填海建成區(qū)建（構(gòu)）筑物地面沉降特點(diǎn)分析

摘 要：文章討論軟土特定的沉積環(huán)境、特殊的物質(zhì)組成，表明軟土具有天然含水量高、孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓縮系數(shù)高、滲透系數(shù)小等物理力學(xué)特性，其地基承載力低、變形和不均勻沉降大，且固結(jié)變形穩(wěn)定歷時(shí)較長。在濱海軟土地區(qū)，固結(jié)沉降和降水影響均是造成地面沉降的直接原因，人類活動(dòng)是地面沉降的主要誘因。通過對(duì)兩個(gè)典型小區(qū)的建筑物和地面沉降監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，說明填海建成區(qū)建（構(gòu)）筑物下軟土次固結(jié)沉降是不可忽視的。對(duì)不同功能用地地面沉降 處理提出合理化的建議。在施工期間和使用期間建立一套完善的監(jiān)測系統(tǒng)并進(jìn)行沉降監(jiān)測是至關(guān)重要的施工措施。

關(guān)鍵詞：填海;建成區(qū);軟土;沉降;分析

中圖分類號(hào)：P642.26? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2022）03-0001-03

0 引言

隨著城市建設(shè)用地需要，填海造地應(yīng)運(yùn)而生，深圳市前海和后海是典型的濱海地區(qū)，填海區(qū)淤泥層主要為全新統(tǒng)海相淤泥。此外，由于珠江入?？谧儗?，水流速度降低，入海水動(dòng)力條件變?nèi)酰又芎０兜匦蔚挠绊懞秃５姿鳝h(huán)流的作用，使珠江水流帶來的大量陸源物質(zhì)在此沉積和淤積，亦是淤泥沉積的原因。

1 軟弱土的特性

軟弱土天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、 壓縮系數(shù)高、滲透系數(shù)小，其地基承載力低、變形大，不均勻沉降也大，且固結(jié)變形穩(wěn)定歷時(shí)較長 [1]。

深圳地區(qū)的軟土厚度一般幾米到幾十米，分布范圍 廣，常處于飽和狀態(tài)?？紫侗却?，普遍在 1.5 ～ 3.5，平均約為2.5。土體壓縮性高，大多處于正常固結(jié)狀態(tài)，也有部分淺層軟土屬欠固結(jié)土層，壓縮系數(shù)一般為1.0 ～3.5 mPa-1。靈敏度高，具觸變性，擾動(dòng)后強(qiáng)度大幅降低，靈敏度一般在1.4～2.8之間，平均值約為2.0?？辜魪?qiáng)度低，軟土的十字板抗剪強(qiáng)度一般在10～26 kPa，平均值約為17? kPa，地基承載力小于40 kPa。

觸變性是淤泥類軟土的重要特性，在外力作用下，土的強(qiáng)度急劇降低，甚至發(fā)生流動(dòng)。外力停止作用后，結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間增長而逐漸恢復(fù)。軟土地基處理時(shí)，采取了一些工程措施改善地基特性，淤泥觸變的特性得到一定程度的解決。

2 軟弱地基土結(jié)構(gòu)組成

軟土由大量的粘土礦物組成，通過對(duì)該地區(qū)淤泥類粘土的礦物成分分析，可知其具有如下特征：

（1）沉積物是在偏堿性介質(zhì)環(huán)境中形成的 ;

（2）其主要礦物成分含量由大到小依次是高嶺石、伊利石、蒙脫石和綠泥石，其中以高嶺石為主。淤泥類土的粘粒含量高，分散程度高;

（3）與礦物成分相對(duì)應(yīng)，陽粒子交換容量較低，只有17 me/100g，比表面積較小 ;

（4）淤泥中存在指相礦物綠泥石和黃鐵礦等。

3 地面沉降原因

地面沉降是一種緩變型的不可逆的多發(fā)地質(zhì)災(zāi)害，往往造成地下管道扭曲折斷、道路起伏不平、海水倒灌，建筑物產(chǎn)生裂縫甚至傾斜，這不僅對(duì)地面設(shè)施產(chǎn)生很大的破壞作用，而且也會(huì)使地下環(huán)境發(fā)生變化，給工業(yè)生產(chǎn)、城市建設(shè)和人們生活帶來不利影響。在濱海的軟土地區(qū)，固結(jié)沉降和降水影響是造成地面沉降的直接原因。

4 固結(jié)理論

軟土固結(jié)理論主要有Terzaghi固結(jié)理論和Biot固結(jié)理論[2]，前者在一維情況下是精確的，對(duì)于簡單邊界問題，Terzaghi固結(jié)理論比Biot固結(jié)理論求解偏微分方程要容易得多。對(duì)于評(píng)估考慮整個(gè)軟土區(qū)域的問題， 邊界條件可簡化，并且只需要掌握沉降速率和沉降量的大致趨勢(shì)，采用Terzaghi固結(jié)模型，是完全可以滿足其要求的。

5 沉降分析

荷載作用下，軟土地基沉降按發(fā)生的機(jī)理由三部分組成：瞬時(shí)沉降、固結(jié)沉降、次固結(jié)沉降。瞬時(shí)沉降是加載后地基瞬時(shí)發(fā)生的沉降;固結(jié)沉降是超靜孔隙水壓力的消散，土骨架產(chǎn)生變形所造成的沉降，它與孔隙水的排出速率有直接的關(guān)系;次固結(jié)沉降是主固結(jié)完成后，在有效應(yīng)力不變的情況下，土的骨架仍隨時(shí)間繼續(xù)發(fā)生變形，這種變形與孔隙水排出的速率無關(guān)，關(guān)鍵取決于土骨架本身的蠕變性質(zhì)。

以上三部分沉降是無法在不同時(shí)間上完全分開的，如次固結(jié)沉降實(shí)際上在主固結(jié)過程一開始就伴隨次固結(jié)的發(fā)生，但其絕對(duì)值和相對(duì)值相比主固結(jié)沉降均較很小。隨著超靜孔隙水壓力消散基本結(jié)束以后，主固結(jié)變化就愈來愈小，而次固結(jié)沉降愈來愈顯著，逐漸成為主要因素。

軟土的沉降等于軟土層未完成的主固結(jié)沉降與次固結(jié)沉降之和。

下面以深圳灣一個(gè)正常固結(jié)場地來分析次固結(jié)沉降，土層厚度為H=10.5 m，初始空隙比 e0為0.9，壓縮系數(shù)Cc為0.32，次固結(jié)數(shù)Cs為0.023，平均有效應(yīng)力? ? 為3 250 kPa，有效應(yīng)力增量? ? ? 為1 030 kPa，由S —lgt曲線確定一年半完成主固結(jié)，五年之后的總沉降為 ：

（1）主固結(jié)階段

則主固結(jié)沉降量Sc：

ep=0.9-0.0383=0.8617

（2）次固結(jié)沉降量

總沉降量：S=212+67.8=279.8 mm

（3）次固結(jié)沉降量占總沉降量的比例為：67.8/279.8=24.2%D32CDE96-12BF-4823-A9C0-27449407A243

由上面的計(jì)算可以看出，次固結(jié)沉降量幾乎占到了總沉降量的1/4，因此，次固結(jié)沉降是絕不可以忽視的。

6 某典型小區(qū)地面沉降分析

深圳灣填海區(qū)域多個(gè)住宅小區(qū)，在建成后不同程度出現(xiàn)下沉，現(xiàn)對(duì)其中兩個(gè)典型小區(qū)進(jìn)行沉降分析。2011年5月15日進(jìn)場布設(shè)沉降觀測點(diǎn)55點(diǎn)（其中A小區(qū)布置39點(diǎn)，B小區(qū)布置16點(diǎn)），并于5月18日進(jìn)行了第 一次觀測，獲取各觀測點(diǎn)的初始讀數(shù)，截止2011年9月15日共進(jìn)行了第五次觀測，歷時(shí)121 d。

A小區(qū)沉降觀測：A小區(qū)地面沉降監(jiān)測點(diǎn)26個(gè)，房屋13個(gè)。地面最大沉降量為2.58 mm，最小為0.25? mm，平均沉降量為1.10 mm。房屋沉降量最大為0.81? mm，最小為0.12 mm，平均沉降量為0.50 mm。從時(shí)間—沉 降量曲線看，曲線平緩，無突變跳躍現(xiàn)象。

B小區(qū)沉降觀測：共布置觀測點(diǎn)16個(gè)，其中地面11個(gè)，房屋5個(gè)。房屋沉降量最大為0.79 mm，最小為0.45 mm，平均沉降量為0.61 mm。地面沉降量最大為1.99 mm，最小為1.04 mm，平均沉降量為1.50 mm。

從時(shí)間—沉降曲線圖，可以得出以下結(jié)論 ：

（1）現(xiàn)有建成區(qū)建設(shè)之初，均進(jìn)行過堆載預(yù)壓等地基處理，大部分區(qū)域在地基處理期間的堆載超過后期使用的實(shí)際荷載，即進(jìn)行了超載預(yù)壓，能夠在較短時(shí)間內(nèi)，以超載作用下較小的固結(jié)度，來實(shí)現(xiàn)下臥淤泥層在后期使用荷載下的固結(jié)沉降;加之，在從軟基處理完成到項(xiàng)目建設(shè)期間的自重固結(jié)作用，基本實(shí)現(xiàn)了淤泥層的主固結(jié)。

（2）監(jiān)測反饋出的建筑物和地面沉降，其變形絕對(duì)值和速率均不大，說明這主要是由于淤泥蠕變產(chǎn)生次固結(jié)造成的。不僅現(xiàn)階段，在今后較長時(shí)間內(nèi)，還將繼續(xù)發(fā)生，但在外部條件不變的前提下，沉降的速率會(huì)愈來愈小，逐步趨于穩(wěn)定和收斂。

（3） 該區(qū)域建筑大量使用預(yù)應(yīng)力管樁（端承摩擦樁），上部建筑荷載通過樁基礎(chǔ)傳遞到深部的較好持力層中，其早期沉降已經(jīng)結(jié)束，因此建筑物的沉降受淤泥固結(jié)的影響較地面沉降小。但建筑物的后期沉降仍在繼續(xù)發(fā)生，表明淤泥的次固結(jié)對(duì)樁基礎(chǔ)形成了負(fù)摩阻力，致使建筑物產(chǎn)生微小、緩慢的沉降。若建筑物采用端承樁或摩擦端承樁，其沉降將在建筑物竣工后的較短時(shí)間內(nèi)完成。

（4）地面沉降的發(fā)展速度和絕對(duì)量說明，在后期使用過程中，還需加強(qiáng)監(jiān)測，直至在一定周期內(nèi)，其沉降不再增加或可以忽略不計(jì)，才能判定該區(qū)域的地面沉降基本結(jié)束。

（5） 該區(qū)域前期缺乏系統(tǒng)、完整的監(jiān)測資料，給地面沉降的分析、判斷和評(píng)估、預(yù)測帶來一定的難度，建議在以后的工作中，從軟基處理、市政設(shè)施施工、基坑開挖、樁基與地下室施工，直至主體施工及竣工驗(yàn)收后的相當(dāng)長一段使用時(shí)間內(nèi)，均應(yīng)建立一套完整的、連續(xù)的監(jiān)測系統(tǒng)，便于分析各階段地面沉降的規(guī)律，為工程設(shè)計(jì)、施工及預(yù)判后期沉降提供寶貴的依據(jù)。

7 不同功能用地地面沉降處理建議

針對(duì)填海區(qū)軟土地基沉降現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)展開軟土地基沉降災(zāi)害評(píng)價(jià)。目前用于地面沉降處理的方法多種多樣，主要有插板堆載預(yù)壓法、爆破擠淤拋石填筑法、拋石擠淤強(qiáng)夯法、復(fù)合地基法、動(dòng)力排水固結(jié)法和靜動(dòng)聯(lián)合排水固結(jié)法等。對(duì)于不同的地面沉降程度的區(qū)域，提出不同的防治措施 ：

（1）對(duì)于易沉降區(qū)修建高層建筑物，建議在建筑物覆蓋區(qū)域提前采用排水固結(jié)法處理，并采用深樁基礎(chǔ)，樁直接作用于下伏基巖之上[3-4]。建議選用排水固結(jié)、振沖擠密、復(fù)合地基等工程處理措施對(duì)建筑物以外的區(qū)域進(jìn)行全面處理，以改善地基，提高地基承載力，減小地面沉降量。

（2）對(duì)于一般沉降區(qū)修建高層建筑物，建議采用深樁基礎(chǔ)[5]，使樁直接作用于基巖上 ;若修建一般建筑物，如軟土較薄，可將其清除[6]，或進(jìn)行排水固結(jié)、置換、碾壓與夯實(shí)或振沖擠密、復(fù)合地基等一種或多種地基工程綜合處理，提高地基承載力。

（3）對(duì)沉降不嚴(yán)重或局部有輕微沉降的區(qū)域，若在這些地區(qū)修建建筑物，由于軟土較薄，可以進(jìn)行碾壓與夯實(shí)、置換等一種或多種地基工程處理，提高地基承載力[7]。若修建高層建筑，建筑物區(qū)根據(jù)建筑設(shè)計(jì)基礎(chǔ)選型即可，對(duì)地基處理可不再另外進(jìn)行[8]。

8 降水對(duì)填海建成區(qū)周邊環(huán)境的影響

在一定時(shí)間內(nèi)，場地或基坑降水通過抽排方式，降低地層中各類地下水的水位，以滿足建設(shè)工程的降水深度和時(shí)間要求，保證項(xiàng)目土方開挖施工，同時(shí)為地下結(jié)構(gòu)底板施工和坑壁的穩(wěn)定提供有力保障。以降水是一種較為經(jīng)濟(jì)的施工工藝，而降水產(chǎn)生的水頭差可能造成突涌、流砂、流 土、潛蝕等現(xiàn)象，需慎重權(quán)衡選擇，將發(fā)生不良影響的可能性降到最小 ;降水過程中，土體中的水頭差致使土體產(chǎn)生壓縮，水位降低引起的沉降就必然存在。對(duì)此應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，減少對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生如下的不良影響 ：

（1）地面沉降、開裂、塌陷。工程實(shí)踐中，因項(xiàng)目規(guī)模大、建設(shè)速度快、環(huán)境復(fù)雜，建筑、市政等工程降水引起的地面沉降問題日益突出，降水引起地面不均勻沉降開裂的問題時(shí)有發(fā)生。

（2）建（構(gòu)）筑物及地下管線位移和沉降變形。在深降水過程中，因地面或樁基礎(chǔ)沉降造成建（構(gòu)）筑物及地下管線位移或沉降變形的工程實(shí)例較多，危害大。

（3）降水對(duì)已有樁基的承載性狀和承載能力可能會(huì)有較大的影響。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2018）的規(guī)定，由于降低地下水位，使樁周土中有效應(yīng)力增大，并產(chǎn)生顯著的壓縮沉降時(shí)，在計(jì)算樁基承載力時(shí)應(yīng)計(jì)入樁側(cè)的負(fù)摩阻力。

（4）相鄰地下軌道交通設(shè)施的降水，沉降過大會(huì)導(dǎo)致鐵軌沉降或不均勻沉降超過容許值，影響列車的運(yùn)行安全。地下水處理不當(dāng)會(huì)給工程建設(shè)帶來不利影響和危害，嚴(yán)重者可能造成工程事故，因此，地下水控制和治理是工程建設(shè)中非常重要的一環(huán)。

9 結(jié)論及建議

（1）填海區(qū)上已建成的建（構(gòu)）筑物監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，其地面和房屋有不同程度的沉降，地面沉降大于房屋沉降 ， 說明沉降尚沒有進(jìn)入穩(wěn)定階段，還需要對(duì)其繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測。D32CDE96-12BF-4823-A9C0-27449407A243

（2）建筑物密度大、在地基上修建上部建（構(gòu)）筑物時(shí)主固結(jié)尚未完成，是造成地面沉降的主要原因，同時(shí)軟弱的淤泥產(chǎn)生的次固結(jié)沉降，也是造成地面沉降的另一主要因素。但目前還不能判斷哪種原因占據(jù)支配地位。只有查清該區(qū)域的沉降規(guī)律、地下水位變化情況、土層中孔隙水壓的變化規(guī)律，并通過室內(nèi)試驗(yàn)測得土的基本物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)之后，才能對(duì)造成地面沉降的原因作 出更加深入和細(xì)致的分析。

（3）對(duì)不同功能用地地面沉降處理應(yīng)采取不同的方法。

（4）經(jīng)地基處理的建（構(gòu)）筑物，應(yīng)在施工期間和使用期間進(jìn)行沉降監(jiān)測[9]，建立一套完善的監(jiān)測體系。對(duì)軟弱土層上的管線、圍墻等市政設(shè)施要加強(qiáng)檢查、觀測和巡視，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。

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Analysis of Earth Subsidence Character of Building and Structures in Activate District on Marine Reclamation Land

LIU Jiaguo

（Shenzhen Geology & Construction Engineering Company ， Shenzhen? Guangdong? 518029）

Abstract： In this article ，weak soil is discussed on specially designated environment of sedimentation and particular material form ，it is indicated that weak soil have characters of physics and mechanics such as high natural water content，big void ratio，low shear strength，high compressibility coefficient 、low osmotic coefficient 、low foundation bearing capacity 、big deformation and non-homogeneous deformation ，besides ，consolidation settlement stabilize time is longer .In seaside district ， consolidation settlement and precipitation influence are direct reasons giving rise to earth subsidence ，human activity is main predisposition of earth subsidence .Analysis earth subsidence of building and structures in two typical estates by observation result ，it is illustrated that secondary consolidation settlement of weak soil under building and structures in activate district on marine reclamation land is not to ignored .Rationalization proposals in deal with earth subsidence on different function land are put forward in the paper .In construction and lifetime ，setting up a perfect observation system and making settlement monitoring are most important engineering measure.

Keywords： make ground; activate district; weak soil; settle; analysis

收稿日期：2021-12-30

作者簡介：劉家國（1970—），男，四川達(dá)州人，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：巖土工程設(shè)計(jì)與施工。D32CDE96-12BF-4823-A9C0-27449407A243