(kuò)散的影響范圍之內(nèi)的路堤填筑宜采用泡沫混凝土填筑。
2) 泡沫混凝土用于溶洞、采空區(qū)時(shí),應(yīng)進(jìn)行承載力驗(yàn)算。
3) 泡沫混凝土用于采空區(qū)、溶洞等填筑時(shí),宜確保充填密實(shí),不宜裸露。對大型的地面坑陷、隧道圍巖大型的塌陷或坑陷填充,應(yīng)驗(yàn)算地基承載力或隧道二襯結(jié)構(gòu)的承載力。
1.在空洞體范圍內(nèi),人工成孔或機(jī)械成孔揭露出地下空洞,自孔中向空洞體內(nèi)灌填具有適當(dāng)塌落度的泡沫混凝土或輕質(zhì)材料,一方面通過其重量壓實(shí)底部松散塌落土,另一方面充填滿地下空洞。
2.公路采空區(qū)應(yīng)根據(jù)采空區(qū)的形成時(shí)間、埋深、采空厚度、采礦方法、頂板巖性及其力學(xué)性質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)條件等選擇治理方案。治理方案主要有開挖回填、充填、注漿、板跨、減輕堆載等措施。
3. 巖溶路段,應(yīng)結(jié)合工程條件分析判別巖溶對路基工程的危害程度,選擇合適的治理方法。巖溶區(qū)域地表水宜采用滲溝、排水溝將水截留至路基外。路堤下方發(fā)育干溶洞,且體積不大,埋深較淺時(shí),宜采用泡沫混凝土充填密實(shí)。當(dāng)洞體龐大或深度較深時(shí),宜在穩(wěn)定評價(jià)基礎(chǔ)上,采用鋼筋混凝土板塊跨越,同時(shí)上部宜采用泡沫混凝土填筑;對于有頂板但頂板強(qiáng)度不足的干溶洞,可適當(dāng)加固頂板,提高強(qiáng)度后,上部采用輕質(zhì)泡沫混凝土路堤。
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