河北中核岩土工程有限责任公司 河北石家庄 050031
摘要：某大型项目处于黄骅沉降区东南部，距黄骅沉降中心约41km，属地面沉降区。本文通过沉降现状描述，分析了沉降产生的原理，预测了沉降的发展趋势，阐明了沉降对工程建设的危害，提出了防治对策，为项目建设提供了参考意见。
关键词：沉降；水准观测；分层动态监测；GPS测量；INSAR监测；
0引言
某大型项目厂址位于沧州市海兴县境内，拟建场地地貌主要以滨海平原地貌为主，地形平坦。拟建场地第四系厚度为260m～280m，岩性主要为粉质黏土，局部夹粉砂，其下为新近系（N）黏土岩。
近年来，沧州地区普遍发生了地面沉降，形成了沧州市、任丘、河间、黄骅、青县等多个沉降中心。黄骅沉降中心地面沉降始于1976年，截止2008年黄骅沉降中心沉降量达1200mm以上。本项目处于黄骅沉降区东南部，距黄骅沉降中心约41km。查明地面沉降情况，对项目建设具有非常重要的意义。
1地面沉降现状
沧州地区地面沉降监测的主要手段：传统的水准观测、分层动态监测（基岩标、分层标、地下水动态监测等）和现代的GPS测量、INSAR监测。
本项目厂址附近区域的主要沉降监测手段为传统的水准观测和INSAR监测（合成孔径雷达干涉测量）。
（1）水准监测数据
项目厂址30km范围内设有8个水准监测点，距离项目厂址16km～28km，根据海兴东部沉降水准观测数据及累计沉降量分区图（1970年～2012年）可知，截止到2012年厂址区累计沉降量小于400mm。另外，监测单位在选址小山火山岩设置了基岩标，但是近年来发现基岩标不稳定，目前被当做一般水准观测点使用。
（2）INSAR监测
NSAR监测是以同一地区的两张SAR图像为基础处理数据，通过求取两幅SAR图像的相位差，获取干涉图像，然后经相位解缠，从干涉条纹中获取地形高程数据的空间对地观测新技术。国外从1996年开始采用该技术监测地面沉降，我国利用该方法是从2002年开始的，北京、天津、上海、苏州等地方都在采用，该技术能以厘米量级甚至更小尺度测量地表形变，它不仅能够提供宏观的静态信息，而且能够给出定量的动态信息，大大地推进了地面沉降遥感应用研究。
近年来，沧州地区沉降监测单位已购买了Earthview-INSAR，掌握了欧空局ERS1近年来的监测数据，对沧州地区10000平方公里内的INSAR数据进行了解译，绘制出了沧州地区沉降速率等值线图。根据海兴东部地区地面沉降水准测量沉降速率分布图，厂址大部分位置处于沉降速率10mm/a～20mm/a区域。
2地面沉降机制分析
（1）地面沉降产生的原因
引起地面沉降的原因可分为自然因素和人为因素，自然因素中，包括地质构造、软弱土层的自重压密固结、海平面上升等；人为因素包括过量开采地下水、地下热水及油气资源、大规模工程建设等，沧州地区由于构造活动引起的地面沉降速率仅为1～2mm/a，软弱土层的自重压密固结、海平面上升等引起的地面沉降微不足道，因此就本区域而言，人为因素是导致地面沉降的主要原因。由于厂址及附近区域没有地下热水及油气资源开采和大规模工程建设，因此地下水开采是引起地面沉降的主要原因。
过量开采地下水，含水砂层弹性释水和粘性土层压密释水。根据太沙基有效应力原理，含水层承压水位下降则意味着孔隙水压减小，而垂直总应力不变，故原来由孔隙水所承受的应力一部分转嫁到骨架上，使有效应力增加，土体压密，导致地面沉降。
厂址附近有4个深层地下水水位观测点，其中海D6-3水位观测点距离厂址中心约5.5km，主要观测第Ⅲ含水组水位变化，对附近区域地面沉降分析具有重要意义。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆从观测数据看，2007年12月至2013年12月的6年时间，厂址附近第Ⅲ含水组水位从21.45m下降至29.14m，年均下降约1.28m，说明厂址附近区域存在开采第Ⅲ含水组地下水现象，致使该层地下水水位逐年下降，这是引起厂址及附近区域底面沉降的主要原因。
（2）厂址火山岩对地面沉降的影响
根据本项目可行性研究阶段各专题研究，基本查明了厂址内火山岩的基本分布情况，但厂址及附近区域的火山岩分布情况比较复杂，目前还未完全查明其分布情况，所以直接分析火山岩和地面沉降的相互影响是不合适的，根据收集资料和厂址火山岩分布情况较类似的小山附近有沉降观测资料，因此可采用类比法分析火山岩和地面沉降的联系。
沧州地区沉降监测单位选址小山火山附近，建成了一座深度为199.331m的基岩标，基岩标是穿过松散地层直接关注在火山岩之上的，其结构是以108套管为导向杆，以50钻杆立标，计划以此点为基准点，监测沧州地区的地面沉降，但是从近年来的观测数据可以看出来，这个设置在所谓火山岩上的基岩标的高程也不稳定，2007年-2012年几经起伏，4年来总体上抬升了0.0278m，可能和潜在的火山活动存在一定的联系，离小山火山残丘约4km的Ⅱ沧沉077水准观测点1970-1012累计沉降量为0.1746m，2008年-2011年3年沉降量为0.03m，相同方向上距小山火山残丘7km的Ⅱ沧沉073水准观测点1970-1012累计沉降量为0.3124m，2008年-2011年3年沉降量为0.07m，比较这3个观测点的观测数据发现，小山火山残丘标高不但没有下降，反而有总体抬升的趋势，越远离火山残丘地面累计沉降和近年来的沉降速率均呈现增长之势。根据现有资料初步判断，火山岩可能会对地面沉降起抑制作用。
3地面沉降的发展趋势
通过不同时期沧州市地面沉降累计沉降量和地下水水位降深的相关分析，建立二者之间的相关经验公式：s=2.9908e0.0695x。式中：S为某年累计沉降量，e为自然常数，x为水位降深值。
总体上看，厂址及附近工业和农业不发达，没有大量抽取地下水的现象，地下水水位降深较小，从沧州沉降中心地面沉降的发展趋势来看，本区域地面沉降处于初始阶段，沉降速率小，累计沉降量小于400mm，随着本地区工农业的快速发展，进一步抽取地下水，致使地下水水位继续下降，地面沉降将会加速发展，根据沧州市沉降中心地面沉降的发展趋势，40m水位是一个警戒水位降深值，超过这一值，随降深的不断增加，累计沉降量会加速上升。厂址区2012年第Ⅲ含水组水位是27.76m，2007-2013年总计降低7.69m，年均降低1.28m，如果按照这个趋势发展，2022年厂区第Ⅲ含水组水位达到警戒降深值。
4地面沉降对和厂址建设的危害
（1）引起变形
本项目密布各种精密仪器和设备、各种安全级管道，以及其它安全级设施，对变形有极高的要求。地面沉降变形，特别是不均匀沉降引起的变形，可能给项目的安全带来重大的威胁。
（2）对场坪标高的影响
本项目设计寿命为60年，如果按照目前的沉降速率10mm/a，项目服役期间，地面累计沉降量将达到0.6m，受最低洪水位限制，本项目设计场坪高于现有场地标高，属填方工程，按照建设面积2.5km2计算，该工程填土方量将增加150万方，增加了项目建设成本。
5地面沉降的防治
沧州市各级政府十分注重地面沉降防治工作，至2008年底沧州市区自备井已全部关停。当地政府也加大了对盗采地下水的查处力度，使地面沉降的防治工作能够有效实施。海兴县未来供水计划居民生活饮用水全部来自杨埕水库供水，农业及工业用水全部用地表水，地下水不再进行开采。
海兴县自杨埕水库供水系统运行之后，全县生活用水80%以上来自于杨埕水库，农业及工业用水多数来自于地表水体。该工程的建成和运行，将极大地满足渤海新区对水资源的需求，减小沧州东部地区对地下水的依赖程度，为减缓地面沉降速率起到了积极的作用。
6结束语
由于拟建厂区内没有沉降观测点，INSAR监测提供的沉降速率为大面积的区域值，相对本项目的重要性而言，精度不高，鉴于本项目的重要性，下阶段应通过建立项目厂区地面沉降监测系统，以准确掌握本项目厂址内的地面沉降情况，尤其应查明是否存在不均匀沉降，研究地下水与地面沉降的关系，准确掌握地面沉降的发展趋势，以便采取适当的应对措施。
论文作者:韩林
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/14
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