浅析工程建设引发的地质灾害预防措施

摘 要：工程建设引发的地质灾害属于人为地质灾害，灾害的形式常表现为坑壁崩塌、边坡失稳、地面塌陷等，产生的原因多为地基处理不当或基坑工程施工不当。本文介绍了常见的地基处理方法、基坑支护方法和基坑开挖注意事项。

关键词：工程建设 地质灾害 地质灾害预防

中图分类号：TP315 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（c）-0043-02

随着土地资源日趋紧张，大城市开发利用地下空间已成为必然趋势，地下车库、地下商城、地下通道、地下铁路、各种地下设施将会越来越多，地基处理问题也会非常突出，处理不当容易产生地质环境问题，引发突发性的地质灾害。2004年3月1日起施行的《地质灾害防治条例》明确指出，地质灾害是指自然因素或者人为活动引发的危害人民生命和财产安全的山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等与地质作用有关的灾害。地质灾害防治工作，应当坚持预防为主、避让与治理相结合和全面规划、突出重点的原则。因工程建设等人为活动引发的地质灾害的治理费用，按照谁引发、谁治理的原则由责任单位承担。

1 特殊地质构造列举

我国地域辽阔，从东到西距离约5200 km，从南到北约5500 km；最高的高原是青藏高原，平均海拔4000多米；最低的盆地是新疆东部天山脚下的吐鲁番盆地，面积约5万平方公里，其中低于海平面的陆地和水面就有4050平方公里，位于“盆底”的艾丁湖，湖面低于海平面154 m。在全国约960万平方公里的陆地面积中，山地占33%，高原26%，盆地19%，平原12%，丘陵10%。地理位置的差异不但造成气候变化悬殊，而且地质构造千差万别，因此，在地下工程建设遇到地质问题时，要具体问题具体分析，制定出切实可行的解决方案，稍有不慎可能导致严重后果。

例如，上海市地处长江三角洲东缘，系江、河、湖、海动力作用条件下形成的堆积平原，上海地下空间的开发利用，主要集中在地表以下50 m的范围内，该区段内地层主要是软弱的黏性土和饱和的砂性土，这种特殊的地质条件在工程建设中易引发地面沉降、砂土液化、边坡失稳、地下水引起的基坑突涌及软土地基变形等地质灾害。

再如，位于四川盆地西部的成都平原，是中国西南地区最大平原和河网稠密地区之一。成都平原发育在东北—西南向的向斜构造基础上，由发源于川西北高原的岷江、沱江（绵远河、石亭江、湔江）及其支流等八条主要河流所堆积形成的洪积、冲积扇联合而成。平原上地势低洼的古河道地区，地下水位高，土壤冷湿，土层中多存在淤泥、淤泥质土和冲填土等饱和黏性土等软弱下卧层，常见的地质灾害大体上分为滑坡、崩塌、地面塌陷、地面沉降等。

再如，西安市位于黄河流域中游，关中平原中部，其地貌南起秦岭北至渭河主要划分为五个分区：秦岭山地、山前洪积平原区、黄土塬区、洪积湖积台地区和渭河阶地区。主城区主要位于洪积湖积台地区，其地质主要存在三方面的问题：地裂缝、饱和软黄土和黄土湿陷。地裂缝是过量开采承压水，产生不均匀地面沉降条件，在地表形成的破裂。饱和软黄土也是西安城区内的一个主要工程地质问题，主要发生在西安市东郊附近，由于兴庆湖渗漏潜水位上升使第四系上更新统风积黄土侵入水中形成的，其工程性质很差。综上，西安市的地质灾害类型主要为地面塌陷、地裂缝等，地面塌陷的成因为地下水位下降、黄土湿陷等。

2 地质灾害的形成原因

地质灾害都是在一定的动力诱发下发生的，诱发动力有自然的，也有人为的，有时是二者协同作用的结果。因此，地质灾害在成因上具备自然演化和人为诱发的双重性，它既是自然灾害的组成部分，同时也属于人为灾害的范畴。由气温、降雨、融雪、雷电、风暴、火山、地震等因素诱发的称为自然地质灾害；由工程开挖、堆载、爆破、弃土、毁山造田、毁坏植被、过量开采地下水等引发的称为人为地质灾害。自然地质灾害是因地质作用而形成，发生的时间、地点、规模，不受或基本不受人类活动的控制；人为地质灾害是因工程建设和其他人类活动引发的，其发生、发展是可以预防和控制的。据统计人为因素引发的地质灾害占到全部地质灾害的50%以上，因此，要认真研究，并加以控制。

3 基础工程引发的地基灾害的预防

基础工程引发的地基灾害属于认为地基灾害，常见表现形式为边坡失稳、地面沉降、砂土液化等。因此，要从地基处理、基坑开挖入手做好每一步工作。

3.1 常见的软土地基处理方法及适用条件

（1）换填垫层法。用足够厚度的垫层置换可能发生剪切破坏的软土层，以使垫层下部的软弱下卧层满足承载力要求。垫层材料通常为：砂石、粉质粘土、灰土、无害工业废渣等，小型建筑和构筑物也可采用粉煤灰和矿渣作为垫层材料。适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。

（2）预压法。在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中的空隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。包括砂井堆载预压法、天然地基堆载预压法和真空预压法等，适用于处理淤泥、淤泥质土和冲填土等饱和黏性土地基。

（3）强夯法。在极短时间内对地基体施加一个巨大的冲击能量，这种突然释放的巨大能量使土体发生一系列的物理变化，使一定范围内土体空隙挤密，地基强度提高。适合处理碎石、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。

（4）强夯置换法。利用强夯能将碎石、矿渣等物理力学性能较好的粗料强行夯入地基中，在地基中形成碎石墩，由碎石墩、墩间土和碎石垫层形成复合地基，以提高承载力、减少沉降。适于处理人工填土、砂土、黏性土、黄土和淤泥及淤泥质土等地基。

（5）挤密法。利用成孔时的侧向挤压作用，使桩间土得以挤密，随后将桩孔用填料分层夯填密实。包括灰土挤密桩法、土挤密桩法、砂石挤密桩法等。灰土（土）挤密桩法适应于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基；砂石桩用于处理松散砂土、粉土、黏性土、素填土及杂填土地基。

（6）水泥粉煤灰碎石桩法（简称CFG桩）。由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌和，用成桩机具制成的高黏结强度桩。适用于处理黏土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基，对承载力较高但变形不能满足要求的地基，也可采用水泥粉煤灰碎石桩法以减少地基变形。

（7）高压喷射注浆法。利用钻机将带有喷嘴的注浆管送入预定土层深度，通过高压设备使浆液以高压流从喷嘴中射出，高压流冲击破坏土体，使浆液与土体搅拌混合，待浆液凝固后便在土中形成固结体。喷射注浆的主要材料为水泥，水泥浆的水灰比通常取1.0。用于处理淤泥、淤泥质土、流塑、软塑或可塑黏性土、粉土、砂土、黄土、素填土和碎石土等地基效果良好。

地基处理通常采用建筑场地所在地区常用的且技术成熟的处理方法，新方法用于无工程经验的地区时，必须通过现场试验确定其适用性。

3.2 基坑支护方法及开挖主要事项

（1）基坑支护方法及适用条件。

1）排桩。排桩是以某种桩型按队列式布置组成的基坑支护结构。最常用的桩型是灌注桩、预制桩、板桩等类型，此外还有工字钢桩或H型钢桩。排桩支护结构具有结构刚度大，抗弯强度高、变形相对较小，安全度好，设备简单，施工方便，需要工作场地不大，施工噪声低、振动小等优点，但一次性投资较大，采用灌注桩，预制桩作支护，不能回收利用。

适用条件：①适于基坑侧壁安全等级一、二、三级；②悬臂式结构在软土场地中不宜大于5 m；③当地下水位高于基坑底面时，宜采用降水、排桩加截水帷幕。

2）地下连续墙。地下连续墙是用机械施工方法成槽浇灌钢筋混凝土形成的地下墙体，用于支承建筑物荷载、截水防渗或挡土支护。地下连续墙施工振动小、噪声低，对周围地基扰动小；墙体刚度大 耐久性好，防渗性能好。但工程造价高，在城市施工废泥浆处理麻烦，易造成新的污染。

适用条件：①适于基坑侧壁安全等级一、二、三级；②适于各种土层，但最适合软弱地基或沙土地基；③基坑深度大于10 m；④周围有密集建筑物或重要地下管线，对周围地面沉降和建筑物沉降要求需严格控制时宜采用；⑤可作为主体结构或结构基础的一部分，对抗渗有较严格要求时宜采用；⑥采用逆作法施工，地上和地下同步施工时宜采用。

3）水泥土桩墙。水泥土桩墙是用水泥土桩相互搭接形成的格栅状、壁状等形式的重力式结构。水泥土墙有深层搅拌水泥土桩墙、高压旋喷桩墙等类型。水泥土桩墙造价低、挡水性好、对周围建筑及地下管线影响小，施工振动小、噪声低，对土体扰动小、无排污。

适用条件：①基坑侧壁安全等级宜为二、三级；②水泥土桩施工范围内地基土承载力不宜大于150 kPa；③基坑深度不宜大于6 m。

4）土钉墙。土钉墙是由土钉群、被加固的原位土体、钢筋网混凝土面层等构成的基坑支护体系。土钉是通过钻孔、插筋、注浆来设置的，一般称砂浆锚杆，也可以直接打入角钢、粗钢筋形成土钉。土钉墙的做法与矿山加固坑道用的喷锚网加固岩体的做法类似，故也称为喷锚网加固边坡或喷锚网挡墙。土钉墙墙面坡度不宜大于1∶0.2。

适用条件：①基坑侧壁安全等级宜为二、三级的非软土场地；②基坑深度不宜大于12 m；③当地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。

5）逆作拱墙。逆作拱墙结构是将基坑开挖成圆形、椭圆形等弧形平面，并沿基坑侧壁分层逆作钢筋混凝土拱墙，利用拱的作用将垂直于墙体的土压力转化为拱墙内的切向力，以充分利用墙体混凝土的受压强度。

适用条件：①基坑侧壁安全等级宜为三级；②淤泥和淤泥质土场地不宜采用；③拱墙轴线的矢跨比不宜小于1/8；④基坑深度不宜大于12 m；⑤地下水位高于基坑底面时，应采取降水或截水措施。

6）放坡开挖。通过选择并确定安全合理的基坑边坡坡度，使基坑开挖后的土体在无加固及无支撑的条件下，依靠土体自身的强度获得稳定的边坡并维持基坑的稳定状态。放坡开挖放坡开挖是基坑开挖常用的一种形式，适用于硬质、可塑性黏土和良好的砂性土，周围场地开阔，并且无重要建筑物。

适用条件：①基坑侧壁安全等级宜为三级；②施工现场应满足放坡条件；③当地下水位高与坡脚时，应采取降水措施。

（2）基坑开挖注意事项。

①基坑开挖应根据支护结构设计、降排水要求，确定开挖方案。支撑结构的施工与拆除顺序，应与支护结构的设计工况相一致，必须遵循先撑后挖的原则，应尽量缩短基坑无支撑暴露时间。

开挖深度不超过3 m的基坑且当场地条件允许，并经验算能保证土坡稳定性时，可采用放坡开挖；开挖深度超过3 m的基坑，有条件采用放坡开挖时设置多级平台分层开挖，每级平台的宽度不宜小于1.5 m；

②基坑边界周围地面应设排水沟，且应避免漏水、渗水进入坑内；放坡开挖时，应对坡顶、坡面、坡脚采取降排水措施。

③基坑土方开挖应严格按设计要求进行，不得超挖。土方开挖完成后应立即施工垫层，对基坑进行封闭，防止水浸和暴露，并应及时进行地下结构施工。采用机械挖土，坑底应保留200～300 mm厚基土，用人工平整，并防止坑底土体扰动。

④基坑周边堆载不得超过设计规定。

⑤软土基坑必须分层均衡开挖，层高不宜超过1m。

⑥基坑开挖过程中，应采取措施防止挖土机械碰撞支护结构、井点管、工程桩或扰动基底原状土。除设计允许外，挖土机械和车辆不得直接在支撑上行走操作。

⑦发生异常情况时，应立即停止挖土，查清原因并采取措施后，方能继续挖土。

⑧对面积较大的一级基坑，土方宜采用分块、分区对称开挖和分区安装支撑的施工方法。

⑨基坑中有局部加深的电梯井、水池等，土方开挖前应对其边坡做必要的加固处理。

⑩地下结构工程施工过程中应及时进行夯实回填土施工。

4 结语

工程建筑引发的地质灾害主要有坑壁崩塌、边坡失稳、坑道突水突泥、地面塌陷等，具有突发性特点，由于突发性地质灾害发生突然，前兆现象一般不明显，常使人猝不及防，造成严重的破坏，因此，预防就显得特别重要。必须建立风险管理机制，把勘察、设计、施工、监测一体化管理作为防灾的主要措施。

参考文献

[1]邓中亚.软土地基房屋地基处理及基础设计要点[J].建筑与文化，2012（8）.

[2]JGJ120—2012建筑基坑支护技术规程[S].中国建筑工业出版社，2012，9.