某与地铁相连深大基坑项目地质灾害危险性评估

阚二林

(上海申元岩土工程有限公司，上海 200040)

1 工程概况

拟建场地位于上海市徐汇区，工程为地下3层～4层大基坑底板上建筑4幢9层主楼，南侧与拟建地铁12号线出入口连通。占地面积为25 344.7 m2，地上建筑面积77 135 m2，地下建筑面积70 605 m2。本工程基坑长为250m，宽为84 m，开挖深度为16.5 m，18.5 m，属一级基坑。评估范围按用地红线外扩约500 m，本次评估面积确定为136.53万m2;鉴于工程可能涉及的地质灾害具有一定的发育范围，故从其分布发育区加以考察，如地面沉降重点从评估区所在的徐汇区进行分析。

2 地质环境特征

2.1 地质环境条件

评估区域地形较平坦，地貌单元属上海四大地貌类型中的滨海平原类型。位于亚热带季风气候区，属于北亚热带海洋型季风气候。评估区附近区域水系特征为平原河网感潮区，属太湖流域黄浦江水系，主要为蒲汇塘，河宽约24 m，河底标高约为－1.1 m，与黄浦江连通，有水闸控制水位。据上海地区多个水文站资料推算，黄浦江在评估区附近千年一遇高潮位5.87m，最低潮位0.39 m，平均高潮位3.02 m，平均低潮位1.41 m。

本区大地构造单元属于扬子准地台浙西—皖南台褶带和下扬子台褶带的北东延伸部分，评估区内无断裂穿过，附近分布有龙华—青浦断裂、梅陇—邓镇断裂、丰庄—静安寺断裂、愚园—动物园断裂等。根据地球物理勘查成果资料及以往的研究成果，以上断裂在全新世以来均无活动迹象，因而对本工程建设无影响。评估区基岩埋藏深度为220 m～240 m之间，评估区及附近基岩主要为侏罗系上统黄尖组火山岩，评估区外东西两侧分布有燕山晚期花岗岩。根据国家标准GB 50011-2001建筑抗震设计规范及上海市工程建设规范DGJ 08-9-2003建筑抗震设计规程，拟建场地地基土为软弱土并且场地覆盖层厚度大于80 m，本建筑场地属Ⅳ类场地，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第一组，拟建场地为对建筑抗震不利地段。

评估区自新近纪以来属缓慢沉降地区，第四系发育，为粘性土与砂性土交互的碎屑沉积物，厚200 m～240 m，由下而上具明显韵律性变化规律。下部，埋深约150 m以下至基岩，属早更新世及上新世陆相沉积物;上部，即埋深约150 m以上至地表，属于中更新世至全新世海陆交替以海相渐占优势环境下的沉积物。其中，全新世的软土层在外力作用下极易产生变形或剪切破坏，晚更新世以来沉积的粉土层和砂土层易形成流砂和水土突涌，是影响基坑安全的主要地基土层。评估区土层分布见图1。

图1 工程地质剖面图Ⅰ—Ⅰ′

2.2 现状地质灾害及潜在灾害类型

根据上海市工程建设规范DGJ 08-2007建设项目地质灾害危险性评估技术规程，结合国土资源部地质灾害危险性评估技术要求及上海地质环境条件和工程建设实践，把地基变形、边坡失稳、砂土液化、地面沉降、水土突涌、岸带冲淤、浅层天然气害、水土污染作为上海地区主要的地质灾害类型。

评估区内微承压含水层和第Ⅰ承压含水层发育，对工程施工影响较大;本工程基坑最大开挖深度18.5 m，应考虑基坑边坡失稳问题;同时评估区微承压含水层(第⑤2层)，第Ⅰ(第⑦层)，Ⅱ(第⑨层)承压含水层发育，应考虑水土突涌问题;评估区内有浦汇塘，有河岸边坡问题;周边环境复杂，应考虑地基变形问题;评估区及附近区域地面沉降现象也已存在，对本工程建设有一定的不良影响。因此，确定边坡失稳、地基变形、水土突涌、地面沉降为本次评估的灾种。

3 地质灾害危险性预测

3.1 工程建设引发或加剧地质灾害的危险性预测

3.1.1 边坡失稳

本工程建设引发或加剧边坡失稳主要是场地内基坑边坡失稳问题和场地西侧蒲汇塘的河岸边坡失稳问题。

本工程基坑最大开挖深度达18.5 m，在此开挖深度范围内土质条件差，揭遇的土层主要有填土、褐黄～灰黄色粉质粘土、灰色淤泥质粉质粘土夹薄层粉性土、灰色淤泥质粘土、灰色粘土、灰色粉质粘土。评估区内承压含水层较浅，若施工时未采取相应的降水措施，或降水措施不当，或坑内勘探孔封孔不当，都有因水土突涌而发生基坑边坡失稳的可能性。此外，基坑施工时的开挖方法、基坑积水、地面超载、震动荷载及周围大量车辆运行等均对基坑边坡失稳产生一定影响。拟建场地紧邻河岸，工程施工过程中不可避免的会有建筑材料堆放于场地附近，另外，基坑开挖取土也可能堆放在场地附近，如堆放距离距河岸较近，则有引发其河岸边坡失稳的可能。

综合本工程建设引发河岸边坡失稳的可能性、边坡失稳的危害程度及造成损失的大小，确定本工程建设引发基坑边坡失稳危险性级别为中等，引发河岸边坡失稳危险性级别为中等。

3.1.2 地基变形

结合本工程建设性质及上海地区类似工程经验，拟建建筑均采用桩基，桩基的沉降量与上部结构、桩基持力层与压缩层土性、桩型的选择及施工工艺等因素密切相关。由于单桩荷重较大，如桩基持力层与压缩层选择不当，则难以满足沉降控制要求。由于本工程周边环境复杂，一般可采用钻孔灌注桩。该施工工艺较成熟，但如果灌注桩遇到砂性土或粉性土，若成孔施工工艺和泥浆护壁措施不当而发生塌孔，也会引发一定的地基变形，单桩承载力达不到设计要求或离散性大，桩底沉淤过大会导致桩基沉降量或差异沉降量偏大。

由于本工程开挖深度范围内以软粘性土为主，坑底位于第⑤1b层粘性土层属中压缩性土，基坑开挖破坏了原土体应力平衡，在基坑外侧地基土、地下水压力下，围护结构将发生一定程度的变形，且围护结构的变形及引发邻近范围地基土下沉、位移受施工时多种因素影响，如围护结构支撑体系的预应力大小及施加的及时程度、支撑的施工方法和安装质量、坑内土体性能的改善、基坑开挖方法、施工周期及无支撑暴露时间、地面荷载和振动效应、围护结构的防渗效果等，任一因素处理不当均可加大本工程围护结构的变形及基坑外侧地基土的下沉、位移，从而对邻近环境造成影响，甚至破坏。

综合本工程建设引发地基变形的可能性、地基变形危害程度及对周围环境的影响，确定本工程建设引发地基变形危险性级别为中等。

3.1.3 水土突涌

根据上海市工程建设规范DGJ 08-37-2002岩土工程勘察规范，对深基坑工程进行评估基坑突涌的可能性时，基坑开挖后坑内地基土抗承压水头的稳定性应满足:

其中，Pcz为坑底开挖面以下至承压含水层顶板间覆盖土的自重压力，kPa;Pwy为承压水压力，kPa。地基土重度取实测值，水重度取10.0 kN/m3，评估区附近承压含水层水位埋深取3.0 m(上海市最不利水位)，⑤2层承压含水层顶界埋深28.5 m(参考C1孔)，⑦层承压含水层顶界埋深42.3 m(参考C1孔，按⑤3层能起到隔水作用)，在不降承压水的条件下，按基坑开挖深度18.5 m:

⑤2层:Pcz/Pwy=(10 ×18.2)/［(28.5 －3.0)×10.0］=0.71 ＜1.05。

⑦层:Pcz/Pwy=(10 ×18.2+5.3 ×18.4+8.5 ×17.9)/［(42.3 －3.0)×10.0］=1.10 ＞1.05。

考虑到⑤3层普遍夹砂质粉土薄层，渗透系数较大，若因该层的透水性能较好，使得⑤2层和⑦层发生较密切水力联系，则⑦层也存在发生水土突涌的可能。即本工程基坑开挖时若未采取相应的降水措施，⑤2层将可能发生水土突涌(若⑤3层起不到隔水作用，则⑦层也存在发生水土突涌的可能);此外，勘探孔、送桩孔、降水孔若未封孔或封孔质量达不到相关要求，基坑开挖时承压水从孔中涌入基坑内部，亦有造成水土突涌事故的可能性。由于评估区承压水水位埋深较浅，本工程基坑开挖深度大，若发生基坑突涌，不仅会影响基坑施工安全，而且可能影响到上部结构及周边其他建(构)筑物、道路、管线等，严重时造成人民生命财产损失。

综合本工程建设引发基坑水土突涌的可能性、水土突涌危害程度及对周围环境的影响，确定本工程建设引发水土突涌危险性级别为中等。

3.1.4 地面沉降

评估区第Ⅰ，Ⅱ承压含水层较为发育，且相互沟通，埋深较浅，对基坑安全施工影响较大，基坑开挖时需降承压水。由于工程降水，评估区及附近一定区域地下水水位下降，从而会对评估区附近地面沉降造成影响。而本工程设计时一般采用了地下连续墙围护后进行坑内降水，围护结构会有较好的隔水作用，因此本工程降水对周围环境的影响较小。

综上，本工程基坑降水有引发一定范围、一定程度地面沉降的可能性，但引发或加剧地面沉降的危险性小。

3.2 工程本身遭受地质灾害的危险性预测

3.2.1 边坡失稳

与本工程同时施工的本工程南侧的轨道交通12号线路为地下线路，其车站基坑开挖深度和面积大(长宽净尺寸150m×22.8m，站台长度中心线埋深约28.58 m)，在本工程基坑开挖深度内，坑底土一般位于软土层中，软土抗剪强度低、具有较明显的触变性和流变性，在基坑工程施工过程中，在震动和坑边堆土等上部荷载作用下，易产生侧向变形、基坑周围地面沉降及坑底隆起等现象，导致基坑和支护结构变形，严重时会因软土剪切破坏而导致边坡失稳。

12号线路地下区间隧道穿越蒲汇塘，此河道在自然情况下发生岸坡坍塌、滑塌的可能性不大。但本工程施工穿越以上河道时采用盾构法施工，由于盾构施工的振动作用等因素，亦有引发该以上河道发生边坡失稳的可能性，并可能会对邻近一定范围的环境条件造成不良影响。

根据工程建设本身遭受边坡失稳的可能性及其危害程度，并结合工程经验确定工程建设本身遭受边坡失稳的危险性级别为中等。

3.2.2 地基变形

本工程基坑开挖涉及厚层软弱粘性土，在水土压力作用下，本工程基坑有遭受地基变形的可能性。如果围护、止水不当，发生边坡失稳，将引发较大地基变形，将对本工程产生较大的影响。

本工程东西两侧基坑埋深不同，有部分区域地下室上部无建筑，地下室底板荷载存在差异，将有产生较大差异地基变形的可能，过大的差异变形将引起上部结构和基础底板受力不均，严重时可能导致楼房倾斜和底板开裂。

轨道交通12号线路为地下线路，在地下区间段隧道盾构施工和车站基坑开挖施工中，由于开挖土体卸荷回弹，建设时又加载压缩，使原状土体破坏，容易产生地基变形，且开挖大部分穿过表土层，基础直接施力于软土层上，如果对工程影响范围内的软土改良和加固不当，也容易产生较大的地基变形和差异变形。工程建成后，在动荷载作用下会加大隧道及车站的附加沉降，尤其在软土层厚薄交界地带易形成不均匀沉降;工程建成后，在长期的动荷载作用下，因粘性土与砂性土的变形程度有一定差异，从而导致工程沿线有一定的不均匀沉降的产生。由于工程沿线地质环境条件复杂，地基变形可能会对邻近建筑物、道路及地下管线等造成一定的不良影响。根据工程建设本身遭受地基变形的可能性及其危害程度，并结合工程经验确定工程建设本身遭受地基变形的危险性级别为中等。

3.2.3 水土突涌

前述分析表明，拟建场地内承压水对本工程建设有一定影响，基坑施工时若降水措施不当或勘探孔、送桩孔、降水孔封孔质量不合格，在承压水作用下有发生水土突涌，从而致使本工程有遭受水土突涌危害的可能;水土突涌导致基坑底部及周边一定范围的砂土迅速、大量流失，不仅可能造成本工程自身的基坑底板、地基土层破坏及发生边坡失稳，亦会对周边一定范围的建筑物基础产生危害。轨道交通12号线路漕宝路车站基坑中心线埋深约28.58 m，与第⑤2层和第⑦层顶板较近，工程施工时有引发流砂及水土突涌的可能性，因而在施工中应采取相应的降水、排水及施工围护、地基处理措施，并加强监测，防止水土突涌的发生，进而影响本工程建设。根据工程建设本身遭受水土突涌的可能性及其危害程度，并结合工程经验确定工程建设本身遭受水土突涌的危险性级别为中等。

3.2.4 地面沉降

近年来由于评估区附近大规模工程建设及区域历史地下水开采影响，评估区地面沉降量可能稍大，以后随着区域性地下水开采的进一步压缩及大规模工程建设的完成，评估区地面沉降将逐渐缓和。本工程运营期间遭受地面沉降影响小。

此外，本工程由于开挖深度、范围大，深基坑的支护结构产生较大位移和变形，从而导致基坑周围地面明显沉降的可能性。但由于设计将采取措施，在深基坑开挖时考虑时空效应，严格控制地表沉降和地下连续墙的变形，因此其地面沉降效应一般能控制在设计容许范围内。

地铁区间段隧道盾构推进时，由于对土体的挤压，会产生超孔隙水，并造成局部地面隆起，但盾构通过土体后，由于土体应力松弛和孔隙水压力消散，一般会在沿盾构轴线方向造成一定的沉降带，因此盾构施工过程中有引发隧道上方一定范围地面沉降的可能性。当采取适当措施后，能有效降低盾构施工对周围环境的影响，减小施工过程中隧道上方的地面沉降效应。隧道建成运营后，隧道本身作用于土体的附加荷载小，因此一般不存在土层排水固结引发地面沉降问题。但根据工程地质资料，大部分隧道埋设在软土层中，由于软土具有流变性特征，工程建设将改变浅部土的应力状态，成为引发软土流变的因素，并可能产生一定的次固结沉降，加大隧道的变形量，从而引发隧道上方地面沉降。

故确定工程建设本身遭受地面沉降的危险性级别小。

综合以上本工程建设引发或加剧地质灾害的可能性和工程建设本身遭受地质灾害的发育情况、危害程度，结合本工程特点及周围环境条件，确定评估区地质灾害危险性级别为中等;防治工程难度较大，但效果良好;当采取了有效的地质灾害防治措施与工程技术措施后，可避免或减轻地质灾害的危害;拟建场地属稳定场地，基本适宜本工程的建设。

4 地质灾害防治措施

地质灾害防治应贯彻“以防为主，防治结合”的原则，在设计和施工过程中建立和健全地质灾害防治和应急救援体系，加强管理和控制，以人为本，安全第一，才是预防轨道交通遭受地质灾害的重要保证。针对工程特点及所处区域地质灾害的发育特征，提出评估区地质灾害防治对策及措施(见表1)。

表1 评估区地质灾害防治措施

5 结语

根据评估区及其所处区域地质环境条件基本特征和地质灾害危险性评估，结合建设项目的工程特点，得出如下结论:

1)评估区无活动断裂分布，抗震设防烈度为7度，地质环境条件复杂程度为复杂，拟建工程为重要建设项目，地质灾害危险性评估等级为一级。2)本次评估的地质灾害灾种为边坡失稳、地基变形、水土突涌、地面沉降。3)根据拟建工程特点，结合评估区内的地质环境条件、地质灾害现状及危险性评估结果综合确定评估区地质灾害危险性级别为中等;防治工程难度较大，但效果良好;当采取有效的地质灾害防治措施与工程技术措施后，可避免或减轻地质灾害的危害;拟建场地属稳定场地，基本适宜本工程的建设。

［1］DGJ 08-2007-2006，建设项目地质灾害危险性评估技术规程［S］.

［2］GB 50011-2001，建筑抗震设计规范(2008版)［S］.

［3］DGJ 08-9-2003，建筑抗震设计规程［S］.

［4］DGJ 08-37-2002，岩土工程勘察规范［S］.

［5］上海市地质调查研究院.上海市环境地质调查报告(1∶20万)［R］.1999.

［6］上海市地质调查研究院.上海市区域水文地质调查报告［R］.1999.

［7］上海市地质调查研究院.上海市基岩地质图(1∶25万)［Z］.2007.

［8］上海市地质调查研究院.上海城市地面沉降对规划制定与实施管理的影响研究［Z］.2001.

［9］上海地矿工程勘察有限公司.轨道交通12号线岩土工程初步勘察报告［R］.2006.

［10］上海光华勘测设计院有限公司.解放军八五医院经济用住房岩土工程勘察报告［R］.2006.

［11］上海申元岩土工程有限公司.上海无线电十九厂工程地质勘察报告［R］.1984.

［12］朱志刚，刘衡秋，陈国华.北京轨道交通工程地质灾害危险性预测评估——以昌平线(S2线)为例［J］.中国安全科学学报，2009，19(9):109-114.