建设工程地面沉降产生的因素分析及其评估

2014-03-18罗祥斌

中国高新技术企业 2014年5期

摘要：文章对建设工程地面深降的原因进行了分析，结合三种不同类型的工程建设进行说明，并以深基坑建设工程为例，对地面沉降危险性评估作了介绍，包括评估标准、评估内容和危险性分级指标的三个部分。

关键词：建设工程；地面沉降；因素分析

中图分类号：P642 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）07-0051-03

1 概述

建设工程地面沉降是地面沉降的一种，引发原因在于所建工程的地下支撑物被移走，属于人为因素造成的地面沉降。建设工程是指为人类生活、生产提供物质技术基础的各类建筑物和工程设施的统称。通常来讲，建设工程地面沉降具有客观性与不确定性等特点。客观性是指客观实在性，建设工程地面沉降同其他事物发展规律类似，从产生到消亡，有其自身发展的规律；不确定是指地面沉降发生时间的不确定性、危害程度的不确性等，引发这些不确定性的条件包括人为条件与自然

条件。

2 建设工程地面沉降原因分析

建设工程地面沉降产生的原因无外乎两种，那就是自然因素与人为因素。自然因素有地壳运动、地震、海啸、大气、河流、地质及地质岩等地球表面及内部变化；除自然因素以外的引起的地面沉降都可归为人为因素。这些因素有人为的挖掘（矿藏、石油、天然气、煤等）、森林的砍伐、水坝的建设等。

3 建设工程地面沉降分析

3.1 基坑工程引发的地面沉降

基坑工程所造成的地面沉降原因在于坑内被挖空以及坑外的降水。基坑坑内土体被移走，因为土体具有卸荷作用，围护结构就会向坑内水平位移，且引发坑底土体的回弹，进而造成基坑周围土体的地面沉降。降水引起土质疏松，周围的工地被疏干，引发土体的固结压密；另外，基坑降水时在坑内外形成水头差，在土体中渗流，产生的渗透力对基坑外土体造成挤压，并引发坑内土体隆起。基坑外土体的挤压作用与坑内土体的隆起都会引起基坑外土体产生向下的竖向位移，地表就表现为地面沉降。

3.2 城市地铁工程引发的地面沉降

乡村人口不断涌入城市，给城市发展带来积极影响的同时，也给城市到来巨大的压力，尤其是城市的交通问题。由此地铁成为了有效缓解交通问题的首选方案。然而，城市地铁建设工程也存在一定的弊端，即成为地面沉降的又一个重要原因。地铁建设中有两个时点对地面的破坏性最强，最能引发地面沉降。即是施工过程中，盾构通过时以及开始挖掘隧道时。这时直接造成地层的严重损失。因为在掘进时，初始侧压力要远远高于开挖面土体所受的水平支护应力，开挖面前方土体极有可能下沉。用盾构法建设隧道时，当初始衬砌真正脱离盾尾时，就会有一环形空隙在隧道挖掘壁面与衬砌外围之间形成。土体由于受到挤压就会向空隙发生相应的位移，由此会引发地面沉降。地面沉降的另一个原因是固结与蠕变，特别是在软土饱和地层中这种地面沉降

更大。

3.3 高层建筑群引发的地面沉降

地面沉降的另一个常见的原因是高层建筑的建设。通常，由于上部结构荷载的作用，附加应力就会相应的在地基土中出现，通常看做土层的总应力。我们知道，有效应力与孔隙水压力综合就是附加应力，但是只有有效应力才能影响到土体变形。根据相应理论，附加应力使得时间越长，孔隙水压力越小，最好逐渐的消散。而有效应力恰恰相反，时间越长就越大，随着逐渐增长，导致地基土变形，直接形成了建筑物、周围土体沉降。根据相关理论，对于现实当中的高层建筑群而言，单个建筑物的距离很近，建筑物群就会在地基土上产生应力叠加，这一现象更为严重，会不断的加剧地面沉降的发生。

4 建设工程地面沉降评估——以深基坑所建工程为例

4.1 评估标准

对建设工程的地面沉降危险性进行评估，需要按照国家有关部门有关规定进行。对所建、在建工程引发或者加剧地面沉降的可能性作出相应评估并进行评价，为提出防治措施打下基础。

因此，地面沉降评估的目的在于为防治地质灾害提供专业依据而非在于申请拿地，赚取利润。它是整个工程中不可缺少的一项工作，是在设计及评估勘探阶段进行的。建设工程地面沉降评估，是工程所建项目的深化与补充。因为这项评估工作是在工程节点评估之后，所依据的资料得到很好的把握基础之上进行的。所以对评估的各个方面都提出了非常严格的标准。

4.2 评估内容

为实现建筑安全，我们通常对建设工程的地面进行沉降相应的危险性评价。主要方法是通过最大沉降量、沉降的有效影响范围的具体量化分析，从而验算基坑监测与控制主要的影响范围外边界的预测沉降量数值。测算设计规程范围内的，工程上能够忽略的沉降量，以及对区域沉降量的叠加作用。这样的测算过程，有助于通过测算对沉降量大的施工方案进行有效优化，减弱沉降效应，确保建筑施工及建筑本身的安全。按照深基坑工程进行举例说明，在进行深基坑工程评估时，地面沉降就要将工程地质条件、不良地质进行重点评价，对于工程型的地质灾害要有足够的风险预测与准确的评估。要特别关注含水层疏干降压和土体开挖卸荷时的地面沉降预测、评估与分析，对灾害预测要有准确的评价。要专门研究并反复论证井位布置、支撑结构型式、降排水量、开挖程序、回灌井布设等重点工程方案。在有效防控地面沉降同时科学设计、选择最优化的施工方案。这是评估的要点与重要内容。

4.3 危险性分级指标

工程承建单位是工程沉降与防治的责任主体，所以需要对深基坑工程地面沉降及周围环境的破坏负主要责任。承建单位根据实际情况，协同有关部门将工程所造成的影响控制在可控范围之内。依据我国有法律法规和一些规章制度，根据工程实际，确认承建单位主要责任，而对于工程外所造成的地面破坏，可以按市政工程或城市有关综合管理办法进行处理。并在此基础之上，建立施工工程沉降控制指标体系。一般来讲，平面范围的取值为所挖深度的两倍，沉降值应当控制在3mm以内。此举说明，深基坑的施工范围有了一个明确的划分，并且规定，若基坑深度进一步加深达六倍以上，沉降量应该控制在1lmm之内。endprint

以上沉降量标准的划定，主要是考虑到以下几个因素。第一，深基坑工程的沉降控制关系到工程整体地面沉降情况，所以，沉降标准在实情操作中应该严格执行，或是超标准执行，以确保工程质量；第二，所建工程各部分所产生的沉降会发生叠加与交叉现象。例如，同一区域某一工程所产生的沉降可能不会引发地质危害，但是多个工程产生的沉降相继叠加，危害可能会放大，若某些工程控制标准不达标，则危害会更大；第三，即便技术手段可以实现所设目标，但由于现实原因而无法去执行；再者，为了有利于跟踪测量和质量的把控，沉降指标的设立应该充分考虑到设备的工作精度，若指标设立过于精细则投备无法实现，也就失去现实意义，所以以六倍开挖深度的毫米数量级进行确定，而非十倍或者十五倍。

初步拟定的深基坑工程地面沉降的控制指标暨危险性分级标准如表1所示：

表1 危险性分级指标

分级指标危险性分级

低中高

最大降量

（mm） 2倍开挖深度范围处 <3 3-5 >5

6倍开挖深度范围处 <1 1-3 >3

在深基坑工程地面沉降评估中，应结合沉降量与沉降范围的估算结果，对其进行危险性分级。除考虑最大沉降量以外，还需要考虑沉降速率的变化。对于数倍于开挖深度范围内，可根据沉降的实际表现和变化趋势，确定重点控制区域与一般控制区域。当基坑工程沉降控制得到很好控制的条件之下，才能从源头上降低工程地面沉降对周围环境和区域沉降的影响。这是地面沉降控制的关键，也是地面沉降控制的主要工作。若所引发的危险性等级较高，需要对原有设计施工方案提出修改完善和优化建议，进而保证基坑工程和周围环境的安全。

5 结语

建设工程地面沉降是地面沉降的一种，引发原因也有很多。文章通过基坑工程、高层建筑群和城市地铁三种情况举例说明造成地面沉降的原因；并进一步以深基坑为例分析建设工程地面沉降评估，对评估内容与设立指标及原因和危险性进行说明。

参考文献

[1] 崔振东，唐益群，卢辰.工程环境效应引起上海

地面沉降预测[J].工程地质学报，2007，15

（2）：234-236.

[2] 高大钊.深基坑工程（第2版）[M].北京：机械

工业出版社，2002.

[3] 姜衍祥，于强，王威.天津市地面沉降控制与城市

新发展[J].水文地质工程地质，2011（37）：

56-59.

[4] 龚士良，叶为民.上海市深基坑工程地面沉降评