淺析工程建設(shè)引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防措施

摘 要：工程建設(shè)引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害屬于人為地質(zhì)災(zāi)害，災(zāi)害的形式常表現(xiàn)為坑壁崩塌、邊坡失穩(wěn)、地面塌陷等，產(chǎn)生的原因多為地基處理不當(dāng)或基坑工程施工不當(dāng)。本文介紹了常見的地基處理方法、基坑支護(hù)方法和基坑開挖注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：工程建設(shè) 地質(zhì)災(zāi)害 地質(zhì)災(zāi)害預(yù)防

中圖分類號：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（c）-0043-02

隨著土地資源日趨緊張，大城市開發(fā)利用地下空間已成為必然趨勢，地下車庫、地下商城、地下通道、地下鐵路、各種地下設(shè)施將會越來越多，地基處理問題也會非常突出，處理不當(dāng)容易產(chǎn)生地質(zhì)環(huán)境問題，引發(fā)突發(fā)性的地質(zhì)災(zāi)害。2004年3月1日起施行的《地質(zhì)災(zāi)害防治條例》明確指出，地質(zhì)災(zāi)害是指自然因素或者人為活動引發(fā)的危害人民生命和財(cái)產(chǎn)安全的山體崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等與地質(zhì)作用有關(guān)的災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害防治工作，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持預(yù)防為主、避讓與治理相結(jié)合和全面規(guī)劃、突出重點(diǎn)的原則。因工程建設(shè)等人為活動引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害的治理費(fèi)用，按照誰引發(fā)、誰治理的原則由責(zé)任單位承擔(dān)。

1 特殊地質(zhì)構(gòu)造列舉

我國地域遼闊，從東到西距離約5200 km，從南到北約5500 km；最高的高原是青藏高原，平均海拔4000多米；最低的盆地是新疆東部天山腳下的吐魯番盆地，面積約5萬平方公里，其中低于海平面的陸地和水面就有4050平方公里，位于“盆底”的艾丁湖，湖面低于海平面154 m。在全國約960萬平方公里的陸地面積中，山地占33%，高原26%，盆地19%，平原12%，丘陵10%。地理位置的差異不但造成氣候變化懸殊，而且地質(zhì)構(gòu)造千差萬別，因此，在地下工程建設(shè)遇到地質(zhì)問題時，要具體問題具體分析，制定出切實(shí)可行的解決方案，稍有不慎可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

例如，上海市地處長江三角洲東緣，系江、河、湖、海動力作用條件下形成的堆積平原，上海地下空間的開發(fā)利用，主要集中在地表以下50 m的范圍內(nèi)，該區(qū)段內(nèi)地層主要是軟弱的黏性土和飽和的砂性土，這種特殊的地質(zhì)條件在工程建設(shè)中易引發(fā)地面沉降、砂土液化、邊坡失穩(wěn)、地下水引起的基坑突涌及軟土地基變形等地質(zhì)災(zāi)害。

再如，位于四川盆地西部的成都平原，是中國西南地區(qū)最大平原和河網(wǎng)稠密地區(qū)之一。成都平原發(fā)育在東北—西南向的向斜構(gòu)造基礎(chǔ)上，由發(fā)源于川西北高原的岷江、沱江（綿遠(yuǎn)河、石亭江、湔江）及其支流等八條主要河流所堆積形成的洪積、沖積扇聯(lián)合而成。平原上地勢低洼的古河道地區(qū)，地下水位高，土壤冷濕，土層中多存在淤泥、淤泥質(zhì)土和沖填土等飽和黏性土等軟弱下臥層，常見的地質(zhì)災(zāi)害大體上分為滑坡、崩塌、地面塌陷、地面沉降等。

再如，西安市位于黃河流域中游，關(guān)中平原中部，其地貌南起秦嶺北至渭河主要劃分為五個分區(qū)：秦嶺山地、山前洪積平原區(qū)、黃土塬區(qū)、洪積湖積臺地區(qū)和渭河階地區(qū)。主城區(qū)主要位于洪積湖積臺地區(qū)，其地質(zhì)主要存在三方面的問題：地裂縫、飽和軟黃土和黃土濕陷。地裂縫是過量開采承壓水，產(chǎn)生不均勻地面沉降條件，在地表形成的破裂。飽和軟黃土也是西安城區(qū)內(nèi)的一個主要工程地質(zhì)問題，主要發(fā)生在西安市東郊附近，由于興慶湖滲漏潛水位上升使第四系上更新統(tǒng)風(fēng)積黃土侵入水中形成的，其工程性質(zhì)很差。綜上，西安市的地質(zhì)災(zāi)害類型主要為地面塌陷、地裂縫等，地面塌陷的成因?yàn)榈叵滤幌陆?、黃土濕陷等。

2 地質(zhì)災(zāi)害的形成原因

地質(zhì)災(zāi)害都是在一定的動力誘發(fā)下發(fā)生的，誘發(fā)動力有自然的，也有人為的，有時是二者協(xié)同作用的結(jié)果。因此，地質(zhì)災(zāi)害在成因上具備自然演化和人為誘發(fā)的雙重性，它既是自然災(zāi)害的組成部分，同時也屬于人為災(zāi)害的范疇。由氣溫、降雨、融雪、雷電、風(fēng)暴、火山、地震等因素誘發(fā)的稱為自然地質(zhì)災(zāi)害；由工程開挖、堆載、爆破、棄土、毀山造田、毀壞植被、過量開采地下水等引發(fā)的稱為人為地質(zhì)災(zāi)害。自然地質(zhì)災(zāi)害是因地質(zhì)作用而形成，發(fā)生的時間、地點(diǎn)、規(guī)模，不受或基本不受人類活動的控制；人為地質(zhì)災(zāi)害是因工程建設(shè)和其他人類活動引發(fā)的，其發(fā)生、發(fā)展是可以預(yù)防和控制的。據(jù)統(tǒng)計(jì)人為因素引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害占到全部地質(zhì)災(zāi)害的50%以上，因此，要認(rèn)真研究，并加以控制。

3 基礎(chǔ)工程引發(fā)的地基災(zāi)害的預(yù)防

基礎(chǔ)工程引發(fā)的地基災(zāi)害屬于認(rèn)為地基災(zāi)害，常見表現(xiàn)形式為邊坡失穩(wěn)、地面沉降、砂土液化等。因此，要從地基處理、基坑開挖入手做好每一步工作。

3.1 常見的軟土地基處理方法及適用條件

（1）換填墊層法。用足夠厚度的墊層置換可能發(fā)生剪切破壞的軟土層，以使墊層下部的軟弱下臥層滿足承載力要求。墊層材料通常為：砂石、粉質(zhì)粘土、灰土、無害工業(yè)廢渣等，小型建筑和構(gòu)筑物也可采用粉煤灰和礦渣作為墊層材料。適用于淺層軟弱地基及不均勻地基的處理。

（2）預(yù)壓法。在建筑物建造前在場地先行加載預(yù)壓，使土體中的空隙水排出，逐漸固結(jié)，地基發(fā)生沉降，同時強(qiáng)度逐步提高的方法。包括砂井堆載預(yù)壓法、天然地基堆載預(yù)壓法和真空預(yù)壓法等，適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土和沖填土等飽和黏性土地基。

（3）強(qiáng)夯法。在極短時間內(nèi)對地基體施加一個巨大的沖擊能量，這種突然釋放的巨大能量使土體發(fā)生一系列的物理變化，使一定范圍內(nèi)土體空隙擠密，地基強(qiáng)度提高。適合處理碎石、砂土、低飽和度的粉土與黏性土、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。

（4）強(qiáng)夯置換法。利用強(qiáng)夯能將碎石、礦渣等物理力學(xué)性能較好的粗料強(qiáng)行夯入地基中，在地基中形成碎石墩，由碎石墩、墩間土和碎石墊層形成復(fù)合地基，以提高承載力、減少沉降。適于處理人工填土、砂土、黏性土、黃土和淤泥及淤泥質(zhì)土等地基。

（5）擠密法。利用成孔時的側(cè)向擠壓作用，使樁間土得以擠密，隨后將樁孔用填料分層夯填密實(shí)。包括灰土擠密樁法、土擠密樁法、砂石擠密樁法等。灰土（土）擠密樁法適應(yīng)于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基；砂石樁用于處理松散砂土、粉土、黏性土、素填土及雜填土地基。

（6）水泥粉煤灰碎石樁法（簡稱CFG樁）。由碎石、石屑、粉煤灰摻適量水泥加水拌和，用成樁機(jī)具制成的高黏結(jié)強(qiáng)度樁。適用于處理黏土、粉土、砂土和正常固結(jié)的素填土等地基，對承載力較高但變形不能滿足要求的地基，也可采用水泥粉煤灰碎石樁法以減少地基變形。

（7）高壓噴射注漿法。利用鉆機(jī)將帶有噴嘴的注漿管送入預(yù)定土層深度，通過高壓設(shè)備使?jié){液以高壓流從噴嘴中射出，高壓流沖擊破壞土體，使?jié){液與土體攪拌混合，待漿液凝固后便在土中形成固結(jié)體。噴射注漿的主要材料為水泥，水泥漿的水灰比通常取1.0。用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、流塑、軟塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黃土、素填土和碎石土等地基效果良好。

地基處理通常采用建筑場地所在地區(qū)常用的且技術(shù)成熟的處理方法，新方法用于無工程經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)時，必須通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定其適用性。

3.2 基坑支護(hù)方法及開挖主要事項(xiàng)

（1）基坑支護(hù)方法及適用條件。

1）排樁。排樁是以某種樁型按隊(duì)列式布置組成的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)。最常用的樁型是灌注樁、預(yù)制樁、板樁等類型，此外還有工字鋼樁或H型鋼樁。排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)剛度大，抗彎強(qiáng)度高、變形相對較小，安全度好，設(shè)備簡單，施工方便，需要工作場地不大，施工噪聲低、振動小等優(yōu)點(diǎn)，但一次性投資較大，采用灌注樁，預(yù)制樁作支護(hù)，不能回收利用。

適用條件：①適于基坑側(cè)壁安全等級一、二、三級；②懸臂式結(jié)構(gòu)在軟土場地中不宜大于5 m；③當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥酌鏁r，宜采用降水、排樁加截水帷幕。

2）地下連續(xù)墻。地下連續(xù)墻是用機(jī)械施工方法成槽澆灌鋼筋混凝土形成的地下墻體，用于支承建筑物荷載、截水防滲或擋土支護(hù)。地下連續(xù)墻施工振動小、噪聲低，對周圍地基擾動??；墻體剛度大 耐久性好，防滲性能好。但工程造價(jià)高，在城市施工廢泥漿處理麻煩，易造成新的污染。

適用條件：①適于基坑側(cè)壁安全等級一、二、三級；②適于各種土層，但最適合軟弱地基或沙土地基；③基坑深度大于10 m；④周圍有密集建筑物或重要地下管線，對周圍地面沉降和建筑物沉降要求需嚴(yán)格控制時宜采用；⑤可作為主體結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的一部分，對抗?jié)B有較嚴(yán)格要求時宜采用；⑥采用逆作法施工，地上和地下同步施工時宜采用。

3）水泥土樁墻。水泥土樁墻是用水泥土樁相互搭接形成的格柵狀、壁狀等形式的重力式結(jié)構(gòu)。水泥土墻有深層攪拌水泥土樁墻、高壓旋噴樁墻等類型。水泥土樁墻造價(jià)低、擋水性好、對周圍建筑及地下管線影響小，施工振動小、噪聲低，對土體擾動小、無排污。

適用條件：①基坑側(cè)壁安全等級宜為二、三級；②水泥土樁施工范圍內(nèi)地基土承載力不宜大于150 kPa；③基坑深度不宜大于6 m。

4）土釘墻。土釘墻是由土釘群、被加固的原位土體、鋼筋網(wǎng)混凝土面層等構(gòu)成的基坑支護(hù)體系。土釘是通過鉆孔、插筋、注漿來設(shè)置的，一般稱砂漿錨桿，也可以直接打入角鋼、粗鋼筋形成土釘。土釘墻的做法與礦山加固坑道用的噴錨網(wǎng)加固巖體的做法類似，故也稱為噴錨網(wǎng)加固邊坡或噴錨網(wǎng)擋墻。土釘墻墻面坡度不宜大于1∶0.2。

適用條件：①基坑側(cè)壁安全等級宜為二、三級的非軟土場地；②基坑深度不宜大于12 m；③當(dāng)?shù)叵滤桓哂诨拥酌鏁r，應(yīng)采取降水或截水措施。

5）逆作拱墻。逆作拱墻結(jié)構(gòu)是將基坑開挖成圓形、橢圓形等弧形平面，并沿基坑側(cè)壁分層逆作鋼筋混凝土拱墻，利用拱的作用將垂直于墻體的土壓力轉(zhuǎn)化為拱墻內(nèi)的切向力，以充分利用墻體混凝土的受壓強(qiáng)度。

適用條件：①基坑側(cè)壁安全等級宜為三級；②淤泥和淤泥質(zhì)土場地不宜采用；③拱墻軸線的矢跨比不宜小于1/8；④基坑深度不宜大于12 m；⑤地下水位高于基坑底面時，應(yīng)采取降水或截水措施。

6）放坡開挖。通過選擇并確定安全合理的基坑邊坡坡度，使基坑開挖后的土體在無加固及無支撐的條件下，依靠土體自身的強(qiáng)度獲得穩(wěn)定的邊坡并維持基坑的穩(wěn)定狀態(tài)。放坡開挖放坡開挖是基坑開挖常用的一種形式，適用于硬質(zhì)、可塑性黏土和良好的砂性土，周圍場地開闊，并且無重要建筑物。

適用條件：①基坑側(cè)壁安全等級宜為三級；②施工現(xiàn)場應(yīng)滿足放坡條件；③當(dāng)?shù)叵滤桓吲c坡腳時，應(yīng)采取降水措施。

（2）基坑開挖注意事項(xiàng)。

①基坑開挖應(yīng)根據(jù)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、降排水要求，確定開挖方案。支撐結(jié)構(gòu)的施工與拆除順序，應(yīng)與支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工況相一致，必須遵循先撐后挖的原則，應(yīng)盡量縮短基坑無支撐暴露時間。

開挖深度不超過3 m的基坑且當(dāng)場地條件允許，并經(jīng)驗(yàn)算能保證土坡穩(wěn)定性時，可采用放坡開挖；開挖深度超過3 m的基坑，有條件采用放坡開挖時設(shè)置多級平臺分層開挖，每級平臺的寬度不宜小于1.5 m；

②基坑邊界周圍地面應(yīng)設(shè)排水溝，且應(yīng)避免漏水、滲水進(jìn)入坑內(nèi)；放坡開挖時，應(yīng)對坡頂、坡面、坡腳采取降排水措施。

③基坑土方開挖應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，不得超挖。土方開挖完成后應(yīng)立即施工墊層，對基坑進(jìn)行封閉，防止水浸和暴露，并應(yīng)及時進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)施工。采用機(jī)械挖土，坑底應(yīng)保留200～300 mm厚基土，用人工平整，并防止坑底土體擾動。

④基坑周邊堆載不得超過設(shè)計(jì)規(guī)定。

⑤軟土基坑必須分層均衡開挖，層高不宜超過1m。

⑥基坑開挖過程中，應(yīng)采取措施防止挖土機(jī)械碰撞支護(hù)結(jié)構(gòu)、井點(diǎn)管、工程樁或擾動基底原狀土。除設(shè)計(jì)允許外，挖土機(jī)械和車輛不得直接在支撐上行走操作。

⑦發(fā)生異常情況時，應(yīng)立即停止挖土，查清原因并采取措施后，方能繼續(xù)挖土。

⑧對面積較大的一級基坑，土方宜采用分塊、分區(qū)對稱開挖和分區(qū)安裝支撐的施工方法。

⑨基坑中有局部加深的電梯井、水池等，土方開挖前應(yīng)對其邊坡做必要的加固處理。

⑩地下結(jié)構(gòu)工程施工過程中應(yīng)及時進(jìn)行夯實(shí)回填土施工。

4 結(jié)語

工程建筑引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害主要有坑壁崩塌、邊坡失穩(wěn)、坑道突水突泥、地面塌陷等，具有突發(fā)性特點(diǎn)，由于突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生突然，前兆現(xiàn)象一般不明顯，常使人猝不及防，造成嚴(yán)重的破壞，因此，預(yù)防就顯得特別重要。必須建立風(fēng)險(xiǎn)管理機(jī)制，把勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)測一體化管理作為防災(zāi)的主要措施。

參考文獻(xiàn)

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