廣州某新建圖書館因深基坑開挖易引發(fā)的地質(zhì)災害類型及成因分析

謝 芳

（廣東省有色礦山地質(zhì)災害防治中心，廣東 廣州 510080）

擬建工程地處珠江三角洲沖積平原，位于廣州市天河區(qū)，用地范圍內(nèi)原為荒地，場地中部高程約為30m，西側(cè)及東側(cè)高程約25m，中部向兩側(cè)高程緩慢變低。根據(jù)規(guī)劃，建設內(nèi)容為一棟15層的廣州科技圖書館，高51.90m，占地面積約8127m2，總建筑面積50427m2，其中地上建筑面積26531m2，地下建筑面積23896m2。結(jié)構(gòu)采用鋼框架結(jié)構(gòu)（鋼管混凝土柱）。內(nèi)容包括：地上11層，高51.90m，建筑面積26531m2，設計地坪高程為30.00m；地下建筑為4層地下室，開挖深度約23.00m，建筑面積23896m2。基坑底板標高為7.00m，基坑安全等級為一級。地基基礎(chǔ)設計等級為甲級，地基變形允許值：整體傾斜0.003，相鄰柱基沉降差0.002L。估算工程建設總投資費用約96000萬元。

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

擬建工程地處珠江三角洲沖積平原，位于廣州市天河區(qū)老城區(qū)，場地中部高程約為30m，西側(cè)及東側(cè)高程約25m，中部向兩側(cè)高程緩慢變低，項目用地為不規(guī)則形。用地紅線范圍已進行圍蔽，無建構(gòu)筑物，被雜草覆蓋。場地四周陡坎外圍已進行漿砌塊石支護。評估區(qū)最高點高程約37m，最低地面標高約17m。地形地貌復雜程度簡單[1]。

1.2 氣象水文

評估區(qū)地處珠江三角洲地區(qū)，屬亞熱帶海洋季風氣候。冬季多發(fā)2級～4級北風、西北風，一般風力、風向穩(wěn)定。評估區(qū)地處南亞熱帶、熱帶海洋性季風氣候區(qū)，終年溫暖濕潤，根據(jù)1981年～2017年氣象統(tǒng)計資料，年平均氣溫22.28℃，其中以7、8兩月氣溫最高，月平均＞28 ℃，歷史最高溫39.1℃（2004年7月1日）；1、2月份氣溫最低，月平均氣溫在13℃上下。受亞熱帶海洋性氣候影響，區(qū)內(nèi)降雨量極為豐富，年平均降雨量1874.19mm（1981～2018），極端年最大降雨量2939.70mm（2016年），雨季5月～8月降雨量占全年降雨量的60%以上。

評估區(qū)位于廣州市天河區(qū)，區(qū)內(nèi)無地表徑流和水系分布，評估區(qū)內(nèi)既有建筑處在正常使用狀態(tài)中，具備完善的市政排水系統(tǒng)。雖然區(qū)域上河網(wǎng)隸屬珠江水道，但距離較遠，約4100m。珠江前航道為感潮河流，潮汐類型為不規(guī)則半日潮，每日基本上有二漲二落，往復流十分明顯，歷年最高潮位7.62m（老雅崗站），百年一遇潮位7.79m，最低潮位3.64m，多年平均潮位7.02m（1950～1990），年平均潮差1.50m，廣州河道除遇較大洪水外，基本受潮流控制，即使在汛期，潮流影響仍很顯著。評估區(qū)地面標高大多在25m以上，高出歷年最高潮位17m多，并且珠江防洪堤按100年一遇的標準進行修筑，因此受珠江潮汐的影響較小。

1.3 地層巖石

評估區(qū)區(qū)域上地層主要包括白堊系（K）和第四系（Q）。

其中白堊系大塱山組（Kdl）分布于評估區(qū)西側(cè)、南側(cè)，主要巖性為泥質(zhì)砂巖，傾向約60°，傾角約15°～26°，紅褐色，風化較強烈，巖芯呈半巖半土～碎塊狀，遇水易軟化，局部含礫石。巖體破碎，巖質(zhì)極軟，巖體質(zhì)量等級為Ⅴ類。層頂標高15.53m～38.91m，層頂埋深0.00m～16.20m，揭露厚度1.80m～36.10m，平均19.04m。第四系（Q）在區(qū)域內(nèi)廣泛分布，主要包括坡積層（Qdl）和殘積層（Qel）。

坡積層（Qdl）：土性主要為粉質(zhì)黏土，紅褐色、黃褐色，硬塑，粘性較差，干強度較差，含較多碎石，為坡積土。層頂標高31.23m～42.99m，層頂埋深0.00m，層厚2.90m～16.20m，平均7.36m。

殘積層（Qel）：土性主要為砂質(zhì)粘性土，黃褐色，可塑、硬塑，含較多粉細砂，為花崗巖風化殘積土，遇水易軟化、崩解。層頂標高18.28m～34.51m，層頂埋深0.70m～11.60m，層厚2.90m～14.10m，平均7.48m。

評估區(qū)內(nèi)基巖為中侏羅世聯(lián)和序列同和單元（J2T），為中、粗粒斑狀黑云母二長花崗巖，灰白色，成分及結(jié)構(gòu)不均勻，局部見有暗色包體及榍石[2]。

1.4 地質(zhì)構(gòu)造與不良地質(zhì)作用

根據(jù)收集的評估區(qū)勘察資料及現(xiàn)場調(diào)查，評估區(qū)范圍內(nèi)無揭露斷層通過，未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造蹤跡，亦未見構(gòu)造破碎帶或巖體扭曲構(gòu)造跡象，未見褶皺斷裂。

1.5 水文地質(zhì)概況

評估區(qū)地下水類型可劃分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水兩類，其中松散巖類孔隙水廣泛賦存于區(qū)內(nèi)第四系土層中，主要含水層為第四系雜填土層（Qml），松散巖類孔隙水主要存在素填土層（Qml）以及粉質(zhì)黏土（Qdl）和砂質(zhì)黏性土層（Qel）中，富水性貧乏?；鶐r裂隙水的含水層為白堊系泥質(zhì)砂巖(Kdl)和中侏羅世聯(lián)和序列同和單元（J2T）強風化巖，富水性屬貧乏～中等，富水性不均。

評估區(qū)地下水的主要補給來源來自于大氣降雨，每年4～9月份是地下水的補給期，10月至次年3月為地下水的消耗期和排泄期。評估區(qū)4.1km外有珠江前航道，故豐水期第四系松散巖類孔隙水含水層也接受周圍河水的補給，旱季則以潛流的方式向珠江前航道排泄?；鶐r裂隙水主要受同一含水層滲透補給，同時也接受松散巖類孔隙水的越流補給。

地下水逕流條件受地形限制，本場地南高北低，其運移方向是由南向北流，逕流途徑較長。地下水排泄途徑為民井開采及地表蒸發(fā)。地下水排泄不暢，水交替循環(huán)緩慢。

本場區(qū)地下水動態(tài)變化主要受大氣降雨的影響，地下水年變化幅度不大，一般為0.45m～1.50m。根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料和勘察資料，松散巖類孔隙水地下穩(wěn)定水位埋深一般在2.40m～13.40m之間，埋藏較淺，水位變化反應迅速；承壓型基巖裂隙水由于滲入補給時間較長，往往具滯后現(xiàn)象。

1.6 人類工程活動情況

評估區(qū)原始地貌位于珠江三角洲沖積平原，在漫長歲月中由于不間斷的工程活動形成今天的城區(qū)格局，極大改變了原有的地形地貌。而且隨著城市化進程的不斷發(fā)展，周邊的舊城改造工程也不斷加劇，主要工程活動有建筑安裝工程、交通工程等，南部為金穎大廈，有兩層地下室，基坑開挖深度約10m。這已經(jīng)改變了原有的地質(zhì)環(huán)境條件包括地形地貌、巖土體工程地質(zhì)條件和水文地質(zhì)條件，并將繼續(xù)改變地質(zhì)環(huán)境條件。因此人類工程活動影響地質(zhì)環(huán)境程度強烈。未來人類工程活動如填土、基坑開挖等可能會引發(fā)地質(zhì)災害，故人類工程活動屬于地質(zhì)災害致災的激發(fā)因素。

2 地質(zhì)災害預測分析及綜合分區(qū)評估

2.1 地質(zhì)災害預測分析

根據(jù)評估區(qū)的地質(zhì)環(huán)境條件和擬建工程的特征，預測工程建設可能引發(fā)的地質(zhì)災害為地面沉降和崩塌/滑坡，工程建設可能遭受的地質(zhì)災害為地面沉降和崩塌/滑坡。

（1）崩塌/滑坡：工程存在基坑開挖，基坑周長327m，開挖深度23m，在自重和地下水壓力作用下，極易發(fā)生基坑邊坡崩塌/滑坡?；舆吰掳l(fā)生崩塌/滑坡后，巖土體往基坑內(nèi)位移，導致周邊地面下沉開裂，從而致使建筑物基礎(chǔ)或基底差異沉降，引起建構(gòu)筑物開裂、傾斜和管線的破壞等，造成財產(chǎn)損失，并威脅到居民的生命安全，后果嚴重；基坑開挖到回填至±0.00的時間段內(nèi)，均有較多的施工人員和機械設備在作業(yè)，基坑邊坡發(fā)生崩塌/滑坡后會導致相關(guān)機械設備和地下未完結(jié)構(gòu)工程的報廢破壞，不但增加施工難度和成本，延長施工周期，并可能傷害到相關(guān)人員，從而造成較大的經(jīng)濟損失。

（2）地面沉降的主要地質(zhì)因素包括兩個方面：一是用地范圍內(nèi)第四系沖積層和殘積層厚度較大，且厚度變化大，以致在填土或其它地面荷載的作用下，會產(chǎn)生壓縮沉降，而且不同部位的壓縮量會有差異，造成地基不均勻沉降；二是新近填土處于松散欠固結(jié)狀態(tài)，在上部荷載和自重的作用下會發(fā)生較大的壓縮固結(jié)，從而產(chǎn)生沉降，降雨淋濾加快這一進程，地基土的總沉降量與填土層厚度呈正相關(guān)關(guān)系，填土層厚度越大，總沉降量也越大，填土層厚度差異越大，引起的不均勻沉降也越明顯，因此，工程建設中填方土體也是造成地面沉降的一個較重要原因。

預測工程建設可能引發(fā)的地質(zhì)災害為地面沉降和崩塌/滑坡，其中地面沉降地質(zhì)災害潛在的危害小，危險性??；崩塌/滑坡地質(zhì)災害危害程度大，危險性大。

2.2 地質(zhì)災害綜合分區(qū)

依據(jù)地質(zhì)災害現(xiàn)狀評估和地質(zhì)災害預測評估結(jié)果，評估區(qū)地質(zhì)環(huán)境條件的差異和潛在地質(zhì)災害隱患、地質(zhì)災害發(fā)育強度、地質(zhì)災害危險程度和受災體對象及經(jīng)濟損失等，結(jié)合工程建設實際情況，確定評估區(qū)各區(qū)段危險性的評估要素（量化指標）見表1。

表1 地質(zhì)災害危險性分區(qū)表

結(jié)合擬建工程特點和用地范圍，將整個評估區(qū)劃分為危險性大區(qū)和危險性小區(qū)兩個級別區(qū)。①危險性大區(qū)：基坑開挖地段，基坑開挖深度23m，關(guān)于基坑影響范圍，考慮按外擴2倍基坑深度范圍，即按地下室邊線外擴46m范圍內(nèi)的區(qū)域。②危險性小區(qū)：評估區(qū)內(nèi)紅線以外的其它區(qū)域，面積10666m2，占評估總面積的27.27%。

3 防治措施

3.1 地面沉降防治措施

地面沉降主要是填土和第四系土層的壓縮固結(jié)引起，可采取以下措施進行防治：①加強勘察工作，掌握地下軟土層厚度和巖土性能，為設計提供充分依據(jù)。②進行地基處理專項設計：對道路地面沉降可采用復合地基處理如攪拌樁加固或注漿方式進行加固或換填處理以減小沉降；對可能影響到的管線設置保護結(jié)構(gòu)，如帷幕止水以防止地面下沉從而減少管線變形開裂，采用剛性樁支擋以防止管線側(cè)向位移等。③通過試驗確定填土的最優(yōu)參數(shù)，以保障填土的壓實質(zhì)量。④加強施工過程質(zhì)量控制，確保質(zhì)量達到設計和規(guī)范要求。

3.2 基坑邊坡崩塌/滑坡防治措施

①進行科學的基坑支護工程設計，如利用排樁+內(nèi)支撐進行擋土、攪拌樁或旋噴樁止水。②嚴格按設計和規(guī)范要求進行施工。③確保截排水系統(tǒng)的正常使用，雨季施工時做好防護措施。④減小或禁止基坑頂附近堆載。⑤基坑開挖嚴格按照“水平分段垂直分層”的開挖方式進行。⑥加強對基坑開挖的安全監(jiān)測，建立應急預案，以預防和減小基坑邊坡崩塌/滑坡帶來的危害和損失。

4 建議

（1）根據(jù)評估，用地范圍可作為建設用地，不需要考慮工程避讓方案或另行擇址。

（2）建議建設單位落實地質(zhì)災害防治工程“三同時”制度，將地質(zhì)災害防治工作貫穿于工程建設“三同時”過程中。

（3）基坑支護及土方開挖施工應制訂專項方案和應急預案；施工過程中應加強基坑變形監(jiān)測工作，制訂應急預案，以防止或減少基坑崩塌/滑坡所造成的損失。

尤其需要注意的是：擬建工程用地附近地下有寫字樓及其相關(guān)管線，工程設計和施工時應充分考慮到這一不利因素，以免導致工程事故和地質(zhì)災害。

根據(jù)調(diào)查，金穎大廈有兩層地下室，基坑開挖深度約10m，基坑底板標高高于場地開挖基坑底板標高。施工時應注意錨索不能太長，不能延伸至大廈側(cè)壁。

（4）其他建議：在工程施工過程中和施工完成后，應注意做好環(huán)境保護措施，防止塵埃、水土流失及造成環(huán)境污染的不良現(xiàn)象。