區域地面沉降評估方法研究

吳清海

(淮海工學院測繪工程學院,江蘇連云港 222005)

區域地面沉降評估方法研究

吳清海

(淮海工學院測繪工程學院,江蘇連云港 222005)

地面沉降是一種不可補償的永久性環境和資源損失,是我國乃至世界范圍內較為普遍的地質災害。目前仍然沒有形成比較完整的有關地面沉降評估的理論體系。以連云港云臺變電所為研究對象,確定了地面沉降評價指標,建立了地面沉降評估體系。實例驗證結果表明,該研究方法能較好地反映地面總體沉降情況。

地面沉降;沉降速率;綜合沉降量;評估

一、引 言

地面沉降是一種普遍而又日趨顯著的地質現象,對沉降區的生態環境、基礎設施等會產生嚴重影響[1]。我國目前已有 95個大中城市出現不同程度的地面沉降,主要分布于東、中部地區的上海、天津、江蘇、河北等 17個省市,由于不均勻地面沉降,給建筑物造成不同程度的破壞,損失巨大。如何評價地面沉降的程度,也就成為研究的關鍵問題。

國內外研究表明[2-3],迄今為止,仍然沒有形成比較完整的有關地面沉降的評估理論體系。本文從土方量變化的角度,間接地反映地面總體沉降情況,并對地面沉降情況作出評估。

二、評估模型

對一個沉降區域來說,常出現不均勻地面沉降,有的地方沉降速度快,有的地方沉降速度慢。通過對某區域進行綜合研究,得出一個能反映該區域總體沉降情況的值,即綜合沉降量。所謂綜合沉降量即對被研究區域進行二期測量,利用二次觀測得到的高程數據建模后疊加,計算出二次觀測期間區域內的體積與區域面積之比。

在研究區域內布設大量沉降觀測點,首次觀測其三維坐標,以后只進行沉降觀測,將各沉降觀測點的平面坐標和每期的沉降量,做成適合南方 CASS的 dat文件格式,調入到南方 CASS系統中,進行計算。

1)體積的計算。二次觀測期間區域內的體積是指在區域內二次觀測所建立的地形曲面之間所包含的空間物體的容積。利用變形觀測點構建不規則三角網模型 (triangulated irregular network, T IN),將后期地形表面 T IN模型與前期地形表面T IN模型進行疊加,從而求出在兩個表面上對應的三角形單元所夾體積 v[4]。

2)區域內面積的計算。在南方 CASS繪圖軟件中,利用“工具/畫復合線”的功能,把要研究的區域圍成封閉曲線,再利用“工程應用/查詢實體面積”,即可得到沉降區域面積 s。

3)綜合沉降量的計算。沉降量為

4)沉降速率的計算。為表示被研究區域內綜合沉降情況,規定以綜合沉降量與其時間單位的比稱為沉降速率,用 φ表示。

式中,t為時間,通常以半年、100天、50天或 30天來計算。

三、區域沉降的評估

當沉降速率 φ＜Δ1時,說明該沉降區綜合沉降量 h比較小,沉降速率比較慢,該區域稱為穩定沉降區;當Δ1＜φ＜Δ2時,說明該區域在一定的范圍沉降,該區域稱為一般沉降區;當 φ＞Δ2,說明該沉降區綜合沉降量 h超過了限值,沉降速率比較快,該區域稱為危險沉降區。具體見表 1。

表1 沉降等級劃分表

四、實例驗證

連云港 110 kV云臺變電所于 2002年 8月投入使用,由于地基基礎土方回填前未對天然地表進行有效處理,回填質量較差、場地淤泥層厚,穩定性差,基礎設計忽略了地基的沉降驗算和大量的設備基礎底面設計在未經處理的天然地基上等多方面的原因[5],建成不久后就出現大面積的地基和基礎不均勻沉降,直接影響電站的安全運營。因此,云臺變電所對其采取的一系列基礎加固措施[6-7]。為研究其沉降規律,在沉降區域內較均勻地選擇一些能反映地面沉降情況的觀測點,共 151個,測定這些觀測點的平面坐標,并每月對其進行一次沉降觀測。根據上述理論,利用基礎加固前和基礎加固后試驗區的觀測資料進行計算,具體計算結果見表 2。

表2 計算結果匯總表

從表 2可知,基礎加固前 4期,有二個月沉降速率超過 0.04 mm/d,屬于危險沉降區;有一個月mm/d沉降速率超過 0.02 mm/d,屬于一般沉降區。基礎加固后五期,有一個月沉降速率超過0.02mm/d,屬于一般沉降區;最后三個月沉降速率小于0.02mm/d,屬于穩定沉降區。因此云臺變電所基礎加固后效果顯著,沉降趨于穩定。

五、結 論

1)通過對地面沉降情況進行分級,為進一步研究地面沉降奠定了理論基礎,對地面沉降的研究進行了有益的探討;

2)當地面出現不均勻沉降時,用該方法可實現對地面總體沉降情況進行綜合評估;

3)沉降速率的限值,應根據不同地區、不同基礎、不同工程的具體情況而定。

[1] 岳建平,方露.城市地面沉降監控技術研究進展[J].測繪通報,2008(3)：1-4.

[2] 張梁,張業成,羅元華,等.地質災害災情評估理論與實踐[M].北京：地質出版社,1998.

[3] CARBOGN IN L,GAMBOLATI G,JOHNSON A I.Land Subsivence[C]∥Proceeding of the Sixth International Symposium on Land Subsidence. Ravenna, Italy：[s.n.],2000.

[4] 吳清海.基于 T IN的土方計算在地面沉降預測中的應用[J].測繪通報,2009(9)：15-17.

[5] 楊敏.220kV高壓變電所基礎沉降事故分析及加固實踐[J].淮海工學院學報,2007(4)：65-68.

[6] 楊敏.微型鋼管樁施加預應力加固沉降基礎的試驗研究[J].建筑技術,2008(6)：465-466.

[7] 楊敏,宋明志.運行變電站打樁加固沉降基礎的應用[J].電力建設,2009(10)：9-12.

[8] 中華人民共和國建設部.JGJ8—2007建筑變形測量規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2007.

The Research on AssessmentM ethods of RegionalLand Subsidence

WU Qinghai

0494-0911(2010)08-0040-02

TU196

B

2010-02-10

吳清海(1964—),男,河南柘城人,碩士,副教授,主要從事工程測量及數據處理方面的教學與研究工作。