5月17日5时30分许,陕西省榆林市子洲县砖庙镇曹家沟村发生一起错落式山体崩塌事故,造成10孔窑洞被毁,2人被掩埋。经组织人员全力抢救,发现2人已无生命体征。
窑洞是我国西北黄土高原等地区居民的古老居住形式,这一“穴居式”民居的历史可以追溯到4000多年前。
目前,窑洞仍广泛分布于山西、陕西、河南、河北、内蒙古、甘肃以及宁夏等省(自治区)。近年来,窑洞垮塌事故并不鲜见,由于居住者中有不少是老人和儿童,一旦发生事故后果十分严重,救援困难。在汛期来临之际,关注窑洞安全刻不容缓。
黄土高原地区的地质构造和水文条件
黄土高原基岩构造以六盘山为界分为东西两部分,西部属西域陆块,东部属华北陆块。六盘山以西黄土高原以新生代断陷盆地为构造特征,陇中盆地黄土下伏基岩为直接堆积在古老岩层之上的中新世到上新世早期的甘肃群。甘肃群堆积后,上新世晚期地面抬升,黄河及其支流洮河、祖历河、葫芦河随抬升而下切,基岩地面成为起伏较大的丘陵状。甘肃群为一套含有石膏的紫红色粘土、砂质粘土、砂岩和砂砾岩,成岩性差,抗蚀力较弱,极易形成大型滑坡。
六盘山以东的华北陆块由鄂尔多斯台向斜和山西台背斜构成,中间夹以黄河凹陷。塌方事故多发的鄂尔多斯地块四周被新生代断陷盆地或深大断裂所围限,在区域地壳运动中表现为地块整体上升运动。
黄土高原区域水系以黄河为骨干,发源于黄土高原的河流较多,约有200条,较大的有洮河、祖厉河、清水河、黄甫川、窟野河等。河川径流(不包括黄河干流)年径流总量185亿立方米。受暴雨影响,大多数河流汛期洪峰急涨猛落,汛期水量占全年水量的70%以上,这也导致汛期塌方事故较为多发。
黄土高原水系含沙量很高,往往一次洪水含沙量占全年的70%至80%。高原浅层地下水补给主要来源于大气降水,大部分地区地下水贫乏,埋藏很深,多在50米以下,有的达100米至200米。
窑洞崩塌多发原因
窑洞崩塌灾害有多种形式,其原因归结起来是滑坡与崩塌。据调查,滑坡毁窑约占毁窑总数的10%。90%的毁窑事件是崩塌灾害造成的。根据崩塌及其发生位置,可进一步分为窑背、洞门、洞侧墙崩塌;洞门、拱圈、洞顶、接口部位开裂掉块及洞身塌陷冒顶等,其中窑背崩塌最常见。
选址地区岩土介质不连续
塌方事故多的鄂尔多斯地块受喜马拉雅运动作用,发育两组相互垂直的X节理。这两组节理,由于第四纪以来华北新构造运动剧烈,随着地应力逐渐加大,基岩节理成为构造岩体的不连续面。区域性黄土节理与基岩节理走向一致,基岩节理控制了黄土节理的发育。
黄土层中自身发育的垂直节理、斜节理、斜坡自然卸荷节理与区域构造形成的X节理构成了黄土的节理系统。它的存在将土体切割成块体,破坏了土体结构,降低了土体的抗拉强度,且有利于降水入渗和风化作用的进行。复杂的节理系统是形成黄土塬边崩塌、滑坡、冲刷侵蚀、陷穴发育等斜运动及毁窑频发的主要原因。
气候、植被
黄土高原的春季,由于冬季风衰退,较弱的太平洋暖湿气流还难以影响该地区,故而该地区大气和土壤干旱明显,春旱现象严重。
夏季黄土高原近地面处于大陆热低压槽的前部,而高空则在副热带高压的影响和控制之下,盛行的太平洋热带海洋气团湿度较大,经冷空气的激发作用形成大面积降水,成为黄土高原降水的主要来源。
秋季暖湿的海洋气团南退,冷空气进入黄土高原,但因南退的暖湿海洋气团受秦岭的阻挡,而变性大陆性气团侵入很快,形成较多的锋面降水。由此造成了黄土高原夏秋季多雨,而冬春季干旱少雨的降水特征。
数据显示,黄土高原上的滑坡和崩塌发育在时序上有两个频发期:每年春季3月、4月冻土融化期和秋季9月、10月的连绵阴雨期。其原因是春季转暖,地温回升,冻土开始融解,黄土在冻融作用下结构变得更松散,强度大大降低,且融水下渗,从而形成崩塌频发期。
秋季来临,7月、8月主要降水渐渐向黄土中下部渗入,至9月、10月阴雨季,地表湿润,斜坡土体在隔水层界面形成润滑层,此时土体容重大、抗剪强度低,形成又一个崩塌毁窑频发期。
人为活动
修建窑洞时,人工切坡形成高达数米至数十米的陡壁,大大改变了斜坡的应力状态。在汛期雨水入渗和冻融的作用下,十分容易发生窑背崩塌。修建水库拦截地表水并抬高地表水和地下水位,使坡麓黄土迂水产生自重湿陷,牵引斜坡失稳从而产生滑坡崩塌。
预防窑洞崩塌的对策及现有窑洞的保护措施
合理选址
1.建窑前要详细检查场地及其附近有无受基岩节理控制的黄土节理,根据当地建窑经验修建窑洞,节理面与窑洞的最近距离不应小于1米。
2.避免在离石黄土与马兰黄土交界处建窑。
3.从土体结构稳定性、土体工程地质特征分析可知,离石黄土稳定性更强,故应尽可能选择离石黄土层为窑址。
4.窑址应选择山形完整,山体未被冲沟、山洼等负地形切割破坏,无滑坡、崩塌、剥落等不利地形坡段。
5.选择土层干燥、排水条件好、无泉水出露的斜坡段。在冲沟两侧建窑,应选择沟坡稳定,已停止侧蚀坡段,且高出冲沟底6米至8米,以防止洪水冲刷。
洞口、洞轴线位置的选择
1.窑背厚度应大于5米。根据工程地质经验数据,可选容许坡度为1∶0.5至1∶0.95。
2.根据当地建窑经验,黄土节理走向或斜坡走向与窑洞轴线方向的夹角不应小于30度。根据资料统计得出,当洞轴线与黄土节理走向平行时,节理面距窑洞不应小于1米。
3.当洞轴线与节理走向垂直时,节理面与窑沿口间距应满足:接口窑应大于2米,砖石全衬砌拱窑应大于1米。
4.多孔窑洞并排修建时,两窑洞间距应满足:离石黄土中土窑洞间距不小于3米,马兰黄土中土窑洞间距不小于4米,砖拱窑间距不小于80厘米,料石拱窑不小于60厘米,接口窑不小于2.5米,片石拱窑不小于90厘米。
保护现有窑洞应采取的对策
1.加强洞顶外围排水,修截水沟切断地表水进入窑洞区。
2.发现窑洞附近有裂缝和陷坑后,应及时用土夯填,防止汇水入渗。
3.洞内如发现微细裂纹,可用柳木拱支护,最好用柳木拱加柳木编排支护,有条件可采用砖石衬砌。
4.修建在不稳定或处于极限状态斜坡段的窑洞应组织搬迁。
5.在每年3月、4月、9月、10月,应加强对滑坡、崩塌险情的监测。
新建窑洞施工要求
1.在开挖切坡时,洞门部位应及时支撑,修砖石拱门,防止卸荷裂隙进一步扩展。
2.在离石黄土中建窑可采用小跨和柳木拱、柳木拱编排联合支护。
3.洞门拱脚或切坡坡脚建成1/10的散水坡,严禁坡脚积水。
4.洞身开挖应使侧壁、洞拱光滑,严禁用撬棍大块撬挖,如发现裂隙应及时衬砌。
事故案例
2020年4月14日9时,甘肃省天水市麦积区伊甸种养殖农民专业合作社在开挖窑洞时发生崖体坍塌,造成3人死亡。
2019年6月2日,甘肃省庆阳市一村民在自家箍窑过程中,窑洞发生塌方,造成4人死亡、1人受伤。
2018年12月21日,河南省巩义市孝义街道二十里村一农户翻新自建窑洞时发生塌方,多人被困。当日16时,在营救被困人员时,不幸发生第二次塌方,造成14人死亡。
2017年7月15日,陕西省榆林市米脂县桃镇桃镇村发生窑洞坍塌事故,造成2人死亡。
2013年8月29日,陕西省延安市安塞县楼坪镇一居民窑洞发生坍塌,造成3人被埋。(本报综合整理)