城市人防工程地質(zhì)勘查探討論文
1城市地面塌陷災(zāi)害
城市地下空間是以巖土體為介質(zhì)和環(huán)境，地下防空洞所引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害因地質(zhì)構(gòu)造、巖土體性質(zhì)、工程規(guī)模和施工方法而異，核心地質(zhì)問(wèn)題是巖土體強(qiáng)度、變形、水文條件以及巖土體與地下結(jié)構(gòu)相互作用下的穩(wěn)定性問(wèn)題．一般情況下，由地下防空洞引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害破壞機(jī)制為:上部(荷載、水浸等)作用→洞室頂板受壓變形、巖土體局部屈服變形→洞頂、拱腳及洞腳附近應(yīng)力集中→頂板彎曲變形(伴有局部脫落)→巖土層發(fā)生拉伸或局部剪切破壞→頂拱附近塑性破壞區(qū)擴(kuò)展并與地表貫通→上覆巖土體剪切錯(cuò)動(dòng)→洞室破壞→地基基礎(chǔ)懸空→地面變形(不均勻沉降→塌陷→地面裂縫產(chǎn)生)→地表建筑物變形破壞(墻體裂縫、局部?jī)A斜)→危害城市建設(shè)、威脅人身財(cái)產(chǎn)安全．由于城市地下防空洞是隱蔽的，幾乎無(wú)任何外在的直觀信息，如果頂板突然坍塌，時(shí)間短暫，一旦發(fā)生，造成的后果相當(dāng)嚴(yán)重．例如，大連市某大樓因防空洞塌陷造成基礎(chǔ)懸空;清華大學(xué)第三教學(xué)樓配電間因防空洞影響產(chǎn)生局部沉降，導(dǎo)致墻體開裂;西寧市人防工程失效產(chǎn)生的地面變形已構(gòu)成環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題等．
2城市地面塌陷災(zāi)害勘查與防治
2．1工程測(cè)量與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查相輔助
在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行細(xì)致的調(diào)查、記錄，對(duì)災(zāi)害區(qū)實(shí)測(cè)定點(diǎn)，掌握原始的基礎(chǔ)資料，為后期的綜合分析提供直接的依據(jù)和支撐，同時(shí)也有利于治理方案的適宜性選擇．
2．2工程物探與鉆探相結(jié)合
對(duì)城市地下防空洞引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行工程地質(zhì)勘查，其目的是查明淺埋洞室的范圍、規(guī)模、賦存的地質(zhì)條件，提供圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，分析其穩(wěn)定程度，從而判斷其引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的危害程度，預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)并提出預(yù)防和治理方案．目前淺埋洞室的勘查手段較多，一般采用物探加鉆探等綜合勘查方式，常用的物探方法有:高密度電阻率法、地質(zhì)雷達(dá)等，數(shù)字化采集設(shè)備及專業(yè)處理軟件等都對(duì)淺埋地下洞室的地面勘測(cè)定位提供了條件．在物探的基礎(chǔ)上，再通過(guò)鉆探驗(yàn)證，可進(jìn)一步對(duì)淺埋洞室做精確、合理的定位和探查，對(duì)物探成果也可做出準(zhǔn)確的解譯．
2．3定性分析與定量評(píng)價(jià)相統(tǒng)一
勘查定位之后，就需要對(duì)地下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性等問(wèn)題進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)．經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，研究地下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的方法和手段已經(jīng)越來(lái)越豐富．淺埋地下洞室圍巖穩(wěn)定性分析和評(píng)價(jià)經(jīng)歷了從定性到定量的過(guò)程，具體評(píng)價(jià)可概括為:實(shí)際洞體→幾何模型→力學(xué)模型→數(shù)學(xué)模型→計(jì)算方法→結(jié)論．其核心內(nèi)容是數(shù)學(xué)模型、計(jì)算方法以及力學(xué)模型模擬的`研究，近幾年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，數(shù)值模擬分析方法的運(yùn)用越來(lái)越多．定性分析方法適用于初勘階段選擇場(chǎng)地及一般工程，洞室圍巖穩(wěn)定性定性分析方法主要有綜合分析法、工程類比法等．定量分析法有荷載傳遞線交匯法、頂板厚跨比法、結(jié)構(gòu)力學(xué)近似分析法(按梁板抗彎估算安全厚度和按梁板抗剪估算安全厚度)、普氏壓力拱理論分析法等，在具體確定圍巖穩(wěn)定性時(shí)，還需依靠現(xiàn)場(chǎng)工程人員的經(jīng)驗(yàn)．此外，隨著現(xiàn)代化的計(jì)算手段和計(jì)算工具的發(fā)展，具有考慮各種因素、描述材料非線性和幾何非線性等能力和特點(diǎn)的數(shù)值分析方法的應(yīng)用較為廣泛，其分析方法和成果更接近工程實(shí)際，成為近年來(lái)的方向和趨勢(shì)．
2．4城市地面塌陷災(zāi)害防治
對(duì)于防空洞引發(fā)的地面塌陷災(zāi)害防治，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件、防空洞的現(xiàn)狀以及建筑物基底壓力等多種不同情況，綜合考慮采取防治措施．由于不同工程所處地質(zhì)、水文環(huán)境條件和防空洞形式有較大差異，可采用的處理方法較多，處理效果差別較大．因此，需要根據(jù)具體情況選擇合理的處理方法，方法是否得當(dāng)將關(guān)系到工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)合理性與建筑的安全性．若地下防空洞洞頂距離基礎(chǔ)底面較淺，洞頂覆土不足以承受上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載，防空洞又無(wú)利用和加固價(jià)值，上部存在擬建建筑時(shí)，一般可采用揭露回填壓實(shí)的辦法進(jìn)行處理，即采用灰土夯填壓實(shí)等方法，加強(qiáng)地基土強(qiáng)度，提高地基承載力．若防空洞上方存在正常使用建筑設(shè)備，為不破壞原有基礎(chǔ)，需盡可能小地?cái)_動(dòng)地基土，可選擇樁基加固法．即用基礎(chǔ)外擴(kuò)承臺(tái)梁+托換樁的加固處理方案，將基礎(chǔ)上的荷載擴(kuò)散傳至承臺(tái)梁，再由承臺(tái)梁通過(guò)托換樁(灌注樁)傳至深部較硬地層來(lái)加固處理．
3工程實(shí)例
3．1工程概況
鄭州市某小區(qū)建于20世紀(jì)70年代，建筑區(qū)存在地下防空洞，因年代久遠(yuǎn)，地下防空洞發(fā)生一定程度的破壞，引發(fā)了地面塌陷，造成地面住宅樓墻體裂縫發(fā)育并貫通，威脅住戶安全．由于資料記載缺失，且沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和圖紙，僅搜集到早期簡(jiǎn)要的手繪圖紙．因此，在治理之前必須進(jìn)行勘查工作，查明場(chǎng)區(qū)的工程地質(zhì)條件以及淺埋洞室的位置，分析地面塌陷的成因、分布范圍和規(guī)模、發(fā)展趨勢(shì)及對(duì)建筑物的危害情況，為治理工程設(shè)計(jì)提供地質(zhì)依據(jù)．
3．2勘查方案(方法)制定
由于已有資料相對(duì)簡(jiǎn)單，不能滿足現(xiàn)行地質(zhì)災(zāi)害防治的需求．因此，本次采用綜合勘探方法，以工程地質(zhì)測(cè)繪、工程物探、鉆探以及土工試驗(yàn)為主，并輔以現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查等手段，對(duì)獲得的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行綜合分析．
3．2．1既有建筑物現(xiàn)狀調(diào)查
經(jīng)調(diào)查，該小區(qū)住宅樓共5層，總高度約15m，條形基礎(chǔ)，磚混結(jié)構(gòu)，埋深1．5m，下設(shè)0．3m厚三七灰土墊層．資料顯示，地下防空洞洞寬約1．5m，洞高約2．0m，埋深約10．0m，磚砌拱形結(jié)構(gòu)．小區(qū)地面局部已發(fā)生塌陷脫空現(xiàn)象，如圖2所示．曾采取素土輕壓回填措施，未壓實(shí)．對(duì)現(xiàn)狀墻體的裂縫發(fā)育情況進(jìn)行調(diào)查，主要特征有:①多處發(fā)育斜向裂縫，高端指向地面塌陷一側(cè)，長(zhǎng)度1．0～3．0m，寬度0．5～1．0cm，部分裂縫已貫通;②豎向裂縫，主要分布在發(fā)生沉降的橫、縱墻交接部位，呈撕裂狀．根據(jù)該建筑物發(fā)生裂縫的部位及形態(tài)，經(jīng)判斷裂縫的發(fā)生系地面塌陷導(dǎo)致地基基礎(chǔ)不均勻沉降所致，且裂縫最集中的區(qū)域?yàn)榈孛嫠菝摽詹课唬?/p>
3．2．2現(xiàn)場(chǎng)勘探(物探、靜探、鉆探等)
現(xiàn)場(chǎng)勘探的目的是查明場(chǎng)區(qū)的工程地質(zhì)條件以及淺埋洞室的位置，布設(shè)高密度電法物探、工程鉆孔、靜力觸探和探坑．在鉆孔內(nèi)取原狀土樣進(jìn)行土工試驗(yàn)，同時(shí)在現(xiàn)場(chǎng)勘探過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)軟弱地層(人工回填土等)的勘探．根據(jù)調(diào)查結(jié)果，選擇在地面塌陷、建筑物墻體裂縫發(fā)育較多的區(qū)域布設(shè)物探線，采用溫納裝置測(cè)量，電極間距為1．0m．根據(jù)物探成果解譯出異常區(qū)位置和走向，進(jìn)而在異常區(qū)布置勘探點(diǎn)，以提高工效．經(jīng)鉆探驗(yàn)證，淺部異常區(qū)是淺埋排水管道局部滲漏及地表局部下陷積水所致，深部異常區(qū)則為地下人防工程塌淤所致．現(xiàn)場(chǎng)鉆探與物探成果相互驗(yàn)證，吻合較好．考慮到需對(duì)現(xiàn)狀地基、基礎(chǔ)進(jìn)行保護(hù)，防止地表水和地下水沿著鉆孔、探坑入滲浸泡地基而使其軟化，勘探結(jié)束后對(duì)鉆孔、探坑進(jìn)行黏性土分層回填、壓實(shí)．現(xiàn)場(chǎng)勘探驗(yàn)證地下人防工程存在塌落及泥土淤埋，查明的人防工程位置、走向以及不均勻沉降及塌陷部位情況均與搜集的資料基本吻合．
3．2．3室內(nèi)試驗(yàn)
根據(jù)資料及現(xiàn)場(chǎng)勘探情況，場(chǎng)地土自上而下主要?jiǎng)澐譃?層，對(duì)所取的土樣進(jìn)行了物理力學(xué)試驗(yàn)，對(duì)主要土層物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)。
3．3人防工程圍巖穩(wěn)定性分析
3．3．1定性分析
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，結(jié)合勘查揭露的地下土層情況、地下防空洞的分布及現(xiàn)狀條件，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行的定性分析如下:地下防空洞埋深較淺，約10．0m，橫斷面寬度1．2～1．5m，防空洞存在變形，且場(chǎng)地土層主要為粉土、粉質(zhì)黏土，滲透性較強(qiáng)，防空洞穩(wěn)定性較差．
3．3．2定量分析
利用快速拉格朗日有限差分法FLAC軟件進(jìn)行數(shù)值模擬定量研究，分析驗(yàn)證地面塌陷地質(zhì)災(zāi)害與下伏防空洞圍巖穩(wěn)定情況的相互關(guān)系．
4結(jié)語(yǔ)
1)城市地下防空洞引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害主要為不均勻沉降及地面塌陷，采用綜合勘測(cè)方法———工程測(cè)量、鉆探、靜探以及土工試驗(yàn)，并結(jié)合高密度物探，確定了地下防空洞與既有建筑物的相對(duì)位置，查明了既有建筑物基礎(chǔ)持力層巖性特征及土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)，同時(shí)運(yùn)用FLAC進(jìn)行數(shù)值模擬，綜合分析地面塌陷災(zāi)害的成因及影響因素，提出符合實(shí)際情況的設(shè)計(jì)參數(shù)，為后續(xù)的防治措施提供依據(jù)．2)住宅樓裂縫及地面塌陷的主要成因?yàn)榈叵路揽斩吹钠茐淖冃我约暗鼗了笞冘洝⒊休d力下降引起的不均勻沉降．該防空洞為磚砌筑的拱形結(jié)構(gòu)，由于建設(shè)時(shí)間較久，局部出現(xiàn)變形破壞，不宜承受過(guò)大荷載，存在安全隱患，需采取治理措施．3)結(jié)合該工程特點(diǎn)，建議采用基礎(chǔ)外擴(kuò)承臺(tái)梁+托換樁的加固處理方案;建筑物局部脫空部位建議采用半干水泥砂漿進(jìn)行擠密式充填，充填后上部做防滲處理;對(duì)上部結(jié)構(gòu)建議選取適宜的設(shè)計(jì)方案做加固性處理．
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