闞二林
(上海申元巖土工程有限公司,上海 200040)
擬建場(chǎng)地位于上海市徐匯區(qū),工程為地下3層~4層大基坑底板上建筑4幢9層主樓,南側(cè)與擬建地鐵12號(hào)線出入口連通。占地面積為25 344.7 m2,地上建筑面積77 135 m2,地下建筑面積70 605 m2。本工程基坑長(zhǎng)為250m,寬為84 m,開(kāi)挖深度為16.5 m,18.5 m,屬一級(jí)基坑。評(píng)估范圍按用地紅線外擴(kuò)約500 m,本次評(píng)估面積確定為136.53萬(wàn)m2;鑒于工程可能涉及的地質(zhì)災(zāi)害具有一定的發(fā)育范圍,故從其分布發(fā)育區(qū)加以考察,如地面沉降重點(diǎn)從評(píng)估區(qū)所在的徐匯區(qū)進(jìn)行分析。
評(píng)估區(qū)域地形較平坦,地貌單元屬上海四大地貌類型中的濱海平原類型。位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),屬于北亞熱帶海洋型季風(fēng)氣候。評(píng)估區(qū)附近區(qū)域水系特征為平原河網(wǎng)感潮區(qū),屬太湖流域黃浦江水系,主要為蒲匯塘,河寬約24 m,河底標(biāo)高約為-1.1 m,與黃浦江連通,有水閘控制水位。據(jù)上海地區(qū)多個(gè)水文站資料推算,黃浦江在評(píng)估區(qū)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。
本區(qū)大地構(gòu)造單元屬于揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)浙西—皖南臺(tái)褶帶和下?lián)P子臺(tái)褶帶的北東延伸部分,評(píng)估區(qū)內(nèi)無(wú)斷裂穿過(guò),附近分布有龍華—青浦?jǐn)嗔?、梅隴—鄧鎮(zhèn)斷裂、豐莊—靜安寺斷裂、愚園—?jiǎng)游飯@斷裂等。根據(jù)地球物理勘查成果資料及以往的研究成果,以上斷裂在全新世以來(lái)均無(wú)活動(dòng)跡象,因而對(duì)本工程建設(shè)無(wú)影響。評(píng)估區(qū)基巖埋藏深度為220 m~240 m之間,評(píng)估區(qū)及附近基巖主要為侏羅系上統(tǒng)黃尖組火山巖,評(píng)估區(qū)外東西兩側(cè)分布有燕山晚期花崗巖。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50011-2001建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范及上海市工程建設(shè)規(guī)范DGJ 08-9-2003建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程,擬建場(chǎng)地地基土為軟弱土并且場(chǎng)地覆蓋層厚度大于80 m,本建筑場(chǎng)地屬Ⅳ類場(chǎng)地,抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g,設(shè)計(jì)地震分組為第一組,擬建場(chǎng)地為對(duì)建筑抗震不利地段。
評(píng)估區(qū)自新近紀(jì)以來(lái)屬緩慢沉降地區(qū),第四系發(fā)育,為粘性土與砂性土交互的碎屑沉積物,厚200 m~240 m,由下而上具明顯韻律性變化規(guī)律。下部,埋深約150 m以下至基巖,屬早更新世及上新世陸相沉積物;上部,即埋深約150 m以上至地表,屬于中更新世至全新世海陸交替以海相漸占優(yōu)勢(shì)環(huán)境下的沉積物。其中,全新世的軟土層在外力作用下極易產(chǎn)生變形或剪切破壞,晚更新世以來(lái)沉積的粉土層和砂土層易形成流砂和水土突涌,是影響基坑安全的主要地基土層。評(píng)估區(qū)土層分布見(jiàn)圖1。
圖1 工程地質(zhì)剖面圖Ⅰ—Ⅰ′
根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范DGJ 08-2007建設(shè)項(xiàng)目地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)規(guī)程,結(jié)合國(guó)土資源部地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)要求及上海地質(zhì)環(huán)境條件和工程建設(shè)實(shí)踐,把地基變形、邊坡失穩(wěn)、砂土液化、地面沉降、水土突涌、岸帶沖淤、淺層天然氣害、水土污染作為上海地區(qū)主要的地質(zhì)災(zāi)害類型。
評(píng)估區(qū)內(nèi)微承壓含水層和第Ⅰ承壓含水層發(fā)育,對(duì)工程施工影響較大;本工程基坑最大開(kāi)挖深度18.5 m,應(yīng)考慮基坑邊坡失穩(wěn)問(wèn)題;同時(shí)評(píng)估區(qū)微承壓含水層(第⑤2層),第Ⅰ(第⑦層),Ⅱ(第⑨層)承壓含水層發(fā)育,應(yīng)考慮水土突涌問(wèn)題;評(píng)估區(qū)內(nèi)有浦匯塘,有河岸邊坡問(wèn)題;周邊環(huán)境復(fù)雜,應(yīng)考慮地基變形問(wèn)題;評(píng)估區(qū)及附近區(qū)域地面沉降現(xiàn)象也已存在,對(duì)本工程建設(shè)有一定的不良影響。因此,確定邊坡失穩(wěn)、地基變形、水土突涌、地面沉降為本次評(píng)估的災(zāi)種。
3.1.1 邊坡失穩(wěn)
本工程建設(shè)引發(fā)或加劇邊坡失穩(wěn)主要是場(chǎng)地內(nèi)基坑邊坡失穩(wěn)問(wèn)題和場(chǎng)地西側(cè)蒲匯塘的河岸邊坡失穩(wěn)問(wèn)題。
本工程基坑最大開(kāi)挖深度達(dá)18.5 m,在此開(kāi)挖深度范圍內(nèi)土質(zhì)條件差,揭遇的土層主要有填土、褐黃~灰黃色粉質(zhì)粘土、灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾薄層粉性土、灰色淤泥質(zhì)粘土、灰色粘土、灰色粉質(zhì)粘土。評(píng)估區(qū)內(nèi)承壓含水層較淺,若施工時(shí)未采取相應(yīng)的降水措施,或降水措施不當(dāng),或坑內(nèi)勘探孔封孔不當(dāng),都有因水土突涌而發(fā)生基坑邊坡失穩(wěn)的可能性。此外,基坑施工時(shí)的開(kāi)挖方法、基坑積水、地面超載、震動(dòng)荷載及周圍大量車輛運(yùn)行等均對(duì)基坑邊坡失穩(wěn)產(chǎn)生一定影響。擬建場(chǎng)地緊鄰河岸,工程施工過(guò)程中不可避免的會(huì)有建筑材料堆放于場(chǎng)地附近,另外,基坑開(kāi)挖取土也可能堆放在場(chǎng)地附近,如堆放距離距河岸較近,則有引發(fā)其河岸邊坡失穩(wěn)的可能。
綜合本工程建設(shè)引發(fā)河岸邊坡失穩(wěn)的可能性、邊坡失穩(wěn)的危害程度及造成損失的大小,確定本工程建設(shè)引發(fā)基坑邊坡失穩(wěn)危險(xiǎn)性級(jí)別為中等,引發(fā)河岸邊坡失穩(wěn)危險(xiǎn)性級(jí)別為中等。
3.1.2 地基變形
結(jié)合本工程建設(shè)性質(zhì)及上海地區(qū)類似工程經(jīng)驗(yàn),擬建建筑均采用樁基,樁基的沉降量與上部結(jié)構(gòu)、樁基持力層與壓縮層土性、樁型的選擇及施工工藝等因素密切相關(guān)。由于單樁荷重較大,如樁基持力層與壓縮層選擇不當(dāng),則難以滿足沉降控制要求。由于本工程周邊環(huán)境復(fù)雜,一般可采用鉆孔灌注樁。該施工工藝較成熟,但如果灌注樁遇到砂性土或粉性土,若成孔施工工藝和泥漿護(hù)壁措施不當(dāng)而發(fā)生塌孔,也會(huì)引發(fā)一定的地基變形,單樁承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求或離散性大,樁底沉淤過(guò)大會(huì)導(dǎo)致樁基沉降量或差異沉降量偏大。
由于本工程開(kāi)挖深度范圍內(nèi)以軟粘性土為主,坑底位于第⑤1b層粘性土層屬中壓縮性土,基坑開(kāi)挖破壞了原土體應(yīng)力平衡,在基坑外側(cè)地基土、地下水壓力下,圍護(hù)結(jié)構(gòu)將發(fā)生一定程度的變形,且圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形及引發(fā)鄰近范圍地基土下沉、位移受施工時(shí)多種因素影響,如圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐體系的預(yù)應(yīng)力大小及施加的及時(shí)程度、支撐的施工方法和安裝質(zhì)量、坑內(nèi)土體性能的改善、基坑開(kāi)挖方法、施工周期及無(wú)支撐暴露時(shí)間、地面荷載和振動(dòng)效應(yīng)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的防滲效果等,任一因素處理不當(dāng)均可加大本工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形及基坑外側(cè)地基土的下沉、位移,從而對(duì)鄰近環(huán)境造成影響,甚至破壞。
綜合本工程建設(shè)引發(fā)地基變形的可能性、地基變形危害程度及對(duì)周圍環(huán)境的影響,確定本工程建設(shè)引發(fā)地基變形危險(xiǎn)性級(jí)別為中等。
3.1.3 水土突涌
根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范DGJ 08-37-2002巖土工程勘察規(guī)范,對(duì)深基坑工程進(jìn)行評(píng)估基坑突涌的可能性時(shí),基坑開(kāi)挖后坑內(nèi)地基土抗承壓水頭的穩(wěn)定性應(yīng)滿足:
其中,Pcz為坑底開(kāi)挖面以下至承壓含水層頂板間覆蓋土的自重壓力,kPa;Pwy為承壓水壓力,kPa。地基土重度取實(shí)測(cè)值,水重度取10.0 kN/m3,評(píng)估區(qū)附近承壓含水層水位埋深取3.0 m(上海市最不利水位),⑤2層承壓含水層頂界埋深28.5 m(參考C1孔),⑦層承壓含水層頂界埋深42.3 m(參考C1孔,按⑤3層能起到隔水作用),在不降承壓水的條件下,按基坑開(kāi)挖深度18.5 m:
⑤2層:Pcz/Pwy=(10 ×18.2)/[(28.5 -3.0)×10.0]=0.71 <1.05。
⑦層:Pcz/Pwy=(10 ×18.2+5.3 ×18.4+8.5 ×17.9)/[(42.3 -3.0)×10.0]=1.10 >1.05。
考慮到⑤3層普遍夾砂質(zhì)粉土薄層,滲透系數(shù)較大,若因該層的透水性能較好,使得⑤2層和⑦層發(fā)生較密切水力聯(lián)系,則⑦層也存在發(fā)生水土突涌的可能。即本工程基坑開(kāi)挖時(shí)若未采取相應(yīng)的降水措施,⑤2層將可能發(fā)生水土突涌(若⑤3層起不到隔水作用,則⑦層也存在發(fā)生水土突涌的可能);此外,勘探孔、送樁孔、降水孔若未封孔或封孔質(zhì)量達(dá)不到相關(guān)要求,基坑開(kāi)挖時(shí)承壓水從孔中涌入基坑內(nèi)部,亦有造成水土突涌事故的可能性。由于評(píng)估區(qū)承壓水水位埋深較淺,本工程基坑開(kāi)挖深度大,若發(fā)生基坑突涌,不僅會(huì)影響基坑施工安全,而且可能影響到上部結(jié)構(gòu)及周邊其他建(構(gòu))筑物、道路、管線等,嚴(yán)重時(shí)造成人民生命財(cái)產(chǎn)損失。
綜合本工程建設(shè)引發(fā)基坑水土突涌的可能性、水土突涌危害程度及對(duì)周圍環(huán)境的影響,確定本工程建設(shè)引發(fā)水土突涌危險(xiǎn)性級(jí)別為中等。
3.1.4 地面沉降
評(píng)估區(qū)第Ⅰ,Ⅱ承壓含水層較為發(fā)育,且相互溝通,埋深較淺,對(duì)基坑安全施工影響較大,基坑開(kāi)挖時(shí)需降承壓水。由于工程降水,評(píng)估區(qū)及附近一定區(qū)域地下水水位下降,從而會(huì)對(duì)評(píng)估區(qū)附近地面沉降造成影響。而本工程設(shè)計(jì)時(shí)一般采用了地下連續(xù)墻圍護(hù)后進(jìn)行坑內(nèi)降水,圍護(hù)結(jié)構(gòu)會(huì)有較好的隔水作用,因此本工程降水對(duì)周圍環(huán)境的影響較小。
綜上,本工程基坑降水有引發(fā)一定范圍、一定程度地面沉降的可能性,但引發(fā)或加劇地面沉降的危險(xiǎn)性小。
3.2.1 邊坡失穩(wěn)
與本工程同時(shí)施工的本工程南側(cè)的軌道交通12號(hào)線路為地下線路,其車站基坑開(kāi)挖深度和面積大(長(zhǎng)寬凈尺寸150m×22.8m,站臺(tái)長(zhǎng)度中心線埋深約28.58 m),在本工程基坑開(kāi)挖深度內(nèi),坑底土一般位于軟土層中,軟土抗剪強(qiáng)度低、具有較明顯的觸變性和流變性,在基坑工程施工過(guò)程中,在震動(dòng)和坑邊堆土等上部荷載作用下,易產(chǎn)生側(cè)向變形、基坑周圍地面沉降及坑底隆起等現(xiàn)象,導(dǎo)致基坑和支護(hù)結(jié)構(gòu)變形,嚴(yán)重時(shí)會(huì)因軟土剪切破壞而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。
12號(hào)線路地下區(qū)間隧道穿越蒲匯塘,此河道在自然情況下發(fā)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時(shí)采用盾構(gòu)法施工,由于盾構(gòu)施工的振動(dòng)作用等因素,亦有引發(fā)該以上河道發(fā)生邊坡失穩(wěn)的可能性,并可能會(huì)對(duì)鄰近一定范圍的環(huán)境條件造成不良影響。
根據(jù)工程建設(shè)本身遭受邊坡失穩(wěn)的可能性及其危害程度,并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定工程建設(shè)本身遭受邊坡失穩(wěn)的危險(xiǎn)性級(jí)別為中等。
3.2.2 地基變形
本工程基坑開(kāi)挖涉及厚層軟弱粘性土,在水土壓力作用下,本工程基坑有遭受地基變形的可能性。如果圍護(hù)、止水不當(dāng),發(fā)生邊坡失穩(wěn),將引發(fā)較大地基變形,將對(duì)本工程產(chǎn)生較大的影響。
本工程?hào)|西兩側(cè)基坑埋深不同,有部分區(qū)域地下室上部無(wú)建筑,地下室底板荷載存在差異,將有產(chǎn)生較大差異地基變形的可能,過(guò)大的差異變形將引起上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)底板受力不均,嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致樓房?jī)A斜和底板開(kāi)裂。
軌道交通12號(hào)線路為地下線路,在地下區(qū)間段隧道盾構(gòu)施工和車站基坑開(kāi)挖施工中,由于開(kāi)挖土體卸荷回彈,建設(shè)時(shí)又加載壓縮,使原狀土體破壞,容易產(chǎn)生地基變形,且開(kāi)挖大部分穿過(guò)表土層,基礎(chǔ)直接施力于軟土層上,如果對(duì)工程影響范圍內(nèi)的軟土改良和加固不當(dāng),也容易產(chǎn)生較大的地基變形和差異變形。工程建成后,在動(dòng)荷載作用下會(huì)加大隧道及車站的附加沉降,尤其在軟土層厚薄交界地帶易形成不均勻沉降;工程建成后,在長(zhǎng)期的動(dòng)荷載作用下,因粘性土與砂性土的變形程度有一定差異,從而導(dǎo)致工程沿線有一定的不均勻沉降的產(chǎn)生。由于工程沿線地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜,地基變形可能會(huì)對(duì)鄰近建筑物、道路及地下管線等造成一定的不良影響。根據(jù)工程建設(shè)本身遭受地基變形的可能性及其危害程度,并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定工程建設(shè)本身遭受地基變形的危險(xiǎn)性級(jí)別為中等。
3.2.3 水土突涌
前述分析表明,擬建場(chǎng)地內(nèi)承壓水對(duì)本工程建設(shè)有一定影響,基坑施工時(shí)若降水措施不當(dāng)或勘探孔、送樁孔、降水孔封孔質(zhì)量不合格,在承壓水作用下有發(fā)生水土突涌,從而致使本工程有遭受水土突涌危害的可能;水土突涌導(dǎo)致基坑底部及周邊一定范圍的砂土迅速、大量流失,不僅可能造成本工程自身的基坑底板、地基土層破壞及發(fā)生邊坡失穩(wěn),亦會(huì)對(duì)周邊一定范圍的建筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生危害。軌道交通12號(hào)線路漕寶路車站基坑中心線埋深約28.58 m,與第⑤2層和第⑦層頂板較近,工程施工時(shí)有引發(fā)流砂及水土突涌的可能性,因而在施工中應(yīng)采取相應(yīng)的降水、排水及施工圍護(hù)、地基處理措施,并加強(qiáng)監(jiān)測(cè),防止水土突涌的發(fā)生,進(jìn)而影響本工程建設(shè)。根據(jù)工程建設(shè)本身遭受水土突涌的可能性及其危害程度,并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定工程建設(shè)本身遭受水土突涌的危險(xiǎn)性級(jí)別為中等。
3.2.4 地面沉降
近年來(lái)由于評(píng)估區(qū)附近大規(guī)模工程建設(shè)及區(qū)域歷史地下水開(kāi)采影響,評(píng)估區(qū)地面沉降量可能稍大,以后隨著區(qū)域性地下水開(kāi)采的進(jìn)一步壓縮及大規(guī)模工程建設(shè)的完成,評(píng)估區(qū)地面沉降將逐漸緩和。本工程運(yùn)營(yíng)期間遭受地面沉降影響小。
此外,本工程由于開(kāi)挖深度、范圍大,深基坑的支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大位移和變形,從而導(dǎo)致基坑周圍地面明顯沉降的可能性。但由于設(shè)計(jì)將采取措施,在深基坑開(kāi)挖時(shí)考慮時(shí)空效應(yīng),嚴(yán)格控制地表沉降和地下連續(xù)墻的變形,因此其地面沉降效應(yīng)一般能控制在設(shè)計(jì)容許范圍內(nèi)。
地鐵區(qū)間段隧道盾構(gòu)推進(jìn)時(shí),由于對(duì)土體的擠壓,會(huì)產(chǎn)生超孔隙水,并造成局部地面隆起,但盾構(gòu)通過(guò)土體后,由于土體應(yīng)力松弛和孔隙水壓力消散,一般會(huì)在沿盾構(gòu)軸線方向造成一定的沉降帶,因此盾構(gòu)施工過(guò)程中有引發(fā)隧道上方一定范圍地面沉降的可能性。當(dāng)采取適當(dāng)措施后,能有效降低盾構(gòu)施工對(duì)周圍環(huán)境的影響,減小施工過(guò)程中隧道上方的地面沉降效應(yīng)。隧道建成運(yùn)營(yíng)后,隧道本身作用于土體的附加荷載小,因此一般不存在土層排水固結(jié)引發(fā)地面沉降問(wèn)題。但根據(jù)工程地質(zhì)資料,大部分隧道埋設(shè)在軟土層中,由于軟土具有流變性特征,工程建設(shè)將改變淺部土的應(yīng)力狀態(tài),成為引發(fā)軟土流變的因素,并可能產(chǎn)生一定的次固結(jié)沉降,加大隧道的變形量,從而引發(fā)隧道上方地面沉降。
故確定工程建設(shè)本身遭受地面沉降的危險(xiǎn)性級(jí)別小。
綜合以上本工程建設(shè)引發(fā)或加劇地質(zhì)災(zāi)害的可能性和工程建設(shè)本身遭受地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育情況、危害程度,結(jié)合本工程特點(diǎn)及周圍環(huán)境條件,確定評(píng)估區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性級(jí)別為中等;防治工程難度較大,但效果良好;當(dāng)采取了有效的地質(zhì)災(zāi)害防治措施與工程技術(shù)措施后,可避免或減輕地質(zhì)災(zāi)害的危害;擬建場(chǎng)地屬穩(wěn)定場(chǎng)地,基本適宜本工程的建設(shè)。
地質(zhì)災(zāi)害防治應(yīng)貫徹“以防為主,防治結(jié)合”的原則,在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中建立和健全地質(zhì)災(zāi)害防治和應(yīng)急救援體系,加強(qiáng)管理和控制,以人為本,安全第一,才是預(yù)防軌道交通遭受地質(zhì)災(zāi)害的重要保證。針對(duì)工程特點(diǎn)及所處區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征,提出評(píng)估區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治對(duì)策及措施(見(jiàn)表1)。
表1 評(píng)估區(qū)地質(zhì)災(zāi)害防治措施
根據(jù)評(píng)估區(qū)及其所處區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件基本特征和地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估,結(jié)合建設(shè)項(xiàng)目的工程特點(diǎn),得出如下結(jié)論:
1)評(píng)估區(qū)無(wú)活動(dòng)斷裂分布,抗震設(shè)防烈度為7度,地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度為復(fù)雜,擬建工程為重要建設(shè)項(xiàng)目,地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估等級(jí)為一級(jí)。2)本次評(píng)估的地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)種為邊坡失穩(wěn)、地基變形、水土突涌、地面沉降。3)根據(jù)擬建工程特點(diǎn),結(jié)合評(píng)估區(qū)內(nèi)的地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀及危險(xiǎn)性評(píng)估結(jié)果綜合確定評(píng)估區(qū)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性級(jí)別為中等;防治工程難度較大,但效果良好;當(dāng)采取有效的地質(zhì)災(zāi)害防治措施與工程技術(shù)措施后,可避免或減輕地質(zhì)災(zāi)害的危害;擬建場(chǎng)地屬穩(wěn)定場(chǎng)地,基本適宜本工程的建設(shè)。
[1]DGJ 08-2007-2006,建設(shè)項(xiàng)目地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估技術(shù)規(guī)程[S].
[2]GB 50011-2001,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(2008版)[S].
[3]DGJ 08-9-2003,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)程[S].
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