浙江省地球物理地球化学勘查院 310005
摘要：地质灾害危险性预测评估是指工程建设用地范围内，由于工程建设对地质环境条件的改变而诱发的地质灾害以及可能遭受地质灾害可能性以及灾害的范围、危害程度进行评估。文章主要针对湖州市南浔区湖3区块地面沉降易发区地质灾害危险性分区预测评估方法进行分析研究。
摘要：地质灾害；危险性；预测；评估
1工程概况
湖州市南浔区湖3区块地面沉降易发区评估单元隶属湖州市南浔区南浔镇全境，总面积为140.75 km2。地处长江三角洲杭嘉湖平原，位于沪、宁、苏、杭中心地带，东与江苏省震泽镇、八都镇毗邻，东经120°25′～120°26′，北纬30°52′～30°53′，其地理位置及工作区范围如下图1所示：
图1 评估区交通位置
2水文特征
评估区属太湖流域水网地带，所在区域水资源丰富，水网、养殖塘密布，四通八达，纵横交织成网，河流密度较大（照片2-1～2-3）。河道宽窄不一，河床平缓，水位年变幅较小。全镇区域河港纵横交错，主要较大河道有长湖申线、白米塘（东申线）及息塘等，湖泊星罗棋布，河流水位主要受降水影响，降雨时，由于地表浅层透水性差，渗入量小，大部分降水以地表迳流方式沿河道排出。据收集的水文资料，评估区历史最高洪水位为3.12m（1985国家高程），地表水常水位约1.20m。
照片2-1 长湖申线航道
照片2-2 评估区内河道
照片2-3 评估区内养殖塘
3预测评估体系与方法
评估区位于平原区，地貌类型简单，工程地质条件类似。根据《南浔区全域规划发展研究》、《湖州市南浔镇镇域总体规划（2011-2020）》、《湖州市南浔区土地利用总体规划（2006-2020）》等，评估区不同区域用地性质迥异，因此，工程建设可能引起的地质环境条件改变及可能诱发的地质灾害类型和危害程度也会存在较大差异，为此需对评估区综合考虑各类因素进行地质灾害危险性预测评估。
针对工程建设可能引发或加剧的地基过量沉降和不均匀沉降、地基边坡失稳和水土流失及基坑底突涌、河塘岸坡失稳、基坑开挖边坡失稳等地质灾害采用工程地质分析法、工程地质类比法进行预测；对工程建设可能遭受的地面沉降地质灾害，需综合考虑评估区的地质环境条件、区域地下水开发利用状况及规划、地下水动态监测资料、地面沉降特征等资料一等，采用浙江省地方标准《地质灾害危险性评估规范》（DB33/T881-2012）中地面沉降危险性指数法进行预测。
4工程建设引发地质灾害危险性预测评估
根据下表1，区块1用地性质为城镇型居住用地、工业用地、公共设施用地、仓储用地、道路广场用地及发展备用地等，可能引发的灾种主要为地基变形、软土地基失稳、河、塘岸坡失稳、基坑开挖边坡失稳、坑底突涌及水土流失；区块Ⅱ用地性质为为乡村型居住用地、公共设施用地及农业生产用地，可能引发的地质灾害主要为地基变形及河、塘岸坡失稳。
4.1工程建设填方引发地面沉降的预测评估
4.1.1需大范围填土工程
当评估区内建设工程需进行大范围填土，由于大范围填土在地基土中引起的附加荷载随深度增加可视作不变，因此大范围填土易引起地基过量沉降及不均匀沉降，当地基土性质变化大时，易引起不均匀沉降。
评估区地面标高在1.5～3.5m，评估区已建工程的整平标高在一般在3m左右，因此评估区工程建设回填高度一般不大于2m。
表1 评估区各分区预测地质灾害类型一览表
另外，评估区零星分布若干水塘。区块Ⅰ-1为中心城市发展区，基本无可回填的水塘；Ⅱ为乡村型居住用地，一般需回填水塘的可能性较小，评估区需对水塘进行回填的地段主要为区块Ⅰ-2、Ⅰ-3范围。评估区水塘深度一般在1.0～2.0m，需回填厚度一般在1.5～3.0m，局部地段水塘面积较大，因此在大面积水塘回填土地段，填土易导致地基过量沉降及不均匀沉降现象。
在大面积填土作用下，最终沉降量可按下式估算：
式中：
S 最终沉降量（mm）
沉降计算经验系数，一般情况下可取1.2～1.4，本次取1.3；
S’ 按分层总和法计算的主固结沉降量
附加荷载（kPa）；
分层土层厚度m，分层可计算至全新统软弱土层底板，一般计算至③3层，该层缺失时计算至全新统底板；
土层压缩模量
N 土层数
根据区块Ⅰ地面标高现状和收集勘察报告中的土层资料估算该区块大面积填土产生的最终沉降量，估算结果见下表2。
表2 评估区大面积填土地基最终沉降量估算表
注：计算深度一般至②层淤泥质粉质粘土底板。
根据上表4-2的估算数据，评估区内所估算的最终沉降量一般＜500mm，参照《地质灾害危险性评估规范》（GB33/T881-2012）中关于地面沉降地质灾害危险性的评价标准，当地面累计沉降量＜500mm属地面沉降危险性小，同时比照周边道路、建（构）筑物地基运行工况良好，因此，认为评估区填土引发地基过量沉降及不均匀沉降的可能性小，地质灾害危险性小。
4.1.2一次性填土极限高度
评估区属软土分布区，场地浅部存在②层淤泥质粉质粘土，该层具有高压缩、强度低等特点，物理力学性质差。在场地内一次性过高时易引发地基失稳，可根据浙江省地方标准《地质灾害危险性评估规范》（DB33/T881-2012）中有关公式估算一次性填土极限高度：
式中：
——极限堆土高度（m）；
——不排水抗剪强度（kPa）；
——填土的重度（kN/m3）
根据所收集的评估区内各勘察报告中的土层资料，并进行综合分析，评估区内的②层软土的不排水抗剪强度一般在9.5kPa左右，填土重度取18.0kN/m3，根据上式估算评估区一次性填土极限高度一般在2.9m左右。由于②层软土的不排水抗剪强度差异性较大，评估区内各类工程在进行建设时如需对场地进行临时性堆土或堆载其它设施时，应根据各建设工程的详细勘察报告中提供的该层土的不排水抗剪强度进行取值，并取其较小值估算场地一次性填土的极限高度，当场地内临时性堆土不高于所估算极限高度或其它设施不超过相当于所估算极限高度的土柱高度的超载量时，产生地基失稳的可能性小。
4.2工程建设引发地基变形的预测评估
评估区属软弱土层分布区，根据收集的工程地质资料，评估区场地60m以浅分布有②层、③2层、④3层等高压缩性软土，当上述土层为建设工程的地基压缩层时，易导致地基过量及不均匀沉降；另外评估区内桩基工程采用挤土型桩时，则可能引发邻近建筑地基的侧向变形。
4.2.1一般工业与民用建筑
①一般地段
评估区工业与民用建筑一般采用桩基础，桩端置于良好的土层中，桩基工程一般不会引发地基过量及不均匀沉降，根据野外实地调查，未见采用桩基的工程发生地基过量沉降或不均匀沉降现象，因此根据工程类比法，评估区采用桩基的工程引发地基过量沉降或不均匀沉降的可能性小，危险性小。
评估区民房等低层建筑有采用浅基础的可能。根据资料分析，导致评估区内采用浅基础的建筑产生地基过量沉降或不均匀沉降的主因为②层淤泥质粉质粘土，该层结构松散，土质差，压缩性高，分布于全区，顶板埋深一般在1.5～4.7m，厚度一般在1.4～11m，由于其埋深浅，位于①1层硬壳层粉质粘土以下，由于①1层硬壳层厚度薄，一般在0.4～2.4m，故对于采用浅基础的建筑工程而言，②层淤泥质粉质粘土的性质及厚度对其有较大的影响，当该层厚度大时，易导致地基过量沉降，当该层分布不均匀时，则易导致地基不均匀沉降，但只要进行合理的地基基础设计，产生过量沉降及严重不均匀沉降的可能性小。根据野外实地调查，评估区内一般地段采用浅基础的工程未见地基过量及不均匀沉降现象，因此根据工程地质类比法，评估区内一般地段采用浅基础的建筑工程只要进行合理的地基基础设计，不会产生过量及不均匀沉降。
②临河地段
当在临河地段进行建设时，未对自然岸坡进行适当的围护，在建（构）筑物建成后，其地基易产生不均匀沉降。根据野外实地调查，评估区建（构）物一般采用桩基础，将上部荷载直接传递至下部物理力学性质较好的岩土层，对浅层土体产生的附加应力小；且根据相关建筑设计规范，建（构）筑物应与河道岸坡保持一定的安全距离。类比评估评估区临河地段建（构）物现状稳定较好，为此，预测评估临河地段工程建设引发地基不均匀沉降及河岸坡失稳的可能性小，危险性小。
4.2.2道路工程
①一般路基
评估区内一般道路工程可能导致的路基变形主要为地基不均匀沉降，由于评估区位于软土分布区，且道路沿线一般分布有明（暗）浜、水塘等，浜、塘地段淤填土发育，①1层硬壳层粉质粘土薄或缺失。在浜、塘地段进行道路工程建设，需进行换填等地基处理，若处理不当易引发路基不均匀沉降根据野外实地调查，评估区内道路未见明显路基不均匀沉降现象，根据工程地质类比法，评估区内一般路基道路工程建设引发路基不均匀沉降的可能性小，危险性小。
②高填土路基
对于评估区内可能建设的道路工程，在道路与桥梁交接的高填土部位，因桥梁与道路的基础类型不同，且路基需进行高填土，因此容易产生不均匀沉降现象，桥梁部位沉降小，高填土路段沉降大，对于位于一般河道上的中小型桥梁来说，高填土厚度小，发生不均匀沉降的可能相对较小，对于跨越航道的大型桥梁，一般高填土厚度大，容易引起不均匀沉降，当不采取合理的路基处理措施时，高填土路段引发路基过量沉降或不均匀沉降的可能性中等，危险性中等。
图2 基坑剖面示意图
③桥梁工程
评估区内桥梁工程一般采用桩基础，以⑤2层及以下工程地质性质良好的土层作桩端持力层，基桥梁工程本身产生的桩基过量沉降或不均匀沉降的可能性小，类比评估区内现状桥梁工况良好，未见桥基过量沉降或不均匀沉降，因此，桥梁工程引发桥基变形的可能性小，危险性小。
4.2.3基坑工程
基坑开挖对周围土层的扰动，卸载引起的土层位移，基坑降水等都会使支护结构产生侧向和竖向位移、坑低隆起以及坑外地面沉降等危害，从而引起周边道路、管线及建筑物地基的破坏。当基坑附近存在桩基时，桩基周土体向开挖方向的侧向移动将引起桩的弯矩和偏移，对桩基工程造成危害，从而对其上部结构安全造成影响。
评估区内可能开挖基坑的地段主要为区块Ⅰ-1及Ⅰ-2，由于浅部存在软土层，基坑开挖时可能引发基壁失稳、坑底隆起等灾害。根据对评估区基坑的现状调查，工程建设涉及基坑工程主要分布于Ⅰ-1区块和Ⅰ-2区块，Ⅰ-1区块一般为1-2层，深度5.0-10.0m，Ⅰ-2区块一般为1层，深度在5.0m左右。基坑开挖深度内涉及的地基土层主要有①0层松散状填土、①1层软可塑状的粉质粘土、②层流塑状淤泥质粉质粘土、③1层可塑状的粘土（见图2），上述①0～②层物理力学性质差，坑壁不易保持稳定，易产生失稳。另外，基坑降水若不进行合理的隔水措施，也可导致附近建筑地基的不均匀沉降，从而可能对附近的建筑物及地下管线等产生较大的危害。为此，预测评估区基坑地挖引发邻近地基变形的可能性中等，危险性中等。
综合上述分析，在评估区内进行建设时，设置地下室地段及道路工程的高填土路段工程建设引发地基变形的可能性中等，危险性中等；其余工程建设引发地基变形的可能性小，危险性小。
4.3工程建设引发河（塘）岸坡失稳的预测评估
4.3.1现状河（塘）岸坡
评估区不通航河道宽度多在10～30m，通航河道宽度多在40～70m，通航河道多己进行护岸措施，其它河道在城区、镇域、居民区及岸边有建筑的地段多已进行护岸措施（多为浆砌块石护岸，部分为混凝土板护岸、堆石护岸、堆砌混凝土块护岸等），其余地段一般为自然岸坡。
根据野外调查，评估区多数河道岸坡稳定，未见因堆载（主要为码头地段河岸）及建筑物荷载导致河岸明显失稳的现象；局部通航河道因波浪冲刷、动水压力作用等导致底部出现裂缝、石块缺损等现象，但其危险性小。根据工程地质类比法，只要控制河岸的过量堆载，并使建筑物与河道保持一定的安全距离，由河岸边坡失稳引发的地质灾害危险性小。
场地内水塘多为自然岸坡，局部塘岸已进行护岸，野外调查表明，评估区塘岸稳定性较好，未发现塘岸坍塌的现象。因此，根据工程地质类比法，只要控制水塘岸边的过量堆载，并使建筑物与塘岸保持一定的安全距离，由塘岸边坡失稳引发的地质灾害危险性小。
4.3.2新开挖河（塘）坡
评估区内部分地段可能需新开挖河道及景观水塘，开挖深度一般在1.0～3.0m，并对新开挖河道进行砌石护岸。根据评估区工程地质资料，评估区场地4m以浅土层主要为0.5～1.3m左右的表层耕（填）土、0.7～2.5m左右的①1层硬壳层粉质粘土及其下②层淤泥质粉质粘土，一般情况下开挖河道河床位于①1层硬壳层中，当河道开挖较深时，坡体土质可能存在②层淤泥质粉质粘土，其中①1层硬壳层局部地段可能存在粉土透镜体，当开挖河道边坡存在该层土时，容易产生流土现象，②层淤泥质粉质粘土土质软弱，灵敏度高，易受扰动，从而引发河岸坍塌，但只要对开挖河岸边坡及时地进行护岸措施，产生河岸坍塌的可能性小，其引发的地质危害危险性小。
4.4基坑开挖引发坑壁失稳、流土及坑底突涌的预测评估
4.4.1基坑开挖引发坑壁失稳
评估区内可能开挖基坑的地段主要为区块Ⅰ-1及Ⅰ-2，由于浅部存在软土层，基坑开挖时可能引发基壁失稳、坑底隆起等灾害。根据对评估区基坑的现状调查，工程建设涉及基坑工程主要分布于Ⅰ-1区块和Ⅰ-2区块，Ⅰ-1区块一般为1-2层，深度5.0-10.0m，Ⅰ-2区块一般为1层，深度在5.0m左右。基坑开挖深度内涉及的地基土层主要有①0层松散状填土、①1层软可塑状的粉质粘土、②层流塑状淤泥质粉质粘土、③1层可塑状的粘土，上述①0～②层物理力学性质差，在临空状态下极易产成剪切破坏。地下室基坑开挖在未采取支护措施的情况下，易引发坑壁失稳；另外基坑周边在受到堆载和动荷载等影响下，也可能导致基坑壁失稳。为此，预测评估地下室基坑开挖引发坑壁失稳的可能性中等，危险性中等。
4.4.2基坑开挖引发流土及坑底突涌
在评估区内开挖基坑时，当地下水的竖向渗流力大于土体的有效重度时，水力梯度将大于临界水力梯度，基坑坑壁或坑底的土将产生流土现象，一般粘性土由于粒间粘结力的存在，其临界水力梯度较大，粉土及砂土的临界水力梯度相对来说较小，当基坑坑壁及坑底存在粉土及砂土时，较容易产生流土现象。
对基坑开挖深度不大于5.0m的基坑，坑底与下部承压水之间距离较大，其上部土层自重压力一般大于承压含水层水压力，坑底产生突涌的可能性较小；对于开挖深度5-10m的地下室基坑，因开挖深度较大，需考虑坑底土层产生突涌的灾害，进行合理的降水措施。根据野外调查，未见应地下水作用而导致的基坑开挖引发流土及坑底突涌的现象，因此根据工程地质类比法，基坑开挖引发流土及坑底突涌的地质灾害危险性小。
根据上述分析，基坑开挖引发坑壁失稳的可能性中等，危险性中等；引发流土及坑底突涌的可能性小，危险性小。
5工程建设引发地质灾害危险性预测评估
现状评估和场区地质环境条件表明：评估区内破坏地质环境的人类工程活动一般，区内未见滑坡，崩塌、泥石流、地面塌陷、地裂缝等灾害，也没有上述地质灾害的记载。综上所述，区内现状地质灾害弱发育、危险性小，工程建设自身遭受上述地质灾害可能性小、地质灾害危险性小。工程建设可能遭受主要表现为遭受平原区区域性地面沉降的危险性。
本次估算采用《地质灾害危险性评估规范》（GB33/T881-2012）“式（3）”进行计算，在估算结果的基础上，对场地可能遭受平原区区域性地面沉降的危险性作出评估。
公式： 
式中： E ----地面沉降危险性指数
αi、βi----分别为控制地面沉降危险程度的i类因子分值和因素权重，可按下表3取值，其中地面沉降易发程度可按发布的地面沉降防治规划或按附录K进行划定。
表3 地面沉降易发区影响因素量化指标赋分及权值表
经估算，地面沉降危险性指数分值E=1.3，依据《地质灾害危险性评估规范》（GB33/T881-2012）中地面沉降危险性分级标准表（表4），结合现状评估，预测评估认为工程建设遭受平原区区域性地面沉降的可能性小，地质灾害危险性小。
表4 地面沉降危险性分级标准表
6结论
综上所述，评估区内可能引发或遭受的地质灾害包括：地面沉降；地基变形；河（塘）岸坡失稳；基坑壁失稳、流土、坑底突涌，可能遭受的地质灾害主要为地面沉降。对上述各灾害的危险性预测评估概括如下：
（1）工程建设填方引发地面沉降的可能性小，危险性小；
（2）建设工程设置地下室地段及道路工程的高填土路段工程建设引发地基变形的可能性中等，危险性中等；其余工程建设引发地基变形的可能性小，危险性小；
（3）工程建设引发河（塘）岸失稳的可能性小，危险性小；
（4）基坑开挖引发坑壁失稳的可能性中等，危险性中等；引发流土及坑底突涌的可能性小，危险性小；
（5）评估区内可能遭受地面沉降灾害的危险性小。
论文作者:黄小海
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/24
标签：危险性论文; 基坑论文; 地基论文; 区内论文; 工程建设论文; 地质灾害论文; 土层论文; 《基层建设》2019年第5期论文;