区域地面沉降评估方法研究

吴清海

(淮海工学院测绘工程学院,江苏连云港 222005)

区域地面沉降评估方法研究

吴清海

(淮海工学院测绘工程学院,江苏连云港 222005)

地面沉降是一种不可补偿的永久性环境和资源损失,是我国乃至世界范围内较为普遍的地质灾害。目前仍然没有形成比较完整的有关地面沉降评估的理论体系。以连云港云台变电所为研究对象,确定了地面沉降评价指标,建立了地面沉降评估体系。实例验证结果表明,该研究方法能较好地反映地面总体沉降情况。

地面沉降;沉降速率;综合沉降量;评估

一、引 言

地面沉降是一种普遍而又日趋显著的地质现象,对沉降区的生态环境、基础设施等会产生严重影响[1]。我国目前已有 95个大中城市出现不同程度的地面沉降,主要分布于东、中部地区的上海、天津、江苏、河北等 17个省市,由于不均匀地面沉降,给建筑物造成不同程度的破坏,损失巨大。如何评价地面沉降的程度,也就成为研究的关键问题。

国内外研究表明[2-3],迄今为止,仍然没有形成比较完整的有关地面沉降的评估理论体系。本文从土方量变化的角度,间接地反映地面总体沉降情况,并对地面沉降情况作出评估。

二、评估模型

对一个沉降区域来说,常出现不均匀地面沉降,有的地方沉降速度快,有的地方沉降速度慢。通过对某区域进行综合研究,得出一个能反映该区域总体沉降情况的值,即综合沉降量。所谓综合沉降量即对被研究区域进行二期测量,利用二次观测得到的高程数据建模后叠加,计算出二次观测期间区域内的体积与区域面积之比。

在研究区域内布设大量沉降观测点,首次观测其三维坐标,以后只进行沉降观测,将各沉降观测点的平面坐标和每期的沉降量,做成适合南方 CASS的 dat文件格式,调入到南方 CASS系统中,进行计算。

1)体积的计算。二次观测期间区域内的体积是指在区域内二次观测所建立的地形曲面之间所包含的空间物体的容积。利用变形观测点构建不规则三角网模型 (triangulated irregular network, T IN),将后期地形表面 T IN模型与前期地形表面T IN模型进行叠加,从而求出在两个表面上对应的三角形单元所夹体积 v[4]。

2)区域内面积的计算。在南方 CASS绘图软件中,利用“工具/画复合线”的功能,把要研究的区域围成封闭曲线,再利用“工程应用/查询实体面积”,即可得到沉降区域面积 s。

3)综合沉降量的计算。沉降量为

4)沉降速率的计算。为表示被研究区域内综合沉降情况,规定以综合沉降量与其时间单位的比称为沉降速率,用 φ表示。

式中,t为时间,通常以半年、100天、50天或 30天来计算。

三、区域沉降的评估

当沉降速率 φ＜Δ1时,说明该沉降区综合沉降量 h比较小,沉降速率比较慢,该区域称为稳定沉降区;当Δ1＜φ＜Δ2时,说明该区域在一定的范围沉降,该区域称为一般沉降区;当 φ＞Δ2,说明该沉降区综合沉降量 h超过了限值,沉降速率比较快,该区域称为危险沉降区。具体见表 1。

表1 沉降等级划分表

四、实例验证

连云港 110 kV云台变电所于 2002年 8月投入使用,由于地基基础土方回填前未对天然地表进行有效处理,回填质量较差、场地淤泥层厚,稳定性差,基础设计忽略了地基的沉降验算和大量的设备基础底面设计在未经处理的天然地基上等多方面的原因[5],建成不久后就出现大面积的地基和基础不均匀沉降,直接影响电站的安全运营。因此,云台变电所对其采取的一系列基础加固措施[6-7]。为研究其沉降规律,在沉降区域内较均匀地选择一些能反映地面沉降情况的观测点,共 151个,测定这些观测点的平面坐标,并每月对其进行一次沉降观测。根据上述理论,利用基础加固前和基础加固后试验区的观测资料进行计算,具体计算结果见表 2。

表2 计算结果汇总表

从表 2可知,基础加固前 4期,有二个月沉降速率超过 0.04 mm/d,属于危险沉降区;有一个月mm/d沉降速率超过 0.02 mm/d,属于一般沉降区。基础加固后五期,有一个月沉降速率超过0.02mm/d,属于一般沉降区;最后三个月沉降速率小于0.02mm/d,属于稳定沉降区。因此云台变电所基础加固后效果显著,沉降趋于稳定。

五、结 论

1)通过对地面沉降情况进行分级,为进一步研究地面沉降奠定了理论基础,对地面沉降的研究进行了有益的探讨;

2)当地面出现不均匀沉降时,用该方法可实现对地面总体沉降情况进行综合评估;

3)沉降速率的限值,应根据不同地区、不同基础、不同工程的具体情况而定。

[1] 岳建平,方露.城市地面沉降监控技术研究进展[J].测绘通报,2008(3)：1-4.

[2] 张梁,张业成,罗元华,等.地质灾害灾情评估理论与实践[M].北京：地质出版社,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] 吴清海.基于 T IN的土方计算在地面沉降预测中的应用[J].测绘通报,2009(9)：15-17.

[5] 杨敏.220kV高压变电所基础沉降事故分析及加固实践[J].淮海工学院学报,2007(4)：65-68.

[6] 杨敏.微型钢管桩施加预应力加固沉降基础的试验研究[J].建筑技术,2008(6)：465-466.

[7] 杨敏,宋明志.运行变电站打桩加固沉降基础的应用[J].电力建设,2009(10)：9-12.

[8] 中华人民共和国建设部.JGJ8—2007建筑变形测量规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2007.

The Research on AssessmentM ethods of RegionalLand Subsidence

WU Qinghai

0494-0911(2010)08-0040-02

TU196

B

2010-02-10

吴清海(1964—),男,河南柘城人,硕士,副教授,主要从事工程测量及数据处理方面的教学与研究工作。