某與地鐵相連深大基坑項目地質災害危險性評估

闞二林

(上海申元巖土工程有限公司，上海 200040)

1 工程概況

擬建場地位于上海市徐匯區，工程為地下3層～4層大基坑底板上建筑4幢9層主樓，南側與擬建地鐵12號線出入口連通。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。本工程基坑長為250m，寬為84 m，開挖深度為16.5 m，18.5 m，屬一級基坑。評估范圍按用地紅線外擴約500 m，本次評估面積確定為136.53萬m2;鑒于工程可能涉及的地質災害具有一定的發育范圍，故從其分布發育區加以考察，如地面沉降重點從評估區所在的徐匯區進行分析。

2 地質環境特征

2.1 地質環境條件

評估區域地形較平坦，地貌單元屬上海四大地貌類型中的濱海平原類型。位于亞熱帶季風氣候區，屬于北亞熱帶海洋型季風氣候。評估區附近區域水系特征為平原河網感潮區，屬太湖流域黃浦江水系，主要為蒲匯塘，河寬約24 m，河底標高約為－1.1 m，與黃浦江連通，有水閘控制水位。據上海地區多個水文站資料推算，黃浦江在評估區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。

本區大地構造單元屬于揚子準地臺浙西—皖南臺褶帶和下揚子臺褶帶的北東延伸部分，評估區內無斷裂穿過，附近分布有龍華—青浦斷裂、梅隴—鄧鎮斷裂、豐莊—靜安寺斷裂、愚園—動物園斷裂等。根據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均無活動跡象，因而對本工程建設無影響。評估區基巖埋藏深度為220 m～240 m之間，評估區及附近基巖主要為侏羅系上統黃尖組火山巖，評估區外東西兩側分布有燕山晚期花崗巖。根據國家標準GB 50011-2001建筑抗震設計規范及上海市工程建設規范DGJ 08-9-2003建筑抗震設計規程，擬建場地地基土為軟弱土并且場地覆蓋層厚度大于80 m，本建筑場地屬Ⅳ類場地，抗震設防烈度為7度，設計基本地震加速度值為0.10g，設計地震分組為第一組，擬建場地為對建筑抗震不利地段。

評估區自新近紀以來屬緩慢沉降地區，第四系發育，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勢環境下的沉積物。其中，全新世的軟土層在外力作用下極易產生變形或剪切破壞，晚更新世以來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。評估區土層分布見圖1。

圖1 工程地質剖面圖Ⅰ—Ⅰ′

2.2 現狀地質災害及潛在災害類型

根據上海市工程建設規范DGJ 08-2007建設項目地質災害危險性評估技術規程，結合國土資源部地質災害危險性評估技術要求及上海地質環境條件和工程建設實踐，把地基變形、邊坡失穩、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主要的地質災害類型。

評估區內微承壓含水層和第Ⅰ承壓含水層發育，對工程施工影響較大;本工程基坑最大開挖深度18.5 m，應考慮基坑邊坡失穩問題;同時評估區微承壓含水層(第⑤2層)，第Ⅰ(第⑦層)，Ⅱ(第⑨層)承壓含水層發育，應考慮水土突涌問題;評估區內有浦匯塘，有河岸邊坡問題;周邊環境復雜，應考慮地基變形問題;評估區及附近區域地面沉降現象也已存在，對本工程建設有一定的不良影響。因此，確定邊坡失穩、地基變形、水土突涌、地面沉降為本次評估的災種。

3 地質災害危險性預測

3.1 工程建設引發或加劇地質災害的危險性預測

3.1.1 邊坡失穩

本工程建設引發或加劇邊坡失穩主要是場地內基坑邊坡失穩問題和場地西側蒲匯塘的河岸邊坡失穩問題。

本工程基坑最大開挖深度達18.5 m，在此開挖深度范圍內土質條件差，揭遇的土層主要有填土、褐黃～灰黃色粉質粘土、灰色淤泥質粉質粘土夾薄層粉性土、灰色淤泥質粘土、灰色粘土、灰色粉質粘土。評估區內承壓含水層較淺，若施工時未采取相應的降水措施，或降水措施不當，或坑內勘探孔封孔不當，都有因水土突涌而發生基坑邊坡失穩的可能性。此外，基坑施工時的開挖方法、基坑積水、地面超載、震動荷載及周圍大量車輛運行等均對基坑邊坡失穩產生一定影響。擬建場地緊鄰河岸，工程施工過程中不可避免的會有建筑材料堆放于場地附近，另外，基坑開挖取土也可能堆放在場地附近，如堆放距離距河岸較近，則有引發其河岸邊坡失穩的可能。

綜合本工程建設引發河岸邊坡失穩的可能性、邊坡失穩的危害程度及造成損失的大小，確定本工程建設引發基坑邊坡失穩危險性級別為中等，引發河岸邊坡失穩危險性級別為中等。

3.1.2 地基變形

結合本工程建設性質及上海地區類似工程經驗，擬建建筑均采用樁基，樁基的沉降量與上部結構、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。由于單樁荷重較大，如樁基持力層與壓縮層選擇不當，則難以滿足沉降控制要求。由于本工程周邊環境復雜，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壁措施不當而發生塌孔，也會引發一定的地基變形，單樁承載力達不到設計要求或離散性大，樁底沉淤過大會導致樁基沉降量或差異沉降量偏大。

由于本工程開挖深度范圍內以軟粘性土為主，坑底位于第⑤1b層粘性土層屬中壓縮性土，基坑開挖破壞了原土體應力平衡，在基坑外側地基土、地下水壓力下，圍護結構將發生一定程度的變形，且圍護結構的變形及引發鄰近范圍地基土下沉、位移受施工時多種因素影響，如圍護結構支撐體系的預應力大小及施加的及時程度、支撐的施工方法和安裝質量、坑內土體性能的改善、基坑開挖方法、施工周期及無支撐暴露時間、地面荷載和振動效應、圍護結構的防滲效果等，任一因素處理不當均可加大本工程圍護結構的變形及基坑外側地基土的下沉、位移，從而對鄰近環境造成影響，甚至破壞。

綜合本工程建設引發地基變形的可能性、地基變形危害程度及對周圍環境的影響，確定本工程建設引發地基變形危險性級別為中等。

3.1.3 水土突涌

根據上海市工程建設規范DGJ 08-37-2002巖土工程勘察規范，對深基坑工程進行評估基坑突涌的可能性時，基坑開挖后坑內地基土抗承壓水頭的穩定性應滿足:

其中，Pcz為坑底開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。地基土重度取實測值，水重度取10.0 kN/m3，評估區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層普遍夾砂質粉土薄層，滲透系數較大，若因該層的透水性能較好，使得⑤2層和⑦層發生較密切水力聯系，則⑦層也存在發生水土突涌的可能。即本工程基坑開挖時若未采取相應的降水措施，⑤2層將可能發生水土突涌(若⑤3層起不到隔水作用，則⑦層也存在發生水土突涌的可能);此外，勘探孔、送樁孔、降水孔若未封孔或封孔質量達不到相關要求，基坑開挖時承壓水從孔中涌入基坑內部，亦有造成水土突涌事故的可能性。由于評估區承壓水水位埋深較淺，本工程基坑開挖深度大，若發生基坑突涌，不僅會影響基坑施工安全，而且可能影響到上部結構及周邊其他建(構)筑物、道路、管線等，嚴重時造成人民生命財產損失。

綜合本工程建設引發基坑水土突涌的可能性、水土突涌危害程度及對周圍環境的影響，確定本工程建設引發水土突涌危險性級別為中等。

3.1.4 地面沉降

評估區第Ⅰ，Ⅱ承壓含水層較為發育，且相互溝通，埋深較淺，對基坑安全施工影響較大，基坑開挖時需降承壓水。由于工程降水，評估區及附近一定區域地下水水位下降，從而會對評估區附近地面沉降造成影響。而本工程設計時一般采用了地下連續墻圍護后進行坑內降水，圍護結構會有較好的隔水作用，因此本工程降水對周圍環境的影響較小。

綜上，本工程基坑降水有引發一定范圍、一定程度地面沉降的可能性，但引發或加劇地面沉降的危險性小。

3.2 工程本身遭受地質災害的危險性預測

3.2.1 邊坡失穩

與本工程同時施工的本工程南側的軌道交通12號線路為地下線路，其車站基坑開挖深度和面積大(長寬凈尺寸150m×22.8m，站臺長度中心線埋深約28.58 m)，在本工程基坑開挖深度內，坑底土一般位于軟土層中，軟土抗剪強度低、具有較明顯的觸變性和流變性，在基坑工程施工過程中，在震動和坑邊堆土等上部荷載作用下，易產生側向變形、基坑周圍地面沉降及坑底隆起等現象，導致基坑和支護結構變形，嚴重時會因軟土剪切破壞而導致邊坡失穩。

12號線路地下區間隧道穿越蒲匯塘，此河道在自然情況下發生岸坡坍塌、滑塌的可能性不大。但本工程施工穿越以上河道時采用盾構法施工，由于盾構施工的振動作用等因素，亦有引發該以上河道發生邊坡失穩的可能性，并可能會對鄰近一定范圍的環境條件造成不良影響。

根據工程建設本身遭受邊坡失穩的可能性及其危害程度，并結合工程經驗確定工程建設本身遭受邊坡失穩的危險性級別為中等。

3.2.2 地基變形

本工程基坑開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、止水不當，發生邊坡失穩，將引發較大地基變形，將對本工程產生較大的影響。

本工程東西兩側基坑埋深不同，有部分區域地下室上部無建筑，地下室底板荷載存在差異，將有產生較大差異地基變形的可能，過大的差異變形將引起上部結構和基礎底板受力不均，嚴重時可能導致樓房傾斜和底板開裂。

軌道交通12號線路為地下線路，在地下區間段隧道盾構施工和車站基坑開挖施工中，由于開挖土體卸荷回彈，建設時又加載壓縮，使原狀土體破壞，容易產生地基變形，且開挖大部分穿過表土層，基礎直接施力于軟土層上，如果對工程影響范圍內的軟土改良和加固不當，也容易產生較大的地基變形和差異變形。工程建成后，在動荷載作用下會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，在長期的動荷載作用下，因粘性土與砂性土的變形程度有一定差異，從而導致工程沿線有一定的不均勻沉降的產生。由于工程沿線地質環境條件復雜，地基變形可能會對鄰近建筑物、道路及地下管線等造成一定的不良影響。根據工程建設本身遭受地基變形的可能性及其危害程度，并結合工程經驗確定工程建設本身遭受地基變形的危險性級別為中等。

3.2.3 水土突涌

前述分析表明，擬建場地內承壓水對本工程建設有一定影響，基坑施工時若降水措施不當或勘探孔、送樁孔、降水孔封孔質量不合格，在承壓水作用下有發生水土突涌，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、地基土層破壞及發生邊坡失穩，亦會對周邊一定范圍的建筑物基礎產生危害。軌道交通12號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，工程施工時有引發流砂及水土突涌的可能性，因而在施工中應采取相應的降水、排水及施工圍護、地基處理措施，并加強監測，防止水土突涌的發生，進而影響本工程建設。根據工程建設本身遭受水土突涌的可能性及其危害程度，并結合工程經驗確定工程建設本身遭受水土突涌的危險性級別為中等。

3.2.4 地面沉降

近年來由于評估區附近大規模工程建設及區域歷史地下水開采影響，評估區地面沉降量可能稍大，以后隨著區域性地下水開采的進一步壓縮及大規模工程建設的完成，評估區地面沉降將逐漸緩和。本工程運營期間遭受地面沉降影響小。

此外，本工程由于開挖深度、范圍大，深基坑的支護結構產生較大位移和變形，從而導致基坑周圍地面明顯沉降的可能性。但由于設計將采取措施，在深基坑開挖時考慮時空效應，嚴格控制地表沉降和地下連續墻的變形，因此其地面沉降效應一般能控制在設計容許范圍內。

地鐵區間段隧道盾構推進時，由于對土體的擠壓，會產生超孔隙水，并造成局部地面隆起，但盾構通過土體后，由于土體應力松弛和孔隙水壓力消散，一般會在沿盾構軸線方向造成一定的沉降帶，因此盾構施工過程中有引發隧道上方一定范圍地面沉降的可能性。當采取適當措施后，能有效降低盾構施工對周圍環境的影響，減小施工過程中隧道上方的地面沉降效應。隧道建成運營后，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引發地面沉降問題。但根據工程地質資料，大部分隧道埋設在軟土層中，由于軟土具有流變性特征，工程建設將改變淺部土的應力狀態，成為引發軟土流變的因素，并可能產生一定的次固結沉降，加大隧道的變形量，從而引發隧道上方地面沉降。

故確定工程建設本身遭受地面沉降的危險性級別小。

綜合以上本工程建設引發或加劇地質災害的可能性和工程建設本身遭受地質災害的發育情況、危害程度，結合本工程特點及周圍環境條件，確定評估區地質災害危險性級別為中等;防治工程難度較大，但效果良好;當采取了有效的地質災害防治措施與工程技術措施后，可避免或減輕地質災害的危害;擬建場地屬穩定場地，基本適宜本工程的建設。

4 地質災害防治措施

地質災害防治應貫徹“以防為主，防治結合”的原則，在設計和施工過程中建立和健全地質災害防治和應急救援體系，加強管理和控制，以人為本，安全第一，才是預防軌道交通遭受地質災害的重要保證。針對工程特點及所處區域地質災害的發育特征，提出評估區地質災害防治對策及措施(見表1)。

表1 評估區地質災害防治措施

5 結語

根據評估區及其所處區域地質環境條件基本特征和地質災害危險性評估，結合建設項目的工程特點，得出如下結論:

1)評估區無活動斷裂分布，抗震設防烈度為7度，地質環境條件復雜程度為復雜，擬建工程為重要建設項目，地質災害危險性評估等級為一級。2)本次評估的地質災害災種為邊坡失穩、地基變形、水土突涌、地面沉降。3)根據擬建工程特點，結合評估區內的地質環境條件、地質災害現狀及危險性評估結果綜合確定評估區地質災害危險性級別為中等;防治工程難度較大，但效果良好;當采取有效的地質災害防治措施與工程技術措施后，可避免或減輕地質災害的危害;擬建場地屬穩定場地，基本適宜本工程的建設。

［1］DGJ 08-2007-2006，建設項目地質災害危險性評估技術規程［S］.

［2］GB 50011-2001，建筑抗震設計規范(2008版)［S］.

［3］DGJ 08-9-2003，建筑抗震設計規程［S］.

［4］DGJ 08-37-2002，巖土工程勘察規范［S］.

［5］上海市地質調查研究院.上海市環境地質調查報告(1∶20萬)［R］.1999.

［6］上海市地質調查研究院.上海市區域水文地質調查報告［R］.1999.

［7］上海市地質調查研究院.上海市基巖地質圖(1∶25萬)［Z］.2007.

［8］上海市地質調查研究院.上海城市地面沉降對規劃制定與實施管理的影響研究［Z］.2001.

［9］上海地礦工程勘察有限公司.軌道交通12號線巖土工程初步勘察報告［R］.2006.

［10］上海光華勘測設計院有限公司.解放軍八五醫院經濟用住房巖土工程勘察報告［R］.2006.

［11］上海申元巖土工程有限公司.上海無線電十九廠工程地質勘察報告［R］.1984.

［12］朱志剛，劉衡秋，陳國華.北京軌道交通工程地質災害危險性預測評估——以昌平線(S2線)為例［J］.中國安全科學學報，2009，19(9):109-114.