區(qū)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(qū)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?shù)挠谰眯原h(huán)境和資源損失,是我國乃至世界范圍內(nèi)較為普遍的地質(zhì)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(jié)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(zhì)現(xiàn)象,對沉降區(qū)的生態(tài)環(huán)境、基礎設施等會產(chǎn)生嚴重影響[1]。我國目前已有 95個大中城市出現(xiàn)不同程度的地面沉降,主要分布于東、中部地區(qū)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(nèi)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(qū)域來說,常出現(xiàn)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(qū)域進行綜合研究,得出一個能反映該區(qū)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(qū)域進行二期測量,利用二次觀測得到的高程數(shù)據(jù)建模后疊加,計算出二次觀測期間區(qū)域內(nèi)的體積與區(qū)域面積之比。

在研究區(qū)域內(nèi)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(diào)入到南方 CASS系統(tǒng)中,進行計算。

1)體積的計算。二次觀測期間區(qū)域內(nèi)的體積是指在區(qū)域內(nèi)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(guī)則三角網(wǎng)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(qū)域內(nèi)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(qū)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(qū)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(qū)域內(nèi)綜合沉降情況,規(guī)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(qū)域沉降的評估

當沉降速率 φ＜Δ1時,說明該沉降區(qū)綜合沉降量 h比較小,沉降速率比較慢,該區(qū)域稱為穩(wěn)定沉降區(qū);當Δ1＜φ＜Δ2時,說明該區(qū)域在一定的范圍沉降,該區(qū)域稱為一般沉降區(qū);當 φ＞Δ2,說明該沉降區(qū)綜合沉降量 h超過了限值,沉降速率比較快,該區(qū)域稱為危險沉降區(qū)。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(zhì)量較差、場地淤泥層厚,穩(wěn)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(jīng)處理的天然地基上等多方面的原因[5],建成不久后就出現(xiàn)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(guī)律,在沉降區(qū)域內(nèi)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(jù)上述理論,利用基礎加固前和基礎加固后試驗區(qū)的觀測資料進行計算,具體計算結(jié)果見表 2。

表2 計算結(jié)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(qū);有一個月mm/d沉降速率超過 0.02 mm/d,屬于一般沉降區(qū)。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(qū);最后三個月沉降速率小于0.02mm/d,屬于穩(wěn)定沉降區(qū)。因此云臺變電所基礎加固后效果顯著,沉降趨于穩(wěn)定。

五、結(jié) 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?shù)孛娉霈F(xiàn)不均勻沉降時,用該方法可實現(xiàn)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(jù)不同地區(qū)、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(jiān)控技術研究進展[J].測繪通報,2008(3)：1-4.

[2] 張梁,張業(yè)成,羅元華,等.地質(zhì)災害災情評估理論與實踐[M].北京：地質(zhì)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(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)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(shù)據(jù)處理方面的教學與研究工作。