地质灾害、工程质量事故原因

突发性城市地质灾害及灾害原因分析突发性城市地质灾害及灾害原因分析 深圳市勘察测绘院 深圳 摘摘 要 要 针对深圳市城市地质灾害及触发 诱发灾害的原因进行了综合分析并提 出了几项预防措施 关键词 关键词 边坡 城市地质灾害 预防措施 中图分类号 中图分类号 文献标识码 文献标识码 1 1 城市地质灾害概述城市地质灾害概述 城市地质灾害是城市地质工作的重要研究领域 在城市人口密集 人类活动 人工 地下水库 地下采矿 大规模地表开采 高压流体注入来进行地热开采 采油 地下 爆炸等 是引起地质灾害的重要诱发因素 导致城市出现滑坡 坡地不稳定 沟壑侵蚀 海岸侵蚀 洪水地下水污染 建筑物破坏等现象 急需在城市规划中应用地质知识进 行城市地质灾害的防治 然而 由于各城市地质背景不同 地质灾害类型不同 例如 墨西哥城西北部地区由于地下石材开采 形成空洞 导致地表房屋开裂 地面下沉 危机居民安全 当前 我国一些城市地下设施事故时有发生 专家认为这与忽视 城市地质调查密切相关 目前我国已在北京 上海进行城市地质调查试点 以 预防城市地质灾害的发生 深圳市地处山区 地形地貌变化大 工程地质条件复杂 一方面 随着经济建设 的发展 土地资源有限 城市建设和土地资源的使用方向向山地 丘陵 高台地地区 发展 不得不劈山填谷 将不适宜的土地资源变为可利用的土地资源 土地使用方向 向海滨带发展为主 以围海造地为主 进行海岸带土地开发工作 从而形成大量的高 边坡 另一方面 由于边坡支护工程的施工涉及面广 影响施工质量的因素较复杂 边坡支护工程事故发生率也呈上升趋势 下文讨论我省一些边坡工程及基坑支护事故 的原因及其预防措施 2 2 事故原因分析事故原因分析 2 12 1 忽视地质环境条件作用忽视地质环境条件作用 我国是世界上地质灾害最为严重的国家之一 其中 80 以上的地质灾害是 由于人类违背自然规律的各种工程活动造成和诱发的 近几年 随着我国基础 设施的大规模建设 人类不合理的工程活动造成或者诱发的地质灾害数量剧增 危害加大 究其原因 一是工程选址时不考虑地质环境条件 将居民点 重要 工程选在受地质灾害威胁的地方 最典型的是三峡移民搬迁中湖北省巴东新县 城的建设问题 由于新县城选址时未做地质灾害评估 在许多高楼建成之后才 发现新县城建在了一个古滑坡群上 致使 1995 年新县城连续出现严重的滑坡灾 害 损失惨重 二是不适当工程活动诱发的地质灾害 如在工程建设中大量开 挖坡角 随意堆土弃渣等 比较典型的有 2001 年 5 月重庆武隆县县城江北西段 由于规划选址和高切坡处理不当 造成人为诱发垮塌事故 致使 79 人死亡 4 人受伤 很多事实业已证明 只有在项目建设前期进行地质灾害危险性评估 并在后续勘查 设计中采取针对性措施 或避让或整治 才能收到事半功倍的 减灾效果 近 3 年来 我市每年发生地质灾害的宗数都在 10 宗以下 没有发生 死亡 3 人以上的地质灾害 也没有发生经济损失超过 500 万元的特大型和大型 地质灾害 防治工作取得了一定的成效 但是我市工程建设活动频繁 经济损 失在 500 万元以下的中小型地质灾害时有发生 其中由人为活动诱发的达到 98 以上 同时 我市是全省政治 经济 文化中心和交通枢纽 基础设施建设方 兴未艾 工业化和城市化进程在快速推进 因工程建设诱发的地质灾害还有上 升的趋势 为了有效控制和减少地质灾害 最大限度地减少其危害程度 还必 须高度重视和严格执行地质灾害危险性评估制度 2 22 2 人类活动可加剧地质灾害的危险性人类活动可加剧地质灾害的危险性 工程建设和规划实施可能诱发 加剧地质灾害的危险性 主要是指由于 工程建设形成高边坡和开挖坡脚 在坡体上部加载 在坡体中开挖水渠 修建 水池又不做有效防渗而诱发滑坡的危险性 在沟谷中弃土弃渣造成泥石流等的 危险性等等 这里强调的主要是工程建设诱发 加剧滑坡 泥石流等而对其他 工程设施 人民生命财产造成的危害 对于深圳的岩质边坡 由于多为石山开挖形成 故认为岩石的稳定性比土 体的稳定性强得多 对岩石松动或石质较差的 如泥岩等 边坡仅对表层进行 简单处理或甚至不采取任何防护措施 边坡经长期日晒雨淋后 一部分石质较 差的岩石迅速风化崩解 雨水沿着裂隙渗入坡内 致使土体的重量增大 抗滑 力减少 而渗水又导致岩石的进一步崩解和风化 因此滑坡 崩塌事故时有发 生 例如 某公路收费站匝道边坡高二十多米 经 1 0 5 放坡后 采用浆砌片 石护坡 由于护坡前岩石已经破碎严重 边坡稳定性差 片石护坡只能起到防 止岩石表面进一步风化而并不能承载 结果工程竣工不到半年 在一场不大的 春雨过后 由于 C 值降低 滑动力增大等原因 即发生大范围土坡坍塌 此后只得将原有片石护坡改为重力式挡墙 因而增加了该边坡的工程费用 因对有软弱夹层的岩石边坡 尤其 是软弱夹层对边坡稳定性不利的边坡 重视不够 也会酿成工程事故 某公路 一岩石边坡 其中夹层有一层不厚但较 明显的软弱夹层 如图 1 所示 由于地 勘部门的疏忽 对其未作任何描述及处 理意见 因而设计时对此也未采取任何 支护措施 当工程即将完工时发生了大 面积垮塌事故 图 1 贵州地区土质多为红粘土 因其粘聚力大 强度高 压缩性小而成为特殊 土 其边坡开挖的临时直立高度也较一般粘性土为大 但红粘土的物理力学性 质由于基坑长期暴露 气候及周围环境变化而发生较大变化 这是因为红粘土 粘粒含量大 而且含有较多的粘土矿物成分 因而极易吸水膨胀失水收缩 地 表下 2 3 m 内土体裂隙发达 地表水从裂隙中渗入土层 使土体重度增大 土 质软化 C 值减少 水土压力增大 而抗滑力降低 另外 施工降低地下 水位时增加的渗透力 及坡顶上施工堆载或由于施工振动引起的动荷载等 都 将使滑动力大大增加 引发滑坡 不论是建筑物基坑还是公路路堑都同属边坡工程 它主要受侧向土压力的 作用 所不同的是路堑的支护是永久性结构 而基坑支护结构却大多是临时性 的 就深基坑而言 在设计和施工人员中存在着一种误解 认为其支护是临时 性的 因而在考虑土体物理力学指标时 随意性很大 在确定安全系数时 也 比永久性结构小得多 如某大厦二层地下室的深基坑 距基坑边仅 3 m 处有一 六层高的居民楼 边坡稳定性验算时 其抗滑稳定安全系数只有 0 6 左右 但 基坑开挖时却未见作任何防护措施 结果导致居民楼基础下沉 墙体开裂 对基坑周边荷载 施工季节 支护结构使用期限及由环境改变所引起的变 化也考虑甚少 当外部条件或自然气候发生对支护结构不利的情况时 也常导 致一些本不该发生的工程事故 如贵阳市某商厦十多米深的基坑 由于基坑周 围管道布置不明 施工导致地下水管破裂 大量水流渗入边坡 因未对边坡采 取任何支护措施 造成该面边坡整体滑动 而且危及一相邻居民楼的安全使用 事后不得不用护桩进行加固处理 2 32 3 设计及工程质量方面的原因设计及工程质量方面的原因 我省高等级公路设计中 由于线路等级高 线形标准要求较严 为了满足 线形要求 只有高填深挖 在某条新建高速路上 最高边坡达 100 m 高 在这 些高边坡地段 由于最初设计采用放坡方式开挖 当开挖进行后 由于破坏了 原有山体的平衡 使得出现了好几处大范围滑坡 滑坡出现后 才不得不对滑 坡进行处理 既增加了处理难度 也使投资额大幅增加 又如贵阳市某高层建 筑深达 15 m 的基础 自行设计边坡支护为土钉墙 由于设计中 C 的取值远 远大于实际的 C 值 因此土钉设计长度不够 土钉在土体中未能发挥其应 有的作用 从而导致土体整体下滑 如图 2 所示 根据朗金主动土压力理论 可知 C 值越大 主动土压力越小 滑动土体范围也越小 因此 C 值的 正确选定是使支护结构设计有效的保证 图 2 图 3 设计中 支护结构型式的不合理也将导致工程事故 如某 15 m 高的边坡工 程 采用浆砌块石挡墙并加锚定板方案 由于结构型式选择的不合理而造成墙 身断裂 如图 3 所示 从图中可以看出 挡墙在锚定板的作用下 相当于一 简支梁 在土压力作用下发生弯曲变形 由于浆砌块石挡墙的抗剪抗弯能力差 承受不了其上的弯曲应力 因而发生墙体断裂破坏 当支护结构插入土体的深 度不够时 也将导致工程事故 因护坡桩入土深度不够 被动土压力过小 不 足以抵抗土坡滑动 造成支护结构随土坡一起下滑 形成 踢脚 如图 4 a 所示 或由于锚定板长度不足 未能伸入滑裂面以外一定深度 致使锚 定板在土体中不起作用而导致土坡下滑 如图 4 b 所示 图 4 另外 采用直接抽水降低地下水位 对于地下溶洞 裂隙发育的喀斯特地 区来说 也极易造成流砂现象及冲刷溶蚀强化 导致坡顶地表塌陷 如市中心 某工程为降低水位而导致临近交通主干道路面塌陷严重的工程事故 因采用直 接抽水降低地下水位 导致基坑内水由下向上渗流 当向上的渗透力大于土的 浮重度时 土粒便被渗流挟带向上涌出地面 产生流砂现象 施工质量方面所引发的工程事故不容忽视 施工质量差 是边坡工程的一 大隐患 如某工程施工单位将设计的 15 m 长的护坡桩减至 13 m 左右 且多数 桩的强度达不到设计要求 造成几十根桩严重倾斜的事故 3 3 预防措施预防措施 边坡支护设计与施工应综合考虑工程地质与水文地质条件 边坡开挖深度 降排水条件 周边环境对边坡位移的要求 边坡坡顶荷载 施工季节 支护结 构使用期限等因素 因地制宜 因时制宜 合理设计 精心施工 严格监控 3 13 1 系统开展环境地质与地质灾害调查研究工作 查明工程场地周边的地层结构及土的物理力学性质 查明地下水类型 埋 藏条件及渗透性 分析地下水对过程建设的影响 判断人工降低地下水位的可 能性并评价对已有建筑物和地面沉降的影响 提供降低地下水位设计 施工所 需的有关资料 其中 对滑坡灾害分期分批全面预防 重点治理 泥石流沟谷 则以小流域为单位分期治理的措施 建立群测群防网络和群众性监测系统 按 灾害的危险性和危害性 逐步实施加固工程 排导工程 3 23 2 城市建设与地质灾害防治同步进行 在城市总体规划的指导下 城市建设要结合地质灾害危险性评估 采取合 理避让 综合治理等措施 使人类经济活动与地质环境相互协调 尽量避免地 质灾害给城市建设工程带来不必要的损失 也避免从为活动引起地质灾害 3 33 3 优化地质灾害防治措施 加强施工管理优化地质灾害防治措施 加强施工管理 边坡支护方案的选择取决于工程地质与水文地质条件 边坡开挖深度 降 排水条件 周边环境 相邻建筑物 构筑物的重要性 道路 地下管线的影响 程度 边坡位移的要求 施工季节 施工技术及设备能力 工期 结构使用 期限等因素 支护结构可选用排桩 地下连续墙 水泥土墙 土钉墙 逆作拱 墙 原状土放坡或其组合型式 也可尝试采用一些新的方法 如已在其它地区 采用的 逆作法 此法的优点是将围护结构与主体承重结构合二为一 变临 时性结构为永久性结构 节省造价 节省工期 应对支护结构进行强度 边 坡整体稳定和局部稳定 结构和地面变形对相邻建筑物的影响等诸方面的验算 除方案选择及计算方法正确外 计算公式中土的物理力学指标取值应慎重 在 具体工程设计计算中 基坑支护挡土墙上的土压力应根据不同土层和排水条件 分别采用以下两种方法 1 对粉土和砂性土 按土的有效重度计算土压力 并 加水压力 土的强度指标采用固结不排水试验指标 2 对饱和粘性土 按土的 饱和重度计算土压力 不另计算水压力 土的强度指标采用不排水试验指标 土压力及水压力的计算是支护结构设计计算的前提 必须注意到实际的土 压力在基坑开挖到地下结构完工期间 并不是一常数 土压力随周边环境条件 改变而改变 如施工降水 雨季 地下管道 施工管道漏水等都会引起土压力 水压力的变化 坡顶施工堆载 临时建筑也会引起土中内力的增加 设计时必 须将诸类因素考虑进去 应按有关规范参照执行 地下水控制方法可采取集水明排法 降水法 截水和回灌法等型式单独或 组合使用 当因降水而危及基坑及周边环境安全时 宜采用截水或回灌法 对 易产生管涌及流砂现象的基坑应采用降水法降低地下水位 坑内和坡顶应做好 排水沟 集水井 将渗透水 地面水 雨水等有序的排出场外 防止浸泡基坑 和边坡 保证支护结构泄水孔的长期畅通 另外应加强施工监测力度 4 4 结束语结束语 上述对本地区边坡支护工程事故原因进行了粗浅的分析 由于作者收集的 资料有限 仅供参考 参考文献参考文献 1 JGJ120 99 建筑基坑支护技术规范 S 2 潘秋元 应宏伟 深基坑开挖工程的若干问题 M 北京 中国建筑工业出版社 1996 ReasonsReasons forfor SlopeSlope andand FoundationFoundation PitPit Failure Failure andand PreventivePreventive MeasuresMeasures inin thethe MountainousMountainous Region Region KONG Si li QIN Ren hui XIE Ying xin Department of Civil Engineering GUT Guiyang AbstractAbstract This paper analyzes the reasons for slope and foundation pit failure in the mountainous region and suggests some preventive measures KeyKey WordsWords slope foundation pit propping 某高速公路的一个合同标段 勘察设计阶段没把需要大挖方的山体的复 杂地质情况搞清楚 对山底下暗流涌动的情况不明 公路建成不久就发生边坡 大塌方 只好高筑钢筋混凝土挡墙 但随之而来的山体大滑坡移位 挡墙也不 起作用了 路面被挤压变形 最后只好改建为明洞撑护才遏制住山体滑坡移位 今年 5 月以来发生的地质灾害 大多在原来预测的范围之内 有些是新出 现的隐患 纵观这些地质灾害发生的诱因 除连续长时间强降水的自然因素外 人类的工程活动占绝大多数 60 以上是依山建房削坡没有采取必要的治理工程 还有一些是乡村公路建设 开采矿山 兴修水电站 水库 森林采伐没有及时 更新造林 生态破坏等造成了地质的不平衡 这些其实是可以避免的 而我市 高速公路建设中由于采取了较好的降坡处理和防护手段 基本没有出现滑坡等 地质灾害 我国是世界上地质灾害最为严重的国家之一 其中 80 以上的地质灾害是由于 人类违背自然规律的各种工程活动造成和诱发的 近几年 随着我国基础设施 的大规模建设 人类不合理的工程活动造成或者诱发的地质灾害数量剧增 危 害加大 究其原因 一是工程选址时不考虑地质环境条件 将居民点 重要工 程选在受地质灾害威胁的地方 最典型的是三峡移民搬迁中湖北省巴东新县城 的建设问题 由于新县城选址时未做地质灾害评估 在许多高楼建成之后才发 现新县城建在了一个古滑坡群上 致使 1995 年新县城连续出现严重的滑坡灾害 损失惨重 二是不适当工程活动诱发的地质灾害 如在工程建设中大量开挖坡 角 随意堆土弃渣等 比较典型的有 2001 年 5 月重庆武隆县县城江北西段 由 于规划选址和高切坡处理不当 造成人为诱发垮塌事故 致使 79 人死亡 4 人 受伤 很多事实业已证明 只有在项目建设前期进行地质灾害危险性评估 并 在后续勘查 设计中采取针对性措施 或避让或整治 才能收到事半功倍的减 灾效果 近 3 年来 我市每年发生地质灾害的宗数都在 10 宗以下 没有发生死 亡 3 人以上的地质灾害 也没有发生经济损失超过 500 万元的特大型和大型地 质灾害 防治工作取得了一定的成效 但是我市工程建设活动频繁 经济损失 在 500 万元以下的中小型地质灾害时有发生 其中由人为活动诱发的达到 98 以 上 同时 我市是全省政治 经济 文化中心和交通枢纽 基础设施建设方兴 未艾 工业化和城市化进程在快速推进 因工程建设诱发的地质灾害还有上升 的趋势 为了有效控制和减少地质灾害 最大限度地减少其危害程度 还必须 高度重视和严格执行地质灾害危险性评估制度 1 地质灾害是由于地质作用产生的自然灾害 因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火灾等与地质作用无关的灾害 不属于本条例的调 整范围 这里所谓的地质作用是指促使组成地壳的物质成分 构造和表面形态 等不断变化和发展的各种作用 根据发生柞用的部位可分为内动力地质作用和 外动力地质作用 内动力地质作用是指地壳深处产生的动力对地球内部及地表 的作用 如地质构造运动等 外动力地质作用是指大气 水和生物在太阳能 重力能等影响下产生的动力对地壳表层所进行的各种作用 如风化 剥蚀等 2 地质灾害是在自然和人为因素的作用和影响下形成的灾害 由于社会发 展和经济建设的需要 人类对自然无度索取 各种不合理的工程建设等人为活 动 增加了地质灾害发生的几率 据不完全统计 近年来发生的严重地质灾 害中 有半数以上与人为因素有关 并且还有加剧的趋势 因此 除了自然因 素作用和影响下形成的地质灾害外 工程建设等人为活动引发的地质灾害也是 本条例的调整重点 3 地质灾害是对人民生命和财产安全造成危害和潜在威胁的灾害 发生在 人迹罕至或者人烟稀少地区 对人民生命和财产安全没有或者不会造成危害和 潜在威胁的灾害 不属于本条例的调整范围 这体现了 以人为本 的思想和 实事求是的精神 4 地质灾害的类型主要是山体崩塌 滑坡