武漢長(zhǎng)江一級(jí)階地湖沼相沉積區(qū)發(fā)生區(qū)域性

PAGEPAGE12武漢長(zhǎng)江一級(jí)階地湖沼相沉積區(qū)發(fā)生區(qū)域性地表沉降的成因分析概況自2010年以來(lái),武漢長(zhǎng)江一級(jí)階地、漢口地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)區(qū)域性地表沉降,其特點(diǎn)如下:分布特點(diǎn)（1）青年路以西,建設(shè)大道以北至漢口火車站——以王家墩中央商務(wù)區(qū)為中心的片區(qū);（2）青年路以東,建設(shè)大道兩側(cè)(黃孝河沿線),至香港路、三眼橋一帶的片區(qū);（3）黃浦大街以東(北),建設(shè)大道、二七路至后湖大道—泛后湖片區(qū)。沉降變形特征（1）普遍表現(xiàn)為地表沉降——地面以下、淺部地層固結(jié)（含水層為填土、淤泥或淤泥質(zhì)土——地下水類型為上層滯水）；（2）發(fā)生不均勻沉降的部位：多為主體結(jié)構(gòu)與附屬結(jié)構(gòu)結(jié)合部（即不以填土或軟土為地基（樁基）的主體結(jié)構(gòu)與以填土為地基（天然地基）的附屬結(jié)構(gòu)如散水、門廳、門前臺(tái)階等，或主體結(jié)構(gòu)為樁基、外加結(jié)構(gòu)為淺層天然地基之間的結(jié)合部）；（3）室外道路、綠地也普遍不均勻下沉、地坪開裂（4）目前已出現(xiàn)的地面沉降量（沉降差）普遍小于10cm，一般在3~5cm內(nèi)，最大可達(dá)30cm。因其發(fā)生的范圍很大，出現(xiàn)的點(diǎn)位很普遍，使人們感覺(jué)問(wèn)題很嚴(yán)重。（5）從目前已發(fā)生的情況評(píng)估：大多數(shù)點(diǎn)位的主體結(jié)構(gòu)沒(méi)有被傷及，所以“主體結(jié)構(gòu)是安全的”。個(gè)別情況下，附屬（外加或后加）結(jié)構(gòu)連接不合理時(shí)可能存在主體結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)點(diǎn)。個(gè)別點(diǎn)位因裝修面板開裂存在安全隱患。（6）沉降具有明顯的區(qū)域性(幾十平方公里)和延時(shí)性(約從2010年以后,至今仍在發(fā)展);同時(shí)表現(xiàn)為明顯的淺表變形和水平與垂直方向上的不均勻性。二、區(qū)域性地表沉降的成因分析1、沉降區(qū)的地質(zhì)背景條件(1)沉降區(qū)均處在長(zhǎng)江一級(jí)階地的湖沼相沉積區(qū)—長(zhǎng)江發(fā)展歷史上的湖溏區(qū)(漫灘沼澤分布區(qū)),原始地層為地表以下即是淤泥或淤泥質(zhì)軟土,其厚度較大(幾米、十幾米至20余米不等)。作為建筑場(chǎng)地后進(jìn)行大片的人工填土(厚度3～5m甚至十余米不等)。填土和軟土均為欠固結(jié)、高壓縮性土層，其時(shí)代為Q4-新近（約為3000年以來(lái)）。(2)普遍具有兩層地下水——含在人工填土和淤泥及淤泥質(zhì)土中的“上層滯水”和下部粉細(xì)砂中的“承壓水”。兩層水之間普遍存在粉質(zhì)粘土（相對(duì)隔水層）或粘土（隔水層），當(dāng)中間隔水層出現(xiàn)尖滅（不連續(xù)）時(shí)，兩層水會(huì)發(fā)生“越流”相互補(bǔ)給；“上層滯水”主要受大氣降水補(bǔ)給，一般不受長(zhǎng)江補(bǔ)給，下層“承壓水”與長(zhǎng)江有密切水力連系，主要與長(zhǎng)江有互補(bǔ)關(guān)系。2、宏觀成因（1）內(nèi)因——淺部新近堆積的欠固結(jié)地層（人工填土和淤泥質(zhì)軟土）在“自重”條件下壓密沉降或排水固結(jié)沉降。比如淤泥質(zhì)土之上有5m厚的人工填土，就相當(dāng)五層樓房荷載壓在高壓縮性軟土之上，其較大沉降必然發(fā)生，并且會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間；同時(shí)，未經(jīng)壓實(shí)的人工填土自身也會(huì)因降水或浸水作用而自沉；（2）深基坑排（降）水，導(dǎo)致“上層滯水”被疏干或承壓水位（頭）下降是產(chǎn)生地表沉降的外因；（3）歷年大量深基坑巨量降、排地下水，導(dǎo)致較大范圍的地下水位下降是造成區(qū)域性沉降的人為原因；2003年以來(lái)長(zhǎng)江水位持續(xù)降低，導(dǎo)致江水對(duì)地下水的補(bǔ)給量大大減少，是形成區(qū)域性地下水位下降的自然原因。2003年之前，基坑雖已大量降水，但多為一層地下室，降深不大，加之長(zhǎng)江水位較高，承壓水受長(zhǎng)江補(bǔ)給量大，水位尚能維持；2003年之后，長(zhǎng)江水位逐年下降，基坑降水量卻大大增加，兩者迭加，必然導(dǎo)致承壓水位大幅下降（圖1）。圖1、2003年前后水動(dòng)態(tài)示意圖3、微觀機(jī)理——排水固結(jié)（太沙基“有效應(yīng)力”理論）（1）飽和松填土、淤泥或淤泥質(zhì)土失水固結(jié)沉降量很大、且沉降很不均勻；（2）正常固結(jié)的粉土、粉質(zhì)粘土失水固結(jié)沉降量較小，沉降較均勻；（3）正常固結(jié)的飽和砂土、承壓含水層水壓降低后固結(jié)沉降量很小，沉降均勻；（4）超固結(jié)老砂層、粘性土夾碎石含水層等失水固結(jié)量極小，沉降量等微乎其微。三、長(zhǎng)江水位下降和漢口某些片區(qū)承壓水位下降已是不爭(zhēng)的事實(shí)1、2003年三峽工程開始發(fā)揮調(diào)洪功能以后，武漢長(zhǎng)江水位再也沒(méi)能達(dá)到98、99年水位（如圖2）。4.0m2003年后汛期洪水位（24.00m）2000年4.0m2003年后汛期洪水位（24.00m）2000年前汛期洪水位（28.00m）2000年2000年前承壓水位（19.00m）8.0m歷年枯水期最低水位（14.00m）8.0m歷年枯水期最低水位（14.00m）2009年后承壓水位（11.00m）2009年后承壓水位（11.00m）圖2、1998年至2009年武漢關(guān)水位變化圖2清晰表明：（1）2000年以后長(zhǎng)江汛期水位再也達(dá)不到98.99年的水平（28.00m）尤其是2004年以后歷年汛期水位基本上沒(méi)再超過(guò)24.00m高程。即由2003年以前的28.00~29.00m高程降至24.00m，降低4～5m；（2）98年至09年歷年枯水期最低水位一直保持14.00m高程不變；（3）2003年以前，一級(jí)階地的承壓水位標(biāo)高基本保持在19.00m左右，之后逐年下降，至2009年以后逐漸降至11.00m高程（圖2、圖3、圖5），即下降了8m左右。2、長(zhǎng)江水位變化與一級(jí)階地承壓水互補(bǔ)關(guān)系的變化（1）2003年以前漢口長(zhǎng)江一級(jí)階地承壓水位標(biāo)高普遍為19.00～20.00米，2003年以后承壓水位陡然下降（圖3、圖5），足以證明2003年三峽工程發(fā)揮調(diào)洪功能前后長(zhǎng)江水位變化對(duì)地下水位變化具有“劃時(shí)代”的影響。（2）長(zhǎng)江水位變化與地下水位變化之間互補(bǔ)關(guān)系的簡(jiǎn)單分析：幾個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)（尺度）—①、2003年以前一級(jí)階地的承壓水位最高為18.00~19.00高程。長(zhǎng)江水位高于此值時(shí)，長(zhǎng)江補(bǔ)給承壓水。低于此值時(shí)，地下水補(bǔ)給長(zhǎng)江；②、以1998年武漢關(guān)汛期圖3、江岸區(qū)丹水池Ⅶ-07-1長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)孔1990年至2009年承壓水位變化長(zhǎng)江水位最高為29.00m高程時(shí)，長(zhǎng)江補(bǔ)給地下水位最大量，此時(shí)高于地下水（19.00m）有10m水頭高度，以19.00m水頭高時(shí)補(bǔ)給量為100%，則江水位每降1m，補(bǔ)給壓力降低1/10；③2003年以后，長(zhǎng)江汛期（7、8、9三個(gè)月）平均水位已降至24.00m以下，即水位降低5m，則補(bǔ)給壓力降低50%，僅僅5m之差，補(bǔ)給量必然大減（如下圖所示）圖4.長(zhǎng)江水與承壓水互補(bǔ)關(guān)系示意（3）2003年以前，雖然也有大量基坑降水，但江水位高于19.00高程的時(shí)間長(zhǎng)，尚能補(bǔ)償?shù)叵滤繐p失；2003年以后，尤其是09年之后基坑降水量大大增加，而江水位卻降低，江水補(bǔ)給地下水的水量大大減少，兩者之間平衡被打破，地下水位下降則成為必然趨勢(shì)。并且這種趨勢(shì)必將繼續(xù)發(fā)展，尤其在南水北調(diào)通水后（長(zhǎng)江水量將減少26.9%）將更加劇。3、一級(jí)階地某些片區(qū)地下水位區(qū)域性下降已成事實(shí)僅以王家墩片區(qū)、漢口火車站片區(qū)、香港路片區(qū)和泛后湖片區(qū)等四個(gè)片區(qū)36口抽水試驗(yàn)井的初始（穩(wěn)定）水位說(shuō)明如下（圖5）。下圖表明，四個(gè)片區(qū)的承壓水位與2003年之前（地表下2.0m）水位普遍下降8~10m。圖5、長(zhǎng)江一級(jí)階地漢口四個(gè)片區(qū)承壓水位變化4、2003年之前，承壓水位（頭）維持在19.000m高程時(shí)，它與上層滯水水位基本持平，此時(shí)承壓水對(duì)上層滯水有“頂托作用”，不易發(fā)生上層滯水向下“越流”；2003年之后至今，承壓水普降8~10m后，承壓水的“頂托”作用消失，上層滯水向下“越流”很易發(fā)生。綜上所述，長(zhǎng)江一級(jí)階地發(fā)生的地表沉降具有區(qū)域性、歷史延時(shí)性和多因素特點(diǎn)，是人為因素和自然因素綜合作用的產(chǎn)物，具有一定程度的“自然災(zāi)害”性質(zhì)，應(yīng)當(dāng)說(shuō)“非一日之功，非一家之過(guò)”。四、兩層地下水、兩類地面沉降、兩類地表變形特征1、普遍存在的兩層地下水——上層滯水（填土、淤泥或淤泥質(zhì)土中水）和下層承壓水（互層土、粉細(xì)砂、粗礫砂、卵石中水），一般情況下兩層水之間有粘土或粉質(zhì)粘土隔水層。下層承壓水與長(zhǎng)江水力聯(lián)系直接（互補(bǔ)），上層滯水主要受降水補(bǔ)給，與長(zhǎng)江聯(lián)系不直接；2、多年深基坑降水經(jīng)驗(yàn)表明，當(dāng)上層滯水被豎向帷幕阻隔，降水井僅僅降低承壓水位時(shí)，引起的地表沉降量較小，特別是地表沉降差一般小于1‰，且地表變形范圍小于降水影響半徑R（一般小于300m）——第一種類型；3、當(dāng)上下兩層地下水之間無(wú)明顯隔水層，或隔水層尖滅，兩層水發(fā)生“越流”時(shí)，或豎向帷幕滲漏（發(fā)生流土）時(shí)，上層滯水被疏干時(shí)，則地表出現(xiàn)較大范圍的很不均勻的無(wú)規(guī)則的地表沉降——第二種類型；4、當(dāng)形成區(qū)域性地下水位下降漏斗時(shí)，必然發(fā)生兩種類型沉降的迭加，因范圍大就容易發(fā)生“越流”，上層滯水引起的沉降普遍發(fā)生（圖6）圖6、上、下兩層水越流5、幾種典型的地層與地下水組合類型及其降水后的地表沉降表現(xiàn)特征：a型：填土很薄、無(wú)軟土、粘性土之下為砂層。只降承壓水，地表正常沉降。b型：填土、軟土中有上層滯水，中間隔水層完整且延伸面積很大。豎向帷幕可靠，只降承壓水，地表沉降正常。c型：填土和軟土（上層滯水）之下無(wú)隔水層，直接與互層土相通。降低承壓水時(shí)，上層滯水同時(shí)下降（疏干），地表沉降量大且不均勻。d型：填土和軟土（上層滯水）之下隔水層不連續(xù)（尖滅或被河道切穿），地面沉降分兩種情況：有3-1隔水層的地面正常沉降，沒(méi)有3-1隔水層的地面沉降大，且很不均勻。五、地鐵車站基坑降水與周邊“地表”沉降的關(guān)系1、地鐵車站基坑地下水控制的做法及其特點(diǎn)（1）地下連續(xù)墻作為豎向帷幕，完全隔斷上層滯水；（2）對(duì)下層承壓水采用管井降水，使承壓水位降至基底以下。特殊情況下采用“落底式地連墻”，將上下兩層水完全阻隔。（3）深井降水的目標(biāo)含水層是下層承壓含水層（3~5層及4-1層以下含水層),承壓含水層與上層滯水之間普遍存在粘性土(粉質(zhì)粘土或粘土)隔水層(a、b型),所以一般情況下深井降水并不擾動(dòng)上層滯水.只有在中間隔水層缺失(c型)或在基坑附近尖滅(d型)發(fā)生“越流”(向下)補(bǔ)給時(shí)才擾動(dòng)上層滯水。2、車站基坑降水后周邊地表沉降變形特點(diǎn)(1)車站基坑多采取“分段開挖、分期降水”,一次開啟水井?dāng)?shù)不多。所以基坑附近15～20m范圍內(nèi)地表沉降多數(shù)在20mm上下，屬承壓含水層正常固結(jié)沉降；（2）車站基坑周邊的建筑群（小區(qū)、校園、大廈院內(nèi)）的地表沉降與基坑附近地表的沉降值不存在“由近及遠(yuǎn)，沉降量由大變小”的正常規(guī)律，而往往遠(yuǎn)離基坑的地面反而沉降變大。如趙家條車站附近的大江園3#樓、二七路站附近的二炮培訓(xùn)中心、香港路站附近的聯(lián)通大廈后院等，均呈現(xiàn)基坑附近沉降變小，遠(yuǎn)離基坑反而較大的現(xiàn)象；（3）發(fā)生地表沉降的單位，多數(shù)在地鐵車站開工前幾年既已發(fā)生沉降，且周邊或本身早已有基坑降水。地鐵基坑降水同步發(fā)生的沉降是相當(dāng)于“接力”作用?？傊?，對(duì)待地鐵車站周邊單位的地表沉降，應(yīng)本著“區(qū)域性、歷史延時(shí)性和多因素性”的特點(diǎn)，按照“非一日之功，非一家之過(guò)”的原則來(lái)對(duì)待。六、對(duì)策建議1、社會(huì)對(duì)策：（1）安撫——絕大多數(shù)情況“主體結(jié)構(gòu)是安全的”（定心丸）（2）說(shuō)明目前出現(xiàn)的沉降是區(qū)域性的自然條件變化為主導(dǎo)，人工降水為“誘發(fā)”因素造成的。（3）區(qū)域性沉降“非一日之功，非一家之過(guò)”，不要過(guò)分追究某項(xiàng)工程的影響和責(zé)任。（4）對(duì)發(fā)生沉降變形的單位或小區(qū)及時(shí)調(diào)查、鑒定，確實(shí)存在安全隱患的必須及時(shí)處理，以免造成社會(huì)不穩(wěn)定。2、工程對(duì)策：（1）對(duì)已發(fā)生變形的建（構(gòu)）筑物，遵循“保安全、保結(jié)構(gòu)、保功能”的原則順序進(jìn)行處理（彭浩）；（2）區(qū)分“主體”與“附屬”、“主體”與“外加”；（3）目前宜采取“頭疼醫(yī)頭、腳疼醫(yī)腳”的辦法處理個(gè)別確有安全隱患之處，大范圍問(wèn)題待以后統(tǒng)一處理；（4）盡快組織專班進(jìn)行幾個(gè)片區(qū)排查，摸清分布范圍和嚴(yán)重程度；同時(shí)對(duì)相關(guān)片區(qū)或周圍深基坑降水的歷史及現(xiàn)狀進(jìn)行排查；（5）對(duì)沉降區(qū)調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果預(yù)先考慮地表沉降因素，設(shè)計(jì)采用“適應(yīng)性”結(jié)構(gòu)措施是可以保證安全和功能的。因此，應(yīng)組織專家研究、制定相關(guān)“技術(shù)措施規(guī)定”，盡快發(fā)布。3、科研對(duì)策（1）盡快立項(xiàng)，對(duì)長(zhǎng)江一級(jí)階地內(nèi)已發(fā)生或可能發(fā)生區(qū)域性地面沉降的片區(qū)進(jìn)行全面、系統(tǒng)、深入的研究。課題名稱可暫定為《武漢長(zhǎng)江一級(jí)階地區(qū)域性地面沉降現(xiàn)狀、危害程度、成因及發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)與工程對(duì)策研究》（2）采取“主管部門牽頭，產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合”的組織形式；（3）幾個(gè)主要方面內(nèi)容：①上世紀(jì)90年代至2003年和2003年至今的長(zhǎng)江水文動(dòng)態(tài)變化（含汛期長(zhǎng)短和最高洪水位）——長(zhǎng)委提供；②發(fā)生沉降區(qū)的地下水（上層滯水與承壓水分開）水位動(dòng)態(tài)變化（上世紀(jì)90年代和本世紀(jì)）研究——國(guó)土局環(huán)境總站、大勘察單位、地鐵及降水等施工部門參加；③沉降區(qū)地層結(jié)構(gòu)及其相變、含水層、隔水層分布的區(qū)域性規(guī)律；④建（構(gòu)）筑物變形及室外地面變形調(diào)查、統(tǒng)計(jì)及防治措施研究；⑤建立區(qū)域性地表變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，并與具體建（構(gòu)）