深基坑地質災害危險性預測評估方法研究

王平 李志波

關鍵詞：深基坑;地質災害危險性評估;加權因素比較法;危害程度分區

隨著我國社會經濟的發展和城市建設的加速，城市地下空間的利用越來越普遍，深基坑工程也越來越多、開挖深度也越來越大，對周邊環境的影響越來越嚴重，深基坑可能產生的地質災害問題也越來越受到人們的重視。本文對深基坑工程的主要地質災害類型及成因機制、主要災種的評估方法進行了歸納與總結。

1深基坑工程的主要地質災害類型

通常深基坑是指開挖深度超過5m（含Sm），或深度雖未超過Sm，但地質條件和周圍環境以及地下管線特別復雜的土方開挖、支護、降水工程。深基坑開挖容易引起基坑變形及坑壁坍塌、地下水滲透破壞、地下水位下降等現象，從而造成崩塌、滑坡、地面沉降等地質災害。

地質災害危險性依據地質災害危害程度和發育程度分為大、中、小三個級別（表1）。地質災害危險性評估可采用工程類比法、層次分析法、加權因素比較法、相關分析法、模糊綜合評判法、定量計算法等，評估結論可綜合兩種以卜方法確定。

2崩塌.滑坡災害的預測評估

2.1基坑崩塌、滑坡災害的形成機理

基坑開挖時，隨著深度的增加，基坑側壁的土壓力呈指數級增大，當土壓力接近于抗滑力或支擋結構的支擋力時，基坑壁會出現明顯的側向位移，當土壓力超過抗滑力或支擋力時，基坑壁將產生失穩滑移，巖土質基坑順向坡段開挖時，沿順向結構面易產生整體的變形與滑移，其余如滲透破壞（流土、管涌）、基坑突涌等也會造成基坑的變形、失穩。

2.2基坑潛在崩塌、滑坡評估方法

本文推薦采用定量計算法結合加權因素比較法進行評估。

2.2.1定量計算

建立基坑的工程地質模型，采用極限平衡法對基坑各側邊坡的穩定性系數進行計算，評價基坑邊坡的穩定性狀態。基坑坡率根據放坡空間大致擬定，如不具備放坡空間，則應按照直立邊坡來考慮。選擇計算方法時，應根據基坑邊坡潛在的破壞模式確定：均質土坡通常假設沿坡體內部滑動，滑動面近似于圓弧形;巖土混合質坡除內部滑動以外，還要驗算沿土層基巖接觸面的折線型滑動;巖質坡應結合結構面分析成果，對沿不利結構面或不利組合面滑動的可能性進行驗算。

2.2.2加權因素比較法

以上定量計算方法未考慮基坑的支護結構，僅按放坡條件進行計算，在城鎮地區，用地范圍周邊通常有道路、建筑等，放坡空間小，不考慮支護時的計算，絕大多數不穩定。實際上按工程常規，深基坑在開挖時都會進行支護，大部分基坑的支護措施是成功的，有少量的基坑即使進行了支護，還是會產生變形、沉降過大甚至崩塌、滑坡事故。基坑支護是否可靠與很多因素有關系，主要有技術風險、施工管理風險、環境風險。在地災評估階段，往往基坑僅有一個大致的范圍和概略的深度，因此對技術風險和施工管理方面的風險無法全面分析，根據基坑工程的經驗，基坑深度大、坑壁巖土層差、水頭高、周邊環境復雜的基坑出現問題的可能性和概率較大，因此基坑邊坡的地災評估可以按照基坑的深度、地質條件及周邊環境進行加權因素比較，概略評價基坑的風險及潛在的危險性（表2）。對于評價為發育程度強烈的基坑段，說明基坑支護的風險大，在今后的設計、施工中要特別小心和注意。

除評價危害程度和危險性評級，評估報告應闡述潛在崩塌、滑坡災害的主要影響因素和情況，分析變形破壞模式和最深一層潛在滑裂面的位置，以供后續設計、施工參考，如此評估成果才具有指導意義。

3基坑開挖引發地面沉降的預測評估

3.1基坑開挖引發地面沉降的原因

龔曉南等人認為，基坑開挖引起的地面沉降可能由以下原因造成：（1）抽水、漏水引起的地基土體固結沉降;（2）圍護結構水平位移或基坑底隆起造成的沉降;（3）基坑開挖引起砂、土流失引起的沉降，如：抽水引起的土、砂損失引起的沉降，砂、土從圍護結構中擠出造成的沉降。

圍護結構水平位移和基坑底隆起引起的沉降一般較小，沉降量與支護結構型式關系密切，地災評估階段還無法合理評價這些沉降。砂、土損失造成的沉降有一部分可歸結到崩塌、滑坡災害范疇，另外一些是由于滲透破壞產生管涌、流土造成的沉降，由于未知條件太多，評估階段也無法合理進行評價。基坑周邊含水層失水引起的固結沉降發生較為普遍，是基坑周邊地面沉降的主要部分，因此也是地災評估的主要研究對象。

3.2地面沉降預測分析

3.2.1預測指標與分級標準

通過上節的分析，地災評估主要研究方向是基坑降水、基坑漏水引起的固結沉降。按照評估規范的劃分標準（表3），地面沉降的發育程度可按近5年平均沉降速率或累計沉降量進行評價。基坑開挖引起的地面沉降將發生于基坑施工期間，一般在一年以內，因此應采用累計沉降量評價其發育程度。

3.2.2累計沉降量的計算公式

據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ120-2012），可采用如下公式估算基坑降水或漏水引起的累計地面沉降：

一般情況下，在評估過程中會做如下假設：（1）初始水位在鉆孔平均水位的基礎上，考慮水位變幅后確定;（2）水位從初始水位降落至坑底以下0. 5m;（3）降落水位以下壓縮層計算深度，原則上計算至低壓縮層頂面或隔水層頂面，且一般不超過計算剖面處的降深值，降落水位以下的沉降量，一般要在計算值的基礎上適當折減。

3.2.3地面沉降危害性分區

地面沉降的范圍取地下水降落漏斗的范圍，當基坑含水層為潛水時，可按以下經驗公式估算降落漏斗的半徑R：

式中：.s-地下水位降深;k一土層滲透系數。

基坑降水、漏水引起的地面沉降是面積性災害，越靠近降水井或基坑壁，水位下降幅度越大，沉降也最嚴重，反之沉降較為輕微。在基坑各側選擇若干計算剖面，計算各斷面處的最終沉降量，連成曲線（圖2），按表3的判斷標準，找出300mm、800mm的界限點，即可進行危害程度分區（圖2）。統計出危害區的危害對象，確定潛在災害的危險性（表1）。

結語

本文對基坑開挖可能引發的地質災害類型、危險性評估方法，作了全面、系統地闡述，在常規方法的基礎上，提出了基坑潛在崩塌、滑坡危害程度評估的加權因素比較法，提出了基坑潛在地面沉降危害程度的分區方法。

本文提出的方法是在現行技術規范、技術標準的基礎上結合工程實踐所制定的，十分便于評估工作應用，成果也較為客觀。從嚴格意義上來說，實際基坑工程中變形與滲流問題非常復雜，影響因素非常多，如何在前期全面、客觀地評估基坑工程潛在地質災害的危害程度及危險性，是今后需要不斷完善和不斷深入探討的問題。

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