[发明专利]地面沉降控制施工方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种建筑施工技术领域的方法，具体是一种结构性地层中地下流体开采时地面沉降控制施工方法。

背景技术

地面沉降是一种由于地震，地下流体资源开采等自然或人为原因改变地层中的应力状态而导致的大范围的地质灾害。地面沉降可能造成地面塌陷、道路不平、地下管道折断，建筑物不均匀沉降，海水倒灌等危害，因此必须采取措施以控制地面沉降。目前国内外控制地下流体开采引起地面沉降的技术措施主要包括：减小开采量，增加回灌量以及调整开采层次。这些措施虽然在一定程度上起到了缓解地面沉降的作用，但是盲目性较大，难以事先定量。在控制地面沉降的过程中，一些城市出现了短期突沉或回灌失效的现象。所谓短期突沉现象是指在某地下流体开采区域，地面沉降以每年几乎相等的速率下沉，但某一时间突然有多于以往数倍的沉降发生，而这时地下流体的开采量并没有显著增加，也没有发现地震等地质灾害发生。所谓回灌失效是指回灌注水不仅不能减轻沉降的发生，反而使沉降在短期内大幅度增大。发生上述现象的主要原因是由于天然沉积岩土的结构性所致。

已有研究成果表明，绝大多数天然沉积岩土都具有结构性。Hong等在《GeotechnicalEngineering，Proceeding of ICE》(2007，Vol.160，No.3 pp.153-159)上发表的“Lossof soil structure for natural sedimentary clays(天然沉积黏土的结构性丧失)”表明，对于天然沉积结构性土，在固结应力小于屈服应力时，岩土的压缩性能非常小，当固结至屈服应力后，其压缩性显著增大。这时会发生岩土的结构性丧失，而且结构性丧失是不可逆的。在结构性岩土层中开采地下流体资源时，有两种可能情况会使岩土的结构性发生破坏，其一为过量开采，其二为地下流体的回灌压入。过量的开采，使地下储藏层中流体的压力水头下降量过大，并使有效应力的增加超过屈服应力，从而导致作用于岩土层上的固结压力超过其屈服应力，造成岩土的结构性破坏，从而产生突沉现象。因此，控制地下水位的降深是地面沉降控制且不发生结构性丧失的关键所在。

经过对现有技术文献检索发现，沈水龙等提供了一种根据年地面沉降量与抽水量确定地下水可开采量的方法(ZL200510110425.9)，方法确定了年地面沉降量与年地下流体开采量的相关关系，并结合了土体固结试验中的孔隙比变化与固结压力的关系，提出了控制年地下水开采量的方法，但是该方法需要收集大量的实测数据，如果没有数十年以上的地面沉降量与开采量的实测数据根本无法预测，因此在缺乏实测数据的沉降地区适用性较差。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种地面沉降控制施工方法，通过地质调查的方法确定地层的结构性性状，控制地下水位使其不致于降到临界水位以下，由此控制地下流体的开采量并及时调整开采及回灌的时间，从而有效地控制地面沉降。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

第一步，检测待施工地面沉降区的水文地质工程地质条件：

1.1)采用现场钻孔取土的方法划分待施工地面沉降区的土层，通过对各沉降区钻孔后取出土的观察及试验确定地面标高及各土层的底板标高，记录汇总并制成沉降区标高图。

1.2)结合常规测井和流体测井的方法判断地下水类型，划分待施工地面沉降区的含水层及隔水层。

1.3)采用薄壁取土器获取待施工地面沉降区的天然原状土的试样，通过室内试验制得整理成土工试验成果总表。

所述的室内试验包括：固结试验、剪切试验和密度试验，其中：

所述的固结试验是指：确定土体各级固结压力P作用下土样压缩至稳定的孔隙比e的变化，绘制土体的ln(1+e)-lgP曲线。采用三轴仪测定土体的静止侧压系数K₀。

所述的剪切试验是指：通过不固结不排水剪切试验确定土体的黏聚力c；

所述的密度试验是指：通过环刀法等密度试验方法测得各土层的湿密度ρ，并计算相应的重度γ；

第二步，根据双对数法确定待施工地面沉降区的各土层的屈服应力以及对应于屈服应力的临界水位；

所述的双对数法是指：

Pc′＝ln(1+e)-lgP，

其中：P是指固结压力，土层的压缩曲线用双直线表示，对应于双直线交叉点的应力即为屈服应力Pc′；

所述的临界水位满足以下公式：