西安地裂缝对高层建筑的影响及避让措施

杨凯锋 侯敏乐 万黔云 徐 涛

中国建筑第四工程局有限公司 陕西 西安 710065

由于地球内部原因会使得地球上物质产生机械运动，而地球的机械运动会在地球内部产生内应力，进而会影响地壳结构发生改变。人类为了提高自身的生活水平和生存空间，在地球上进行一系列的活动，例如开垦土地、砍伐树木等活动，加速了自然作用的速度，改变着自然界，同时也会加速地壳运动，从而在地形表面上形成一条一定长度的裂缝，称之为地裂缝[1]。

地裂缝会对建筑物造成极大的危害，对房屋的结构构件造成损害，会引起房屋局部产生沉降，严重时会导致整体房屋倾斜甚至倒塌，地裂缝同样也会对地面及地下设施产生危害，使得地面建筑、路面产生下沉、断裂，也会造成地下设施产生坍塌，不仅造成社会经济的损失，还有可能会诱发次生灾害，对人类的生命安全造成威胁。因此，对地裂缝的影响进行深入的分析，对保证建筑物结构的安全性有重要的意义。

随着国家西北大开发战略的形成，西北各个城市发展规模不断扩大，同时对于人才的需求量也与日俱增。近年来，各个城市都开始启动人才引进政策，西安市也紧跟发展的脚步，迅猛地发展。西安市近年来的经济迅速发展，城市发展规模逐步扩大，人口数量急剧增长，因此高层房屋建筑成为不可或缺的一部分，高层房屋建筑的需求量也因此而增大。但由于地裂缝对建筑物的影响，使得许多土地不能充分开发利用，造成土地资源的浪费。因此，为了保证高层建筑物的安全，目前常见的减轻地裂缝活动影响的方法是采用空间避让法。选择合理的安全避让距离，可以既保证高层建筑的安全，又能保证土地资源的最大利用。因此，人口密度大且土地资源紧缺的西安市，从建筑工程的安全角度出发，要求实际在建工程根据DBJ 61-6—2006《西安地裂缝场地勘察与工程设计规程》[2]（以下简称“规范”）的规定，采用合理的避让措施，以提高城区内土地资源的利用率。

1 西安地裂缝发育背景及活动特征

西安市历史悠久、人口稠密、供水需求极大。长期以来，缺水一直是困扰西安城市发展的桎梏，现西安城市主要的供水水源为地下水。地下水成环带状分布，并且不能直接作为供水水源的地下水分布面积占总体面积的18%。地下水的水质较差，潜水及浅层承压水被严重污染，很难被开采利用。近年来，为满足城市快速发展的需求，加大了对城市地下水的开采。西安地裂缝是由于过量开采承压水，产生不均匀地面沉降条件下，在临潼—长安断裂带西北侧一组北东走向的隐伏地裂缝出现活动，在地表形成的破裂，是一组正断层活动在地面的反映。地裂缝总体走向北东，与临潼—长安断裂带近似平行，与临潼—长安断裂倾向相反，倾角约80°，平面形态呈不等间距近似平行排列，每条地裂缝的延伸长度可达数公里至十公里。地裂缝都发育在特定的构造地貌部位，即黄土梁南侧陡坡上，黄土梁间洼地的北侧边缘。目前已查明的西安地裂缝有14条，其出现位置已穿过浐河和灞河。地裂缝活动方式不是直上直下沿一条直线运动的，而是蠕动前进的。地裂缝运动形式主要表现为在地裂缝南侧（上盘）的地壳会降低，产生下降现象，而北侧（下盘）的地壳运动则是呈上升趋势。

2 工程概况

本项目位于西安市雁塔区丈八沟街道科技七路与经五路十字东南角，地势平坦，地貌单元属皂河一级阶地，非湿陷性黄土地基（湿陷下限约7 m）。拟建1#—2#楼（地上33层、地下2层）高度99.5～99.9 m，剪力墙结构，筏板基础，基础埋深约10.25 m，1#商业楼（地上3层、地下2层）及地下车库（地下2层）框架结构，条形基础，基础埋深约10.25 m，2017年8月测量地下水位15.50～16.40 m（绝对高程394.05～393.14 m），西侧皂河渗漏形成的上层滞水埋深约7.00 m。根据场地地裂缝勘察报告[3]，场地中部分布f7西安地裂缝。拟建2#楼位于f7西安地裂缝的上盘（南侧），1#楼位于f7西安地裂缝的下盘（北侧）。

3 西安地裂缝f7分布基本特征及影响

西安f7地裂缝[4]主要位于南郊乐游塬黄土梁南侧一带。地裂缝f7的分布路线是从西安西开发区开始，向东面延伸，经过东滩社区、丈八六路，途经丈八五路，一直延伸到陕西宾馆，东南向从奥林匹克公园起，经过陕西省警卫培训基地后，向东北方向沿木塔寨村南、含光路、省社科院、西安工业大学西校区，向南穿越小寨西路、长安路、兴善寺东街区、翠华路小学、西部家具城，再沿东西走向经陕西教育学院，经开米广场、省委住宅、青龙寺、西安建筑科技大学科教产业园至草滩南村后，横跨沪河到达水岸东方，最后向东延伸进纺织城，最终到达国棉四厂。

通过对西安f7地裂缝的周边建筑进行实地考察，发现在地裂缝通过的地方，不论是高层建筑、商用店铺、大型建筑还是厂房，周边的建筑都会出现张裂变形现象，且裂缝的形状都为楔形，裂缝上部宽、下部窄。处在地裂缝上的地面和路面，裂缝的形状大多呈现锯齿张裂形状，裂缝东南盘有下沉的趋势。分布在地裂缝周边的地下设施也会有破坏现象，地下设施中的混凝土和使用的金属管道会因地裂缝的影响被拉断，出现上下分层等现象。各种工程实例表明，在地裂缝周边或者横跨地裂缝布置的建筑物，都会由于地裂缝的破坏力，使得建筑物形成不均匀沉降。不均匀沉降的影响随着时间的累积会逐渐加大，使得建筑产生开裂，并且随着时间的推移，裂缝的宽度持续加宽，影响建筑物的质量安全。

对相关调查资料进行研究后发现，地裂缝对各种建筑物的破坏有一定的影响范围，当建筑物与地裂缝的距离增加时，沉降影响变小，在影响范围之外的建筑物一般不会遭到破坏[5]。因此，可以选用空间避让法[6]，通过建筑物的基础在地裂缝两侧选择一个合理的避让距离，达到降低地裂缝对高层建筑的破坏影响。

4 场地地裂缝勘察结果及避让使用

根据钻探鉴别，场区底层在23.0 m深度范围内土层，从地表面开始向下，依次分布为5层，各层的土层分布及特性为：

①杂填土（Q4m1）：黄褐色，土质不均匀，含较多的砖瓦块。

②黄土状粉质黏土（Q4a1＋p1）：该层主要由黄褐色黄土状粉质黏土构成。

③粉质黏土（Q41＋a1）：该层主要由浅灰色粉质黏土构成，有很大的厚度变化，该层在场地北部厚度小或缺失，场地南部厚度大，且底层有一定错断。

④古土壤（Q31e1）：该层为残留的古土壤，褐红色，厚度变化较大，是本次地裂缝勘察标志地层，地裂缝两侧标志地层错断趋势明显。

⑤粉质黏土（Q2a1＋p1）：该层主要由黄褐色粉质黏土构成，该层揭露厚度不大，未穿透。

勘察中发现场地地下潜水水位在地裂缝两侧变化不大，其中在地裂缝南侧地下水水位埋深16.10～18.20 m，相应绝对高程394.37～393.45 m；地裂缝北侧地下水水位埋深16.10～18.70 m，相应绝对高程394.05～393.35 m。

本工程场地地裂缝分布如图1所示，分布的地裂缝为西安市f7地裂缝，f7地裂缝在勘察场总体走向近东向西。地裂缝倾向南，倾角可按80°考虑。f7地裂缝为上盘（南盘）下降，下盘（北盘）相对上升；地裂缝造成勘探标志层④古土壤底板垂直断距在1.1～2.1 m之间。

图1 场地地裂缝勘察结果

根据规范中5.1.4条规定建筑物基础底面外沿（桩基时为桩端外沿）至地裂缝的最小避让距离如表1所示。

表1 地裂缝场地建筑物最小避让距离单位：m

根据拟建场地f7地裂缝50多年来的观察资料显示，该地裂缝未出现过活动，考虑到场地地质条件和区域供水的现状，地裂缝上盘高层避让距离可由20 m缩小为15 m。拟建场地f7地裂缝南北两侧的二类和三类建筑各自满足规范的避让距离要求后，二者的结构可以相连，不设沉降缝。

因拟建场地f7地裂缝50多年来未出现过活动，为满足规划停车位的要求，可在地裂缝避让带内，跨地裂缝布置临时性质的地下车库，该地下车库和地裂缝两侧的地下车库之间设沉降缝，设双墙，双墙间隔100～300 mm，其间填充中粗砂，车位不得按产权出售，可以出租；在3个结构独立的地下车库之间，在双墙上可设置洞口作为连通车道。

地基基础1#—2#楼均可采用素混凝土桩复合地基方案，素混凝土桩桩长及桩间距等设计参数最终应通过计算确定，并选择有代表性的地段进行试桩试验。地下车库及商业可采用天然地基、筏板基础。

5 结语

本文结合工程实例，对场地中所存在的西安f7地裂缝进行了研究。首先对f7地裂缝在西安整体的分布情况及对周边建筑物产生的破坏影响程度进行了解；其次，结合勘察单位详细勘探结果，掌握地裂缝在场地内具体的分布情况，确定场地地裂缝地面出露位置坐标及勘探精度；最后依据DBJ 61-6—2006《西安地裂缝场地勘察与工程设计规程》，对处于地裂缝上盘的高层建筑选择合理避让距离及地基基础方案。

通过采取合理的避让措施，使得地裂缝之间的土地被合理利用，不仅能够提高城市土地利用率，同时避免了商品房屋在地裂缝上的价值损失，为类似的工程积累了一定的经验。