这些年,不少城市都出现过地标建筑或者地标周边地面沉降的新闻,有人担心楼会不会塌,有人担心地面裂缝会不会越来越大。其实沉降是一种很常见的地质和工程现象,搞清楚它为什么发生、哪些地标曾经中招、现在怎么监测和防治,心里就有数了。
什么是地标沉降
简单说,地标沉降就是地标建筑本身、或者它脚下的地面,在一段时间里往下沉。有的沉降是均匀的,整栋楼一起往下走一点,结构不受太大影响;有的沉降不均匀,一边沉得多一边沉得少,建筑就会倾斜、开裂,严重时影响使用安全。地面沉降则范围更大,往往是一片区域整体下沉,地标只是恰好在这片区域里。
沉降的主要原因有哪些
第一个原因是地下水被过度抽取。城市里的软土层孔隙中充满水,像一块吸饱水的海绵,抽走地下水后孔隙被压缩,地面就会下沉。很多发生过严重沉降的城市,几乎都和长期超采地下水有关。第二个原因是地质条件差,比如沿海沿江城市普遍存在的淤泥质软土,本身压缩性就高,盖上高楼后压得越多,沉得越明显。第三个原因是建筑荷载,地标建筑往往体量大、重量大,桩基打到几十米深,如果桩端持力层选择不当,长期荷载作用下依然会有缓慢的下沉。第四个原因是周边施工扰动,地铁开挖、深基坑降水、隧道掘进,都可能改变周围土体的受力状态,引起邻近地标建筑产生附加沉降。
国内外典型的沉降案例
意大利比萨斜塔就是倾斜沉降的经典例子,它建在软黏土上,几百年来持续倾斜,上世纪末倾斜速度加快,后来通过在塔基一侧取土配重的方法才稳住。墨西哥城建在古湖床上,全城大量抽取地下水,整个城市在过去一百年里下沉了约9到11米,市内不少历史建筑随之下沉倾斜。印度尼西亚雅加达是沉降速度最快的城市之一,部分地区每年下沉超过10厘米,海平面上升叠加地面沉降,逼迫印尼政府启动迁都计划。国内长三角和华北一些城市,历史上也因为超采地下水出现过区域性地面沉降,后来通过禁采限采和地下水回灌,上海、苏州等地成功把沉降速度控制到了毫米级。威尼斯同样长期受沉降和海平面上升双重影响,人们专门修建了活动闸门系统来保护这座水城。
沉降会带来什么危害
对地标建筑本身来说,不均匀沉降会导致墙体开裂、门窗变形、管线断裂,文物类地标一旦开裂,修复难度和成本都非常高。对城市来说,区域性沉降会降低防洪排涝能力,暴雨时更容易积水,沿海城市还会面临海水倒灌的风险。地面沉降还有一个麻烦之处,它是一个缓慢累积的过程,短时间不容易察觉,等发现明显问题时,治理的代价已经很大了。
现在靠什么技术监测沉降
目前最常用的是卫星合成孔径雷达干涉测量技术,也就是常说的InSAR,它能对同一片区域反复拍摄,通过雷达信号的相位变化,精确到毫米级别地算出地面和建筑物的下沉量,覆盖范围大、成本低。在重要地标周边,还会布设水准点、静力水准仪、倾斜传感器、裂缝计,以及 deep 层的分层沉降标,实时把数据传回监测平台。很多城市要求高楼层、大跨度的重要建筑在竣工后若干年内持续做沉降观测,就是为了让问题在早期就被发现。
沉降能防能治吗
答案是能。预防层面,规划阶段就要避开活动断层和深厚软土区,或者提前做好地基处理;设计上采用长桩、桩筏基础等可靠形式,把荷载传递到稳定土层。管控层面,严控地下水开采,推广地下水回灌,华北多地的经验证明,只要回灌和限采到位,沉降是能够止住甚至部分回弹的。施工层面,地铁和深基坑项目要做严格的第三方监测,对邻近地标建筑设置沉降预警值,一旦超限就调整施工方案。治理层面,对已经出现不均匀沉降的建筑,可以采用注浆加固、锚杆静压桩托换、地基补强等手段纠偏和加固。
普通人需要担心吗
对绝大多数城市地标来说,从设计、施工到后期监测,都有一整套规范在把关,正常的缓慢沉降完全在安全范围内,不必恐慌。真正需要重视的是预警信号,比如建筑墙面出现新裂缝且持续变宽、地面出现塌陷坑、地下管线反复爆裂等,发现这些情况及时向有关部门反映。城市沉降本质上是可以被科学管理和有效控制的工程问题,前提是持续监测、及时干预,而不是等问题恶化后再补救。
