西安地裂縫對高層建筑的影響及避讓措施

楊凱鋒 侯敏樂 萬黔云 徐 濤

中國建筑第四工程局有限公司 陜西 西安 710065

由于地球內(nèi)部原因會使得地球上物質(zhì)產(chǎn)生機械運動，而地球的機械運動會在地球內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，進而會影響地殼結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。人類為了提高自身的生活水平和生存空間，在地球上進行一系列的活動，例如開墾土地、砍伐樹木等活動，加速了自然作用的速度，改變著自然界，同時也會加速地殼運動，從而在地形表面上形成一條一定長度的裂縫，稱之為地裂縫[1]。

地裂縫會對建筑物造成極大的危害，對房屋的結(jié)構(gòu)構(gòu)件造成損害，會引起房屋局部產(chǎn)生沉降，嚴重時會導(dǎo)致整體房屋傾斜甚至倒塌，地裂縫同樣也會對地面及地下設(shè)施產(chǎn)生危害，使得地面建筑、路面產(chǎn)生下沉、斷裂，也會造成地下設(shè)施產(chǎn)生坍塌，不僅造成社會經(jīng)濟的損失，還有可能會誘發(fā)次生災(zāi)害，對人類的生命安全造成威脅。因此，對地裂縫的影響進行深入的分析，對保證建筑物結(jié)構(gòu)的安全性有重要的意義。

隨著國家西北大開發(fā)戰(zhàn)略的形成，西北各個城市發(fā)展規(guī)模不斷擴大，同時對于人才的需求量也與日俱增。近年來，各個城市都開始啟動人才引進政策，西安市也緊跟發(fā)展的腳步，迅猛地發(fā)展。西安市近年來的經(jīng)濟迅速發(fā)展，城市發(fā)展規(guī)模逐步擴大，人口數(shù)量急劇增長，因此高層房屋建筑成為不可或缺的一部分，高層房屋建筑的需求量也因此而增大。但由于地裂縫對建筑物的影響，使得許多土地不能充分開發(fā)利用，造成土地資源的浪費。因此，為了保證高層建筑物的安全，目前常見的減輕地裂縫活動影響的方法是采用空間避讓法。選擇合理的安全避讓距離，可以既保證高層建筑的安全，又能保證土地資源的最大利用。因此，人口密度大且土地資源緊缺的西安市，從建筑工程的安全角度出發(fā)，要求實際在建工程根據(jù)DBJ 61-6—2006《西安地裂縫場地勘察與工程設(shè)計規(guī)程》[2]（以下簡稱“規(guī)范”）的規(guī)定，采用合理的避讓措施，以提高城區(qū)內(nèi)土地資源的利用率。

1 西安地裂縫發(fā)育背景及活動特征

西安市歷史悠久、人口稠密、供水需求極大。長期以來，缺水一直是困擾西安城市發(fā)展的桎梏，現(xiàn)西安城市主要的供水水源為地下水。地下水成環(huán)帶狀分布，并且不能直接作為供水水源的地下水分布面積占總體面積的18%。地下水的水質(zhì)較差，潛水及淺層承壓水被嚴重污染，很難被開采利用。近年來，為滿足城市快速發(fā)展的需求，加大了對城市地下水的開采。西安地裂縫是由于過量開采承壓水，產(chǎn)生不均勻地面沉降條件下，在臨潼—長安斷裂帶西北側(cè)一組北東走向的隱伏地裂縫出現(xiàn)活動，在地表形成的破裂，是一組正斷層活動在地面的反映。地裂縫總體走向北東，與臨潼—長安斷裂帶近似平行，與臨潼—長安斷裂傾向相反，傾角約80°，平面形態(tài)呈不等間距近似平行排列，每條地裂縫的延伸長度可達數(shù)公里至十公里。地裂縫都發(fā)育在特定的構(gòu)造地貌部位，即黃土梁南側(cè)陡坡上，黃土梁間洼地的北側(cè)邊緣。目前已查明的西安地裂縫有14條，其出現(xiàn)位置已穿過浐河和灞河。地裂縫活動方式不是直上直下沿一條直線運動的，而是蠕動前進的。地裂縫運動形式主要表現(xiàn)為在地裂縫南側(cè)（上盤）的地殼會降低，產(chǎn)生下降現(xiàn)象，而北側(cè)（下盤）的地殼運動則是呈上升趨勢。

2 工程概況

本項目位于西安市雁塔區(qū)丈八溝街道科技七路與經(jīng)五路十字東南角，地勢平坦，地貌單元屬皂河一級階地，非濕陷性黃土地基（濕陷下限約7 m）。擬建1#—2#樓（地上33層、地下2層）高度99.5～99.9 m，剪力墻結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約10.25 m，1#商業(yè)樓（地上3層、地下2層）及地下車庫（地下2層）框架結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深約10.25 m，2017年8月測量地下水位15.50～16.40 m（絕對高程394.05～393.14 m），西側(cè)皂河滲漏形成的上層滯水埋深約7.00 m。根據(jù)場地地裂縫勘察報告[3]，場地中部分布f7西安地裂縫。擬建2#樓位于f7西安地裂縫的上盤（南側(cè)），1#樓位于f7西安地裂縫的下盤（北側(cè)）。

3 西安地裂縫f7分布基本特征及影響

西安f7地裂縫[4]主要位于南郊樂游塬黃土梁南側(cè)一帶。地裂縫f7的分布路線是從西安西開發(fā)區(qū)開始，向東面延伸，經(jīng)過東灘社區(qū)、丈八六路，途經(jīng)丈八五路，一直延伸到陜西賓館，東南向從奧林匹克公園起，經(jīng)過陜西省警衛(wèi)培訓(xùn)基地后，向東北方向沿木塔寨村南、含光路、省社科院、西安工業(yè)大學(xué)西校區(qū)，向南穿越小寨西路、長安路、興善寺東街區(qū)、翠華路小學(xué)、西部家具城，再沿東西走向經(jīng)陜西教育學(xué)院，經(jīng)開米廣場、省委住宅、青龍寺、西安建筑科技大學(xué)科教產(chǎn)業(yè)園至草灘南村后，橫跨滬河到達水岸東方，最后向東延伸進紡織城，最終到達國棉四廠。

通過對西安f7地裂縫的周邊建筑進行實地考察，發(fā)現(xiàn)在地裂縫通過的地方，不論是高層建筑、商用店鋪、大型建筑還是廠房，周邊的建筑都會出現(xiàn)張裂變形現(xiàn)象，且裂縫的形狀都為楔形，裂縫上部寬、下部窄。處在地裂縫上的地面和路面，裂縫的形狀大多呈現(xiàn)鋸齒張裂形狀，裂縫東南盤有下沉的趨勢。分布在地裂縫周邊的地下設(shè)施也會有破壞現(xiàn)象，地下設(shè)施中的混凝土和使用的金屬管道會因地裂縫的影響被拉斷，出現(xiàn)上下分層等現(xiàn)象。各種工程實例表明，在地裂縫周邊或者橫跨地裂縫布置的建筑物，都會由于地裂縫的破壞力，使得建筑物形成不均勻沉降。不均勻沉降的影響隨著時間的累積會逐漸加大，使得建筑產(chǎn)生開裂，并且隨著時間的推移，裂縫的寬度持續(xù)加寬，影響建筑物的質(zhì)量安全。

對相關(guān)調(diào)查資料進行研究后發(fā)現(xiàn)，地裂縫對各種建筑物的破壞有一定的影響范圍，當建筑物與地裂縫的距離增加時，沉降影響變小，在影響范圍之外的建筑物一般不會遭到破壞[5]。因此，可以選用空間避讓法[6]，通過建筑物的基礎(chǔ)在地裂縫兩側(cè)選擇一個合理的避讓距離，達到降低地裂縫對高層建筑的破壞影響。

4 場地地裂縫勘察結(jié)果及避讓使用

根據(jù)鉆探鑒別，場區(qū)底層在23.0 m深度范圍內(nèi)土層，從地表面開始向下，依次分布為5層，各層的土層分布及特性為：

①雜填土（Q4m1）：黃褐色，土質(zhì)不均勻，含較多的磚瓦塊。

②黃土狀粉質(zhì)黏土（Q4a1＋p1）：該層主要由黃褐色黃土狀粉質(zhì)黏土構(gòu)成。

③粉質(zhì)黏土（Q41＋a1）：該層主要由淺灰色粉質(zhì)黏土構(gòu)成，有很大的厚度變化，該層在場地北部厚度小或缺失，場地南部厚度大，且底層有一定錯斷。

④古土壤（Q31e1）：該層為殘留的古土壤，褐紅色，厚度變化較大，是本次地裂縫勘察標志地層，地裂縫兩側(cè)標志地層錯斷趨勢明顯。

⑤粉質(zhì)黏土（Q2a1＋p1）：該層主要由黃褐色粉質(zhì)黏土構(gòu)成，該層揭露厚度不大，未穿透。

勘察中發(fā)現(xiàn)場地地下潛水水位在地裂縫兩側(cè)變化不大，其中在地裂縫南側(cè)地下水水位埋深16.10～18.20 m，相應(yīng)絕對高程394.37～393.45 m；地裂縫北側(cè)地下水水位埋深16.10～18.70 m，相應(yīng)絕對高程394.05～393.35 m。

本工程場地地裂縫分布如圖1所示，分布的地裂縫為西安市f7地裂縫，f7地裂縫在勘察場總體走向近東向西。地裂縫傾向南，傾角可按80°考慮。f7地裂縫為上盤（南盤）下降，下盤（北盤）相對上升；地裂縫造成勘探標志層④古土壤底板垂直斷距在1.1～2.1 m之間。

圖1 場地地裂縫勘察結(jié)果

根據(jù)規(guī)范中5.1.4條規(guī)定建筑物基礎(chǔ)底面外沿（樁基時為樁端外沿）至地裂縫的最小避讓距離如表1所示。

表1 地裂縫場地建筑物最小避讓距離單位：m

根據(jù)擬建場地f7地裂縫50多年來的觀察資料顯示，該地裂縫未出現(xiàn)過活動，考慮到場地地質(zhì)條件和區(qū)域供水的現(xiàn)狀，地裂縫上盤高層避讓距離可由20 m縮小為15 m。擬建場地f7地裂縫南北兩側(cè)的二類和三類建筑各自滿足規(guī)范的避讓距離要求后，二者的結(jié)構(gòu)可以相連，不設(shè)沉降縫。

因擬建場地f7地裂縫50多年來未出現(xiàn)過活動，為滿足規(guī)劃停車位的要求，可在地裂縫避讓帶內(nèi)，跨地裂縫布置臨時性質(zhì)的地下車庫，該地下車庫和地裂縫兩側(cè)的地下車庫之間設(shè)沉降縫，設(shè)雙墻，雙墻間隔100～300 mm，其間填充中粗砂，車位不得按產(chǎn)權(quán)出售，可以出租；在3個結(jié)構(gòu)獨立的地下車庫之間，在雙墻上可設(shè)置洞口作為連通車道。

地基基礎(chǔ)1#—2#樓均可采用素混凝土樁復(fù)合地基方案，素混凝土樁樁長及樁間距等設(shè)計參數(shù)最終應(yīng)通過計算確定，并選擇有代表性的地段進行試樁試驗。地下車庫及商業(yè)可采用天然地基、筏板基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

本文結(jié)合工程實例，對場地中所存在的西安f7地裂縫進行了研究。首先對f7地裂縫在西安整體的分布情況及對周邊建筑物產(chǎn)生的破壞影響程度進行了解；其次，結(jié)合勘察單位詳細勘探結(jié)果，掌握地裂縫在場地內(nèi)具體的分布情況，確定場地地裂縫地面出露位置坐標及勘探精度；最后依據(jù)DBJ 61-6—2006《西安地裂縫場地勘察與工程設(shè)計規(guī)程》，對處于地裂縫上盤的高層建筑選擇合理避讓距離及地基基礎(chǔ)方案。

通過采取合理的避讓措施，使得地裂縫之間的土地被合理利用，不僅能夠提高城市土地利用率，同時避免了商品房屋在地裂縫上的價值損失，為類似的工程積累了一定的經(jīng)驗。