地質(zhì)災(zāi)害危險性評估技術(shù)應(yīng)用探析

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摘要：本文在珠海市某擋潮閘規(guī)劃用地地質(zhì)環(huán)境調(diào)查的基礎(chǔ)上，應(yīng)用地質(zhì)災(zāi)害危險性評估技術(shù)，對項目進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險性評估，并提出了防治措施。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)災(zāi)害危險性評估；地質(zhì)環(huán)境

1.工程概況

該項目為內(nèi)港擋潮閘項目，工程組成包括泄水閘、通航孔、泵站以及根據(jù)航運需要設(shè)置的船閘，工程等別為I等，工程規(guī)模為大型，主要建筑物級別為1級，屬重要建設(shè)項目，地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度為復(fù)雜，評估等級為一級。

2.地質(zhì)環(huán)境條件

2.1區(qū)域地質(zhì)背景

區(qū)域構(gòu)造中等發(fā)育，以東北向斷裂為主，破碎帶多見硅化現(xiàn)象，部分見石英脈、酸性巖脈充填，對評估區(qū)穩(wěn)定性影響中等。區(qū)域地層與巖石復(fù)雜程度中等，區(qū)域地殼穩(wěn)定性為基本穩(wěn)定?？傮w評價區(qū)域地質(zhì)背景條件中等。

2.2氣象水文

評估區(qū)屬南亞熱帶季風(fēng)氣候，區(qū)內(nèi)氣象水文條件較差，主要氣象水文災(zāi)害有臺風(fēng)、暴雨等。氣象災(zāi)害會造成地表水位、地下水位的變化，從而改變評估區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件，易發(fā)生岸坡崩塌、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害；地表水系發(fā)育增加了工程施工難度，同時增加了工程成本。氣象和水文條件變化是評估區(qū)內(nèi)致災(zāi)作用的誘發(fā)因素。

2.3地形地貌

評估區(qū)地貌類型主要為內(nèi)港河道和三角洲灘地平原，地形起伏變化不大。評估區(qū)地形地貌條件較為簡單，對擬建工程影響也不大。地形地貌條件是致災(zāi)作用的從屬地質(zhì)環(huán)境因素。

2.4地層與巖石

評估區(qū)內(nèi)出露地層較少，主要為第四系，地層巖石復(fù)雜程度為中等，下覆基巖為燕山三期侵入巖，地層巖性條件對工程建設(shè)影響中等。

2.5地質(zhì)構(gòu)造

評估區(qū)受地質(zhì)構(gòu)造的影響小，地質(zhì)構(gòu)造條件簡單，新構(gòu)造運動主要區(qū)域沉降。綜合評定地質(zhì)構(gòu)造條件對工程建設(shè)影響小。

2.6巖土類型及工程地質(zhì)條件

擋潮閘地基巖土體工程地質(zhì)分層較多，力學(xué)性質(zhì)離散性較大，軟土層廣泛分布。引起評估區(qū)地質(zhì)災(zāi)害主要的不良工程地質(zhì)問題有軟土的低強度和飽和砂土液化問題。軟土層在地震作用下易發(fā)生不均勻沉降，砂性土層液化等級為輕微—中等。綜合評價場地工程地質(zhì)條件復(fù)雜程度為復(fù)雜。工程地質(zhì)條件是區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)作用的主導(dǎo)因素。

2.7水文地質(zhì)條件

評估區(qū)淺層地下水水位埋深較淺，對擋潮壩地基具有濕潤軟化作用，據(jù)地表水和地下水樣水質(zhì)分析試驗結(jié)果，地表水和地下水對砼結(jié)構(gòu)物具有微腐蝕性，對砼中的鋼筋有中等腐蝕性。水文地質(zhì)條件為中等。水文地質(zhì)條件是區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)作用的從屬因素。

2.8人類工程活動對地質(zhì)環(huán)境的影響

評估區(qū)內(nèi)人類工程活動頻率中等，大部分地區(qū)為城區(qū)道路和住宅寫字樓，但逐步開展建設(shè)的工程活動將擴(kuò)大破壞土地范圍和原有的地質(zhì)環(huán)境條件。因此，人類工程活動對地質(zhì)環(huán)境的影響程度為中等。人類工程活動是區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害致災(zāi)作用的激發(fā)因素。

3.地質(zhì)災(zāi)害危險性現(xiàn)狀評估

根據(jù)野外調(diào)查，現(xiàn)狀評估區(qū)未見崩塌/滑坡和地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，評估區(qū)現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育。

4.地質(zhì)災(zāi)害危險性預(yù)測評估

根據(jù)評估區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件及評估項目的類型、規(guī)模、施工方式，預(yù)測工程建設(shè)引發(fā)、遭受的地質(zhì)災(zāi)害類型主要是崩塌/滑坡和地面沉降。4.1崩塌/滑坡根據(jù)規(guī)劃，工程建設(shè)在建設(shè)過程中和建成后可能引發(fā)或遭受的崩塌/滑坡主要包括：挖方邊坡（岸堤邊坡和開挖擋潮閘基坑邊坡）以及填方邊坡（臨時施工圍堰邊坡）。計算方法按《堤防工程設(shè)計規(guī)范GB50286-98》中5.3.2.3節(jié)穩(wěn)定滲流期計算方法，采用瑞典條分法計算土體在自然狀態(tài)和飽水狀態(tài)下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)，在理正邊坡穩(wěn)定分析軟件上實施。穩(wěn)定滲流期安全系數(shù)（有效應(yīng)力法）計算公式如下：K=∑(C′bsecβ+[(W)])1+W2cosβ-(u-Zγ)wbsecβtgφ′∑(W)1+W2sinβu=γwZ′式中：W1——堤坡外水位以上條塊重力（kN），浸潤線以上采用天然重度，浸潤線以下采用飽和重度；W2——堤坡外水位以下條塊重力（kN），采用浮重度計算；Z——堤坡外水位高出條塊底面中點的距離（m）；Z'——浸潤線到條塊底面中點的距離（m）；u——穩(wěn)定滲流期堤身或堤基中的孔隙水壓力（kPa）；β——條塊的重力線與通過此條塊底面中點半徑之間的夾角（度）；γw——水的重度（kN/m）；3b——單個土條的寬度（m）；C'、φ'——土的抗剪強度指標(biāo)。計算得知，（1）左右兩側(cè)岸堤邊坡發(fā)生崩塌/滑坡地質(zhì)災(zāi)害可能性中等，且左岸坡面有擋墻支護(hù)和花崗巖大拋石壓坡護(hù)面防沖刷，右岸采用抗滑樁支護(hù)，故其危害程度中等，潛在的危害性和危險性中等。（2）壩體基坑挖方臨時邊坡在不采取支護(hù)措施的情況下發(fā)生邊坡崩塌/滑坡的可能性大，主要危害基坑內(nèi)施工人員和設(shè)備，但壩基開挖會進(jìn)行基坑設(shè)計和施工，且施工過程中工作人員和設(shè)備較少，故危害程度中等，危害性和危險性中等。（3）圍堰填方邊坡在極端氣候條件下較不穩(wěn)定，存在發(fā)生邊坡崩塌/滑坡的可能性，主要危害圍堰壩體安全以及施工人員和設(shè)備，危害程度中等，危害性和危險性中等。4.2地面沉降假定在軟弱地基土未經(jīng)處理的情況下，軟黏土地基在上部荷載作用下會發(fā)生沉降變形，按《水閘設(shè)計規(guī)范》（SL265-2001）中式8.3.2進(jìn)行計算，水閘土質(zhì)地基沉降可只計算最終沉降量，組合為下式，以附自比在0.1～0.2（軟土地基取小值，堅實地基取大值）進(jìn)行深度控制。S∞=m∑i=1nΔPEsiΔhi式中：S∞—土質(zhì)地基最終沉降量（mm）；n—土質(zhì)地基壓縮層計算深度范圍內(nèi)的土層數(shù)；m—地基沉降量修正系數(shù)，可采用1.0～1.6（堅實地基取較小值，軟土地基取較大值）；Esi—第i層土的壓縮模量（MPa）；△hi—分層時第i層的分層厚度（m），宜為0.5～1.0m，本次選1.0m；△Pi—地基中各分層中點的附加應(yīng)力增量（kPa）；△Pi=K1P0K1=1πéëêêùûúúarctgmn+mnm2+n2-arctgm-1n-(m-1)n(m-1)2+n2△Pi—附加應(yīng)力（kPa）；P0—基底附加應(yīng)力（kPa）；K1—條形基礎(chǔ)受豎向均布荷載作用時的附加應(yīng)力系數(shù)；m—附加應(yīng)力計算點距z軸的水平距離與基底面寬度比；n—附加應(yīng)力計算點距x軸的深度與基底面寬度比。通過對閘址區(qū)、連接段和圍堰臨時工程的地面沉降計算，在未采取任何防護(hù)措施的情況下均會造成地面沉降，其中擋潮壩地面沉降發(fā)育的程度中等，危害性和危險性為中等；圍堰地面沉降發(fā)育的程度為強，但其為臨時工程，且處理難度較小，并有效、可行，故危害性和危險性為中等。總體而言，在不考慮地基處理的情況下，擋潮閘工程引發(fā)的地面沉降總體危險性中等，危害性中等。

5.地質(zhì)災(zāi)害危險性綜合分區(qū)評估

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)原則，評估區(qū)劃分出地質(zhì)災(zāi)害危險性大區(qū)（Ⅰ）1個和危險性中區(qū)（Ⅱ）1個。其中，危險性大區(qū)（Ⅰ）為兩期圍堰施工影響范圍（一般為坡高1.5～3倍），面積為0.151km2，占評估區(qū)面積的24.21%。危險性中區(qū)（Ⅱ）為除了危險性大區(qū)以外的其他范圍，面積為0.473km2，占評估區(qū)面積的75.79%，危險性分區(qū)的主要特征見表1：

6.地質(zhì)災(zāi)害防治措施

6.1邊坡崩塌/滑坡的防治措施

為了防治工程建設(shè)岸坡邊坡、圍堰邊坡、開挖壩體基坑邊坡崩塌/滑坡而造成破壞和損失，針對邊坡工程的規(guī)模及所處地質(zhì)環(huán)境條件，設(shè)計采用不同的邊坡高寬比（容許坡度值）和采取不同的邊坡防護(hù)措施。（1）岸坡邊坡。建議對岸坡邊坡采用大塊石壓坡面或坡腳布設(shè)抗滑樁。（2）圍堰填方邊坡防護(hù)。圍堰須嚴(yán)格按照初步設(shè)計的邊坡高度和坡腳施工，堰體須分層碾壓、塊石護(hù)坡。（3）基坑邊坡。建議水閘閘室地基采用格構(gòu)式水泥土攪拌樁進(jìn)行處理，并在底板應(yīng)力較大部位下方的水泥土攪拌樁格構(gòu)中間設(shè)置摩擦型預(yù)應(yīng)力管樁作為減沉樁，或使用抗滑樁或箱基。通航閘和泄水閘采用格構(gòu)式水泥土攪拌樁基礎(chǔ)，閘墩下部應(yīng)力較大部位在水泥土攪拌樁格構(gòu)中間間隔布置預(yù)應(yīng)力管樁。兩岸與水閘連接段采用扶壁式擋墻+放坡的復(fù)合式護(hù)坡方式。擋墻基礎(chǔ)采用格構(gòu)式水泥土攪拌樁基礎(chǔ)，擋墻上部采用1∶2放坡處理，坡面采用預(yù)制混凝土塊護(hù)坡防浪處理。

6.2地面沉降的防治措施

為了預(yù)防軟土地基地面沉降造成壩體下沉、開裂、傾斜或傾倒，根據(jù)軟土分布范圍、厚度、埋深等地質(zhì)條件，結(jié)合工程類型并充分考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)的合理性，采取相應(yīng)的軟基處理措施。（1）壩體地基土。根據(jù)附近項目的地質(zhì)資料，綜合考慮軟基處理的適用性、經(jīng)濟(jì)性以及從施工出發(fā)，結(jié)合本工程現(xiàn)狀情況，本工程軟土地基處理推薦意見如下：①不宜使用端承剛性樁。②建議采用水泥攪拌樁加固壩基。為切實解決地基基礎(chǔ)協(xié)調(diào)變形問題，避免基礎(chǔ)出現(xiàn)懸空而出現(xiàn)接觸滲流破壞：如：選用剛性壩基剛性（如整體筏板）減少差異沉降影響；盡量提高壩體構(gòu)筑物重心與壩基幾何重心重合度、減少壩體荷載偏心距；采用變密度水泥土攪拌樁以適應(yīng)不同壩段荷載要求。③水泥攪拌樁需進(jìn)行系統(tǒng)試驗、檢測，經(jīng)證實并取得合理設(shè)計參數(shù)后方正式設(shè)計和施工。（2）圍堰。圍堰基礎(chǔ)建議采用振沖擠密砂樁或振沖擠密碎石樁，圍堰中軸布設(shè)抗滑樁，圍堰堰體采用復(fù)合土工膜防滲，堰基采用水泥攪拌樁防滲。

6.3監(jiān)測措施

在工程施工過程或完工后的運營過程中，應(yīng)對岸堤邊坡、圍堰邊坡、基坑邊坡設(shè)置監(jiān)測點進(jìn)行定時或不定時監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容主要為邊坡的穩(wěn)定情況及壩基變形或開裂情況，在雨季應(yīng)加密監(jiān)測。

7.結(jié)論與建議

根據(jù)評估區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險性分區(qū)及地質(zhì)災(zāi)害危險性防治分級，擬建場地位于危險性中等～大區(qū)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)災(zāi)害為崩塌/滑坡和地面沉降，可采用處理措施，處理費用較高，綜合評定擬建場地建設(shè)適宜性為基本適宜。但是在查明地層的前提下，合理設(shè)計，完善施工安全管理制度下，該建設(shè)場地可以進(jìn)行工程建設(shè)。評估區(qū)分布有淤泥和淤泥質(zhì)土，工程地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)差，承載力低，不宜作天然地基持力層，須對地基處理后方可進(jìn)行工程建設(shè)。建議下一步工作時進(jìn)一步詳細(xì)查明軟土分布和地質(zhì)特征。因工程建設(shè)需開挖臨時壩體基坑邊坡，邊坡的土體主要為淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、中粗砂、砂質(zhì)黏土等覆蓋層，因此邊坡開挖時應(yīng)做好周邊環(huán)境保護(hù)，并采取有效的基坑支護(hù)措施。人工邊坡須按相關(guān)規(guī)范的規(guī)定合理確定坡率，建議對岸坡邊坡采用大塊石護(hù)面或腳布設(shè)抗滑樁。圍堰基礎(chǔ)建議采用振沖擠密砂樁或振沖擠密碎石樁，圍堰中軸布設(shè)抗滑樁，圍堰堰體采用復(fù)合土工膜防滲，堰基采用水泥攪拌樁防滲；水閘閘室地基采用格構(gòu)式水泥土攪拌樁進(jìn)行處理，并在底板應(yīng)力較大部位下方的水泥土攪拌樁格構(gòu)中間設(shè)置摩擦型預(yù)應(yīng)力管樁作為減沉樁，或使用抗滑樁或箱基；船閘基礎(chǔ)為淤泥層，承載力較小，為保證船閘的安全運行，建議上、下閘首及閘室基礎(chǔ)采用PHC樁進(jìn)行處理。

參考文獻(xiàn)：

［1］國土資源部《關(guān)于加強地質(zhì)災(zāi)害危險性評估工作的通知》（國土資發(fā)〔2004〕69號）,2004,3.25.

［2］國土資源部《地質(zhì)災(zāi)害危險性評估技術(shù)要求（試行）》（國土資發(fā)〔2004〕69號文件附件1）.

［3］廣東省地質(zhì)災(zāi)害防治協(xié)會《廣東省地質(zhì)災(zāi)害危險性評估實施細(xì)則》（2019年6月）.

［4］中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院《縣（市）地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查與區(qū)劃基本要求實施細(xì)則》,2006,4.

作者:于波 單位:廣東省環(huán)境地質(zhì)勘查院