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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(xiǎn)性評估技術(shù),對項(xiàng)目進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估,并提出了防治措施。
關(guān)鍵詞:地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評估;地質(zhì)環(huán)境
1.工程概況
該項(xiàng)目為內(nèi)港擋潮閘項(xiàng)目,工程組成包括泄水閘、通航孔、泵站以及根據(jù)航運(yùn)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(xiàng)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(jià)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?dú)庀笏臑?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(shí)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(yùn)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(qiáng)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(jià)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(yàn)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(xiǎn)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(xiǎn)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(xiàng)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(shí)施工圍堰邊坡)。計(jì)算方法按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范GB50286-98》中5.3.2.3節(jié)穩(wěn)定滲流期計(jì)算方法,采用瑞典條分法計(jì)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(shí)施。穩(wěn)定滲流期安全系數(shù)(有效應(yīng)力法)計(jì)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(jì)算;Z——堤坡外水位高出條塊底面中點(diǎn)的距離(m);Z'——浸潤線到條塊底面中點(diǎn)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(diǎn)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(qiáng)度指標(biāo)。計(jì)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(xiǎn)性中等。(2)壩體基坑挖方臨時(shí)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(jì)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(xiǎn)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(xiǎn)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(jì)規(guī)范》(SL265-2001)中式8.3.2進(jìn)行計(jì)算,水閘土質(zhì)地基沉降可只計(jì)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(jiān)實(shí)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(jì)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(jiān)實(shí)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(shí)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(diǎn)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(shí)的附加應(yīng)力系數(shù);m—附加應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)距z軸的水平距離與基底面寬度比;n—附加應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)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(shí)工程的地面沉降計(jì)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(xiǎn)性為中等;圍堰地面沉降發(fā)育的程度為強(qiáng),但其為臨時(shí)工程,且處理難度較小,并有效、可行,故危害性和危險(xiǎn)性為中等??傮w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(xiǎn)性中等,危害性中等。
5.地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性綜合分區(qū)評估
根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性分區(qū)原則,評估區(qū)劃分出地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性大區(qū)(Ⅰ)1個和危險(xiǎn)性中區(qū)(Ⅱ)1個。其中,危險(xiǎn)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(xiǎn)性中區(qū)(Ⅱ)為除了危險(xiǎn)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(xiǎn)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(jì)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(jì)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(xiàng)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(shí)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(yàn)、檢測,經(jīng)證實(shí)并取得合理設(shè)計(jì)參數(shù)后方正式設(shè)計(jì)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(yùn)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(diǎn)進(jìn)行定時(shí)或不定時(shí)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(xiǎn)性分區(qū)及地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性防治分級,擬建場地位于危險(xiǎn)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(fèi)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(jì),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(shí)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(shí)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(shí)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(yùn)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(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)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(xiǎn)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(xiǎn)性評估實(shí)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(shí)施細(xì)則》,2006,4.
作者:于波 單位:廣東省環(huán)境地質(zhì)勘查院