基坑地质灾害危险性预测评估方法浅析

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摘要: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。

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 单位:深圳市工勘岩土集团有限公司