地面沉降原因及措施

某地区地面沉降机理与原因分析

摘要：某区地处微山湖西侧，作为周边煤矿职工及家属的居住中心，区内还有工厂企业。近30年来，该区供水水源均取自第四系上部含水层，地下水位持续下降，并造成了地面沉降。该文利用地下水动态资料和地面沉降监测资料，结合该区的第四系水文地质条件，分析研究了地下水水位下降与地面沉降的关系，剖析了地表沉降机理和沉降原因，得出了地面沉降与水位降深的数学关系式，以评价和指导本区水资源的开发利用，提出了调整供水水源结构，减缓或控制地面沉降的建议。

关键词：地面沉降 地面变形危害 地下水开采 降落漏斗 固结变形。

1 地区概况

某区(以下称该区)位于苏鲁豫皖四省的接壤地带，地处微山湖西侧，距微山湖最近距离约5?km，该区占地面积约10?km2。20世纪70年代初开始，该区周围先后建成5对生产矿井。作为这些矿区的职工及家属的居住中心，居住人数达5万多人，同时伴建有洗煤厂、机械加工厂等辅助企业。

该区于1976年埋设了少量水准点进行观测，工作中发现绝大部分水准点都在下沉，从1988年起，区内建立了比较完整的地面沉降观测系统，进行全面系统观测。观测点沿上海路、北京路、江苏路和南京路进行布设，分别称A、B、C、D四条观测线。各监测点的具体空间位置见图1。

2 地面沉降现状

(1)地面下沉变形

该区自1976年开始观测发现地面沉降以来，整个该区处在缓慢下沉并且沉降速率逐年增加，累计沉降量最大达881?mm，平均沉降速率为29.42?mm/a。以七村观测点为例地表下沉数据如表1。

(2)地面倾斜变形

该区地面变形的倾斜值，从2006年到2013年均小于3.0?mm/m。以地面沉降相对指数(Z)作为地面倾斜评价指标：

Z=（S-So）/S（2-1）

式中：Z—地面沉降相对指数,无量纲；

S—地面沉降累积沉降量 mm；

S0—地面沉降成灾临界值，选择天然沉降量。

据此本区属于轻微～轻度，以轻微危险性为主，但轻度危险区的范围逐年扩展。各个年份地面沉降危险性等级的面积演变如表2。

盾构法施工引起地面沉降原因分析及控制方法

进入21世纪，世界经济的迅猛发展使城市化建设得到了大幅度的提速。目前，人口不断地向城市聚集，使城市人口和建筑的密集度快速上升，造成能被利用的地面空间越来越少，因此，当今城市现代化建设的重要课题之一便是开发地下空间，为人类创造价值。但各种用途的管线被布置在地下，这便产生了在地下工程施工背景下的一种最佳方法——盾构法。盾构法施工虽然优点颇多，但是也存在诸多问题。本文就盾构法施工过程中引起的地面沉降问题展开讨论，分析产生的原因及寻找控制方法。

一，地面沉降产生原因

1、地层隆沉的发展过程

盾构推进引起的地面沉降包括五个阶段：最初的沉降、开挖

面前方的沉降、盾构机经过时沉降、盾尾空隙的沉降以及最终固

结沉降，如图l所示。

第一阶段：最初的沉降。该压缩、固结沉降是因为地基有效上覆土层厚度增加而产生的沉降，也是盾构机向前掘进时因为地下水水位降低造成的。指从盾构开挖面距地面沉降观测点还有一定距离(约3～12m)的时候开始，直至开挖面到达观测点这段时间内所产生的沉降。第二阶段：开挖面前方的沉降(或隆起)。这种地基塑性变形是由土体应力释放、开挖面的反向土压力、或机身周围的摩擦力等作用而产生的。它是从开挖面距观测点约几米时开始至观测点处于开挖面正上方这段时间所产生的沉降(或隆起)。第三阶段：盾构机经过时沉降。该沉降是在土体的扰动下，从盾构机的开挖面到达测点的正下方开始到盾构机尾部通过沉降观测点该段时期产生的沉降(或隆起)。第四阶段：盾尾空隙沉降。该沉降产生于盾尾经过沉降观测点正下方之后。土的密实度下降，应力释放是其土力学上的表现。第五阶段：固结沉降，它是一种由地基扰动所产生的残余变形沉降。经前人研究发现，第一阶段沉降占总沉降的0～4．5％，第二阶段沉降占总沉降的0～44％，第三阶段沉降占总沉降的15～20％，第四阶段沉降占总沉降的20～30％，第5阶段沉降占总沉降的5～30％。

利保商贸中心

地下室外围地面下沉处理施工方案

编制：

审核：

批准：

龙元建设集团股份有限公司

2018年8月1日

一、 工程概况

本工程位于佛山市顺德区龙江镇，建筑面积约18万平方米，占地面积约2.3平方米，其中地下室三层，基坑深度达16米左右，地上有3栋建筑物，最高一栋为120米。现1/3地下室已完成，已形成的地下室外墙进行了回填，其他地下室结构正在进行施工中。

二、事故原因

2018年6月8日顺德区遭受特大暴雨，且连续不停雨量之大是顺德数十年不遇的特大暴雨。本工程位于顺德地区的龙江镇，周边为家具材料城，本身工地位于整个市场的最低部位，由于暴雨在短时间内雨量很大，导致周边市政管道及周边的排水河道来不及及时的排出，大量的雨水倒灌入工地。倒灌雨水的入口在工程的东南角，当时积水深度达到1.5米左右。由于大量积水灌入基坑和地下室外围回填区域，导致地下室基坑周边回填并已完成混凝土硬化临时地面出现不同程度的沉降和开裂，道路路面也有不同程度的裂缝沉降，人货梯坡道出现倒塌的现象。经现场工程人员勘察发现确定，造成已浇筑完的混凝土地面、路面、人货梯坡道出现下沉、开裂、坍塌等现象主要是由于基坑周边回填物大量的流失造成，为保证工地安全顺利的前提下是施工，根据各方的建议尽快对有安全隐患的部位进行修复，主要是混凝土地面沉降修复面积约为800㎡，路面修复面积约为200㎡，坡道的坍塌等。故编制以下修复方案：

工艺流程

本施工方案结合本工程特点主要为混凝土地面沉降进行修复。原面层为混凝土压光地面，对混凝土基层的平整度要求较高。施工方式如下：

1.操测处理范围→原混凝土地面破碎→垃圾清理外运→地沙回填下沉部分→150~200厚钢筋砼地坪浇筑→振捣→拉毛→养护→割缝

2.先用水平仪操测,再由建设单位确定地坪修复范围，计算工程量，工程量现场确认。

地表沉降裂缝问题的处理方案

一、周边佳兆业山海城、麓港国际、金港盛世小区地表出现不同程度的沉降裂缝，原因分析：

1、北侧管线迁改施工，改迁DN600污水管道，距离围挡南侧约3m，宽度大约1m，深度约为4m ；改迁DN110燃气管道，距离围挡约1m，宽度50cm，深度约为70cm。改迁通讯管道，距离围挡约1～3m，宽度1m，深度约1m。三条管线的改迁施工，导致地表出现沉降。

2、本工程地界基本为早期填海而成，其中含富水地层卵石层（埋深约5米），离海较近，受潮汐影响地下水位变化较大。在基坑开挖过程中，项目部第三方监测单位进行地下水位监测，地下水位降低，造成地面轻微沉降，沉降未超过规范允许值。

3、本基坑围护结构采用连续墙和钻孔桩，基坑开挖过程中围护结构有轻微渗漏水，可能造成地面轻微沉降，沉降未超过规范允许值。

二、处理措施

项目部针对现状，结合施工情况，采取分阶段进行处理。

1、基坑施工过程中裂缝处理

在基坑施工过程中，对出现的裂缝及时完成填缝处理。填缝处理方法如下：

（1）基层处理：将地表面裂缝处的碎屑、灰尘、浮渣等清除干净。

（2）填补裂缝：用M7.5水泥砂浆，将地面基层表面的裂缝处封严，用刮板刮平。

（3）水泥砂浆设计强度为M7.5，稠度30~50mm。原材料为42.5级水泥和中砂。根据《砌筑砂浆配合比设计规程》砂浆试配时各材料的用量比例：

水泥：砂：水=100 : 593 : 108

（4）填缝处理完成后，确保地表水不通过裂缝渗入地表下。

2、基坑施工完成后修缮处理

基坑施工完成后，对于沉降区域，项目部采取翻修修缮处理恢复原状。

1）揭开地砖：沉降部分，用小铲将地砖揭开，揭开过程中轻拿轻放，注意保护好地砖不受破坏，统一整齐摆放到固定位置。

）沉降回填：揭开地砖裸露基础夯实，夯实后采用水泥砂浆回填，回填至2．

原状地面标高，整平。

3）恢复地砖：瓦工进行地砖铺设，按小区内已铺设标准，整齐铺设；铺设完成后，围闭现场，待砂浆强度达到要求后，解除围闭。