陽煤集團四礦招待所沉降觀測分析

張 彬

0 引言

陽煤集團四礦招待所位于陽泉市郊區段家背溝，為磚混建筑結構，共4層，該樓于1989年 7月初發現地表不均勻沉降(地面沉降是指在一定的地表面積內所發生的地面水平面降低的現象，也是大城市地區發育的一種工程地質現象)。地面沉降和塌陷是由于自然因素(例如地殼的構造運動、海平面上升、自然壓密、建筑物荷重、近地表處第四紀沉積物的天然固結)或人為因素(如地下水的過量開采、地下礦產開采引起地下空洞)，以及自然和人為因素(例如天然氣的開采、大量抽取地下水、太陽活動的變異與人類大量使用燃料產生的溫室效應而導致的海平面上升)所造成地表土體壓縮從而使陸地表面海拔高度降低。現在我們研究地面沉降的原因時，不難發現，人為因素已大大超過了自然因素。大量的事實證明，引起城市地面沉降的主要原因與過量開采地下水有關。

地面沉降具有生成緩慢、持續時間長、影響范圍廣、成因機制復雜和防止難度大的特點。因此，加強城市地下水資源管理的力度，是遏制城市地面沉降發展的有效途徑。

1 研究區概況

1.1 研究區概述

陽煤集團四礦招待所位于陽泉市郊區段家背溝，其招待所毗鄰其辦公樓西南側，該樓建于 1968年，由原四礦建安公司承建，磚混結構，毛石條基，共 4層，1989年 7月，該樓地表發生沉降，出現裂縫，沒有進行沉降觀測，當時只用鋼拉索進行了保守性的加固，2004年 8月，四礦為維護招待所整體結構的穩定，決定由測量中心對該樓進行病害勘察，并確定了地基的處理方案，對該樓地基進行深層混凝土樁加固處理。

1.2 沉降觀測的目的

監測建筑物在垂直方向上的位移(沉降)，以確保建筑物及其周圍環境的安全。建筑物沉降觀測應測定建筑物地基的沉降量、沉降差及沉降速度，并計算基礎傾斜、局部傾斜、相對彎曲及構件傾斜。實踐表明，通過沉降觀測，可以了解其沉降速度，并提出預報，以便采取相應的措施，減少因非預計沉降帶來的損失。

2 沉降觀測概述

2.1 沉降原因分析

2.1.1 概述沉降產生的主要原因

1)自然條件及其變化，即建筑物地基的工程地質、水文地質、大氣溫度、土壤的物理性質等;2)與建筑物本身相聯系的原因，即建筑物本身的荷重、建筑物的結構、形式及動荷載(如風力、震動等)的作用。

2.1.2 具體分析實例

1)場地工程地質條件。根據招待所病害勘察資料可知，該地下各巖土層如下:①層雜填土:雜色，稍濕，松散，以粉土、粉質粘土、石灰為主，含磚塊等。②層粉質粘土:土質均勻，有蟲孔、白色菌絲，有節理，根據土工試驗資料可知，該層具有濕陷性。③層粉土:土質均勻，濕，稍密，偶含礫石。④層:以強風化泥巖、砂質泥巖為主，棱角狀，分選不均勻，上部粉土充填，下部較純。

2)沉降原因分析。a.填土成分以粉土、粉質粘土為主，雖經人工壓實，但其密實度相對較差，其結構相對松散，這部分填土隨時間的推移會產生一定程度的自重壓實沉降變形。b.場院區地表散水及排水溝的水入滲加速了不密實填土的沉降，而且受水浸蝕的土體粘聚力和抗剪強度會出現大幅度降低，同時 2004年2月26日，供暖管道的開裂，約 30 t水滲入地下，對土體產生了潛蝕作用，從而導致了填土的進一步沉降變形，并引起土層向東南方向滑移，造成東北角毛石條基下沉。c.1989年 7月發生地表沉降后，雖對結構進行了處理，但處理不徹底，僅對表層及局部裂縫進行了填充加固，對地基下沉并沒有采取相應措施。

基于以上分析，該場區填土在今后會持續不斷沉降并可能在強降雨時產生表層填土滑移，進而影響周圍建筑物及人員安全。

2.2 沉降觀測原理

定期地測量觀測點相對于穩定的水準點的高差以計算觀測點的高程，并將不同時間所得同一觀測點的高程加以比較，從而得出觀測點在該時間段內的沉降量:

其中，i為觀測點點號;j為觀測期數。

2.3 工程布置

2.3.1 觀測點情況

此次觀測點包括基準點和沉降觀測點，其中基準點 2個，觀測點8個，共計10個。其中，基準點:巖層基準點2個;觀測點:混凝土打孔粘結觀測點，觀測點標志大部分較為明顯。

2.3.2 觀測點分布

觀測基準點為2個(J1，J2)，四礦招待所主體觀測點為 8個(1號～8號)，見圖 1。

3 結果及分析

變形觀測共進行了 32次，分 5個階段。第一階段為初期測量;第二階段為活躍期測量階段，每隔2 d進行一次觀測;第三階段為相對活躍期測量階段，每隔7 d進行一次觀測;第四階段為相對穩定期測量階段，每隔 15 d進行一次觀測;第五階段為穩定期測量階段，每隔30 d進行一次觀測;通過這5個階段的觀測，最后我們得出了一個非常可靠而且與實際極為相符的結論。

3.1 觀測方案及經過

觀測工作按既定觀測方案于 2004年 8月 28日建立了沉降移動觀測站。平面及高程系統均采用假定的獨立系統，傾斜移動觀測采用前方交會投影法進行，水準測量采用WILD-NA 2精密工程水準儀(DS05型)，該儀器的各次指標均符合有關規程規定要求;沉降觀測按二等水準要求進行，所采用的儀器為 Ni007水準儀配合 3m銦瓦水準尺，各項觀測成果在符合規程要求的前提下均經過平差處理。

3.2 觀測結果

從 2004年 8月 28日首次觀測至 2005年 3月 5日第 32次觀測，前后歷時半年，從觀測數據看，樓體基礎各特征部位高程變化累計值為-1.1mm～-7.4mm不等，下沉值最大點為樓體5號點，最大下沉值為-7.4mm，沉降速率為0.04mm/d。

從以上觀測結果看，除樓體 4號，5號，6號，7號點有極為緩慢的下沉跡象外，其余部位相對穩定，這與樓體結構破壞情況基本吻合。建議按照既定方案繼續加強監測，積累數據，直至樓體徹底穩定。

3.3 建筑物變形原因淺析

根據上述觀測結果，結合場地地基條件及施工作業特點，該建筑物產生變形的主要原因有以下幾點:

1)顯而易見，招待所樓的傾斜變形是由于下覆水管長期滲漏所致。設計時雖考慮到了相鄰新、老建筑物的影響，但在施工時其隔斷樁的密度及入土深度遠未滿足實際需要;

2)水位下的細顆粒砂類土，在滲透作用下將進行新的排列組合，其密度加大地層厚度減小，產生新的沉降，在其影響范圍內，也必然引起相鄰建筑物的沉降變形。

4 結語

陽煤集團四礦招待所樓房變形的原因，除特定的地基條件外，主要為下覆水管滲漏;鑒于近半年的變形監測結果表明，該建筑物垂直及水平位移變形已趨穩定，在這期間建筑物地基加固處理已接近理想，而對其上部結構破損部分進行修復，以達恢復其使用功能。

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