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基坑地质灾害危险性预测评估方法

2022-04-01 10:23:39 xueshulunwen 0

关键词:论文发表,期刊论文,职称论文,农业论文发表


    本文总结了深基坑潜在地质灾害的主要类型,对基坑崩塌、滑坡和地面沉降灾害的地质灾害预测评估方法进行了分析和阐述。

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    关键词:深基坑;地质灾害危险性评估;加权因素比较法;危害程度分区


  随着我国社会经济的发展和城市建设的加速,城市地下空间的利用越来越普遍,深基坑工程也越来越多、开挖深度也越来越大,对周边环境的影响越来越严重,深基坑可能产生的地质灾害问题也越来越受到人们的重视。本文对深基坑工程的主要地质灾害类型及成因机制、主要灾种的评估方法进行了归纳与总结。


  1深基坑工程的主要地质灾害类型


  通常深基坑是指开挖深度超过5m(含5m),或深度虽未超过5m,但地质条件和周围环境以及地下管线特别复杂的土方开挖、支护、降水工程。深基坑开挖容易引起基坑变形及坑壁坍塌、地下水渗透破坏、地下水位下降等现象,从而造成崩塌、滑坡、地面沉降等地质灾害。地质灾害危险性依据地质灾害危害程度和发育程度分为大、中、小三个级别(表1)。地质灾害危险性评估可采用工程类比法、层次分析法、加权因素比较法、相关分析法、模糊综合评判法、定量计算法等[1],评估结论可综合两种以上方法确定。


  2崩塌、滑坡灾害的预测评估


  2.1基坑崩塌、滑坡灾害的形成机理


  基坑开挖时,随着深度的增加,基坑侧壁的土压力呈指数级增大,当土压力接近于抗滑力或支挡结构的支挡力时,基坑壁会出现明显的侧向位移,当土压力超过抗滑力或支挡力时,基坑壁将产生失稳滑移,岩土质基坑顺向坡段开挖时,沿顺向结构面易产生整体的变形与滑移,其余如渗透破坏(流土、管涌)、基坑突涌等也会造成基坑的变形、失稳。


  2.2基坑潜在崩塌、滑坡评估方法


  本文推荐采用定量计算法结合加权因素比较法进行评估。2.2.1定量计算建立基坑的工程地质模型,采用极限平衡法对基坑各侧边坡的稳定性系数进行计算,评价基坑边坡的稳定性状态。基坑坡率根据放坡空间大致拟定,如不具备放坡空间,则应按照直立边坡来考虑。选择计算方法时,应根据基坑边坡潜在的破坏模式确定:均质土坡通常假设沿坡体内部滑动,滑动面近似于圆弧形;岩土混合质坡除内部滑动以外,还要验算沿土层基岩接触面的折线型滑动;岩质坡应结合结构面分析成果,对沿不利结构面或不利组合面滑动的可能性进行验算。2.2.2加权因素比较法以上定量计算方法未考虑基坑的支护结构,仅按放坡条件进行计算,在城镇地区,用地范围周边通常有道路、建筑等,放坡空间小,不考虑支护时的计算,绝大多数不稳定。实际上按工程常规,深基坑在开挖时都会进行支护,大部分基坑的支护措施是成功的,有少量的基坑即使进行了支护,还是会产生变形、沉降过大甚至崩塌、滑坡事故。基坑支护是否可靠与很多因素有关系,主要有技术风险、施工管理风险、环境风险[3]。在地灾评估阶段,往往基坑仅有一个大致的范围和概略的深度,因此对技术风险和施工管理方面的风险无法全面分析,根据基坑工程的经验,基坑深度大、坑壁岩土层差、水头高、周边环境复杂的基坑出现问题的可能性和概率较大,因此基坑边坡的地灾评估可以按照基坑的深度、地质条件及周边环境进行加权因素比较,概略评价基坑的风险及潜在的危险性(表2)。对于评价为发育程度强烈的基坑段,说明基坑支护的风险大,在今后的设计、施工中要特别小心和注意。除评价危害程度和危险性评级,评估报告应阐述潜在崩塌、滑坡灾害的主要影响因素和情况,分析变形破坏模式和最深一层潜在滑裂面的位置,以供后续设计、施工参考,如此评估成果才具有指导意义。


  3基坑开挖引发地面沉降的预测评估


  3.1基坑开挖引发地面沉降的原因


  龚晓南等人认为[4],基坑开挖引起的地面沉降可能由以下原因造成:(1)抽水、漏水引起的地基土体固结沉降;(2)围护结构水平位移或基坑底隆起造成的沉降;(3)基坑开挖引起砂、土流失引起的沉降,如:抽水引起的土、砂损失引起的沉降,砂、土从围护结构中挤出造成的沉降。围护结构水平位移和基坑底隆起引起的沉降一般较小,沉降量与支护结构型式关系密切,地灾评估阶段还无法合理评价这些沉降。砂、土损失造成的沉降有一部分可归结到崩塌、滑坡灾害范畴,另外一些是由于渗透破坏产生管涌、流土造成的沉降,由于未知条件太多,评估阶段也无法合理进行评价。基坑周边含水层失水引起的固结沉降发生较为普遍,是基坑周边地面沉降的主要部分,因此也是地灾评估的主要研究对象。


  3.2地面沉降预测分析


  3.2.1预测指标与分级标准。通过上节的分析,地灾评估主要研究方向是基坑降水、基坑漏水引起的固结沉降。按照评估规范的划分标准(表3),地面沉降的发育程度可按近5年平均沉降速率或累计沉降量进行评价。基坑开挖引起的地面沉降将发生于基坑施工期间,一般在一年以内,因此应采用累计沉降量评价其发育程度。3.2.2累计沉降量的计算公式。据《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)[5],可采用如下公式估算基坑降水或漏水引起的累计地面沉降:s=φw∑Δσ'ziΔhiEsi(1)式中:s―计算剖面的地层压缩变形量(m);φw—沉降计算经验系数,应根据地区工程经验取值;Δσzi'—降水引起的地面下第i层的平均附加有效应力;Δhi—第i层土的厚度(m);Esi—第i层土的压缩模量(kPa)。附加有效应力可按下列公式计算:(1)计算点位于初始地下水位以上时,Δσzi'=0。(2)计算点位于降水后水位与初始地下水位之间时,Δσzi'=γwz。(3)计算点位于降水后水位以下时,Δσzi=λiγwsi式中:γw─水的重度(kN/m3);a0─计算点至初始地下水位的垂直距离(m);si─计算点对应的地下水位降深(m);λi─计算系数。一般情况下,在评估过程中会做如下假设:(1)初始水位在钻孔平均水位的基础上,考虑水位变幅后确定;(2)水位从初始水位降落至坑底以下0.5m;(3)降落水位以下压缩层计算深度,原则上计算至低压缩层顶面或隔水层顶面,且一般不超过计算剖面处的降深值,降落水位以下的沉降量,一般要在计算值的基础上适当折减。3.2.3地面沉降危害性分区。地面沉降的范围取地下水降落漏斗的范围,当基坑含水层为潜水时,可按以下经验公式估算降落漏斗的半径R:R=2■sHk(2)式中:s—地下水位降深;k—土层渗透系数。基坑降水、漏水引起的地面沉降是面积性灾害,越靠近降水井或基坑壁,水位下降幅度越大,沉降也最严重,反之沉降较为轻微。在基坑各侧选择若干计算剖面,计算各断面处的最终沉降量,连成曲线(图2),按表3的判断标准,找出300mm、800mm的界限点,即可进行危害程度分区(图2)。统计出危害区的危害对象,确定潜在灾害的危险性(表1)。


  4结语


  本文对基坑开挖可能引发的地质灾害类型、危险性评估方法,作了全面、系统地阐述,在常规方法的基础上,提出了基坑潜在崩塌、滑坡危害程度评估的加权因素比较法,提出了基坑潜在地面沉降危害程度的分区方法。本文提出的方法是在现行技术规范、技术标准的基础上结合工程实践所制定的,十分便于评估工作应用,成果也较为客观。从严格意义上来说,实际基坑工程中变形与渗流问题非常复杂,影响因素非常多,如何在前期全面、客观地评估基坑工程潜在地质灾害的危害程度及危险性,是今后需要不断完善和不断深入探讨的问题。


  参考文献:


  [1]广东省地质灾害防治协会.广东省地质灾害危险性评估实施细则(2016年修订版)[S],2016-5.


  [2]中华人民共和国地质矿产部.地质灾害危险性评估规范(DZ/T0286-2015)[S].北京:地质出版社,2015.


  [3]宋瑞柯.深基坑工程施工风险分析及控制策略[J].防护工程,2017(9):110-115.


  [4]龚晓南,高有潮等.深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1998:20.


  [5]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基坑支护技术规程(JGJ120-2012)[S].北京:中国建筑工业出版社,2011.


  作者:王平 李志波


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