蚌埠民用機場地質災害危險性評估

［關鍵詞］蚌埠民用機場；地質災害；危險性

結合民用機場規劃設計規范：要求截至2020年至少有八成的縣級行政區具備1.5 h車程航空服務能力。蚌埠民用機場為了響應國家的號召，于2013年正式開發。由于民用機場在建設過程中，需要確保地質穩定性符合建址要求，需制定科學的地質災害危險性評估規劃，指導順利完成機場建設任務。

1．蚌埠民用機場概述

1.1 地理位置

蚌埠民用機場擬建地點，是在淝河鄉騰湖村以及邵樓村的交匯之地，它與鮑集鎮有著4.5 km的距離，而與市中心則有41 km 間距。其坐標位置在（E117°00'31″，N33°48'34″）到（E117°00'36″，N33°48'36″）范圍內。此機場擬建位置坐落于安徽省北部，因其與上海、合肥等地有著良好的交通條件，建成后可改善交通運輸環境[1]。

1.2 格局布置

在蚌埠民用機場擬定項目中，因當前各機場選擇的民用機型多以A320、CRJ-200、B737為主，在跑道設置以及載客容量等參數設計環節，需以此為基礎。考慮到當地交通條件，預計將它的年容客量設置為300萬人次，將飛行距離保持在3000 km以內。此項目的預算在9.64億元左右。因該區域往年（1481 ～1999年）曾發生過11次震級在四級以上的地震以及1次六級大地震，所以，機場建設項目理應將設防烈度設為7°。

此外，對于飛機跑道尺寸的設計，可結合整體布局要求，以2600 m×45 m為主，搭配寬度在1.5 m左右道肩。因飛機具備緊急迫降功能，為了維護飛行安全，還需在此機場內部為其提供長2720 m，寬300 m的迫降跑道，還需保有6個飛機駐停空間。對于航站樓等建筑物的設置，設計人員可將其面積保持在0.01 km² 范圍內，供來往人員停車的空間可為0.008 km²。本項目還需注重道路的整體布局，參照（表1）設計標準設置道路規格。

2．蚌埠民用機場區域地質環境條件

2.1地形地貌

擬建項目地處淮北平原中部，地勢平坦，起伏不大，地面高程一般為18.1～24.8 m，河流自北至南流入淮河。區域地貌按形態特征分為淮北平原區，根據地貌特征按成因形態類型，劃分為河漫灘（Ⅰ）、河間洼地（Ⅱ）和河間平地（Ⅲ）3個微地貌類型。地表巖性為第四系上更新統茆塘組粉質黏土。

2.2 氣象水文

蚌埠民用機場所在地屬于季風氣候，年降雨量為900 mm。夏季蒸發量可達到623.7 mm，而冬季則為176.1 mm。尤其在每年的六月份，能夠保持225.1 mm 的蒸發量（圖1）。本項目周邊區域鄰近河流包括淮河以及北淝河等，河流的深度在1.5 m左右，雖然當地出現洪災、澇害的風險較低，但也需要考慮水文地質災害情況，及時予以科學評估。

2.3 水位地質條件

根據地下水貯存介質特征和含水空隙的類型，將區域內地下水類型劃分為松散巖類孔隙水和紅層孔隙裂隙水。①松散巖類孔隙含水巖組：淺層含水層主要由第四系上更統茆塘組砂性土組成，巖性、厚度差異較大，該含水層厚度一般不大。單井涌水量一般小于500 m³/d，富水程度中等。地下水水位埋深一般0.5～2.5 m，年變幅1.5～2.5 m。地下水水化學類型主要為HCO₃^－-Ca²⁺，溶解性總固體含量＜1.0 g/L。

中深層含水層主要由第四系中更新統潘集組和新近系的粉砂、細砂組成，含水層較穩定，厚度20.0～50.5 m。單井涌水量一般500～1000 m³/d。地下水水位埋深1.0～5.0 m，年變幅1.0～3.0 m。地下水水化學類型主要為HCO₃^－-Ca²⁺，溶解性總固體含量＜1.0 g/L。

②紅層孔隙裂隙水：主要由古近系界首組碎屑巖組成，巖性主要為泥巖、泥質砂巖夾砂質泥巖等，隱伏于新近系松散層之下，地下水主要賦存于風化及構造裂隙。單井涌水量一般＜50 m³/d，富水程度弱。地下水水位埋深2～6 m。地下水水化學類型主要為HCO₃^－-Na+.Ca²⁺型，溶解性總固體含量＜1.0 g/L。

淺層孔隙水主要受大氣降水、地表水和灌溉回滲補給，深層孔隙水主要接受水平側向補給和垂向越流補給；地下徑流滯緩，主要流向淮河；排泄以蒸發及人工開采為主。基巖裂隙水主要通過上覆松散層間接接受大氣降水補給及側向徑流補給，排泄方式以側向徑流為主。

2.4 地層巖性

機場區域內地表均為第四系上更新統茆塘組粉質黏土，其下為第四系中更新統潘集組和新近系館陶組地層，松散層厚280～305 m；下伏基巖為古近系界首組。巖性由老至新特征如下：古近系界首組：隱伏于松散層之下，巖性主要為泥巖、泥質粉砂巖與粉砂質泥巖互層，局部夾砂礫巖；厚度957～1289 m。新近系館陶組：廣泛隱伏于評估區。上部為灰綠色黏土、粉質黏土夾含礫細砂、中粗砂等；下部為灰綠色、棕紅色黏土、粉質黏土夾含礫的中粗砂，部分地段已呈半膠結狀。厚度大于100 m。第四系：①潘集組：下部為淺棕紅色粉質黏土、黏土夾結構密實分選性較好的黃色粉砂、細砂、粗中砂；上部為青黃色亞黏土，結構緊密，含鈣質結核和鐵錳質結核的粉質黏土、黏土，夾薄層粉質黏土。②茆塘組：巖性主要為褐黃、灰黃色色粉質黏土，局部夾黏質粉土、粉砂，可塑—硬塑，局部堅硬，含鐵錳質和鈣質結核，見鐵錳質浸染。

3. 蚌埠民用機場地質災害現狀

3.1 工程建設可能引發的地質災害

工程建設活動可能引發的地質災害種類主要包括崩塌、滑坡、地裂縫、地面塌陷、地面沉降。根據本工程實際情況，蚌埠民用機場工程建設只可能存在基坑崩塌地質災害；本工程占地面積最大建筑物為跑道，平面尺寸2600 m×45 m，結構類型水泥砼地面，不存在開挖工程，不考慮基坑崩塌地質災害；最主要建筑物通航基地、站坪、航管樓、氣象樓、綜合業務樓等為1～2層房屋建筑物或鋼質構架，基礎埋置深度0.5～1.2 m，不考慮基坑崩塌災害；油庫工程平面尺寸55 m×50 m，箱形混凝土結構，基礎埋置深度2.5 m，不考慮基坑崩塌災害。場區道路主路寬15 m，次道寬10 m，基礎埋置深度均為0.5 m，不存在開挖工程，不考慮基坑崩塌地質災害；給水管、排水管、煤氣管、電力電纜、電信電纜采用地下埋設，開挖深度小于1.5 m，不考慮基坑崩塌災害。綜上擬建建筑物基礎開挖深度小于3 m，基礎施工不會引發基坑崩塌地質災害。

3.2 建設工程可能遭受的地質災害

根據地質環境條件和人類工程活動，預測建設工程可能會遭受膨脹土變形地質災害。擬建工程場地表層覆蓋為第四系上更新統茆塘組（Qp3 m）黏土，根據本次采集擾動土樣（取樣深度1.3～2.5 m）的測試結果，自由膨脹率為41.0%～54.0%，根據《工程地質手冊（第四版）》膨脹土的膨脹潛勢分類標準，具弱膨脹潛勢。

擬建場地大氣影響深度按《膨脹土地區建筑技術規范》（GB50112-2013）確定。膨脹土濕度系數（Ψw）按下式計算：Ψw=1.152-0.726α-0.00107C式中：α—當地9月至次年2月的蒸發力之和與全年蒸發力之比。C—全年中干燥度（即蒸發力與降水量之比）大于1.00的月份的蒸發力與降水量差值之總和（mm）。

根據蚌埠市懷遠縣多年月平均蒸發量和降雨量等氣象資料，按上述公式計算并查表求得：擬建工程場地大氣影響深度為3.50 m，大氣影響急劇層深度是1.58 m。

膨脹土中的黏粒成分中含有較多的高嶺石、蒙脫石、伊利石等礦物成分，這些礦物組分有很強的親水性，因含水量發生變化時，易引起土體體積的變化，即膨脹或收縮，從而對建（構）筑物產生破壞。預測擬建工程可能遭受膨脹土變形地質災害的危害，①根據本次評估取樣測試結果，擬建工程場地膨脹土自由膨脹率為41.0%～54.0%，為弱膨脹潛勢，評估區內有大量民房和晾曬場出現不同程度的裂縫，可能是遭受膨脹土變形地質災害所致，發育程度較弱；②膨脹土地質災害威脅對象主要為擬建工程場地內基礎埋設在二層黏土內的跑道、通航基地、站坪、航管樓、氣象樓、綜合業務樓等，膨脹土可能使上述建（構）筑物出現開裂、變形現象，影響使用壽命與安全性，跑道的安全對機場的運行至關重要，可能直接經濟損失100萬～500萬元，危害程度情況參照《地質災害危害程度分級表》（表2），其危害程度中等；③擬建工程可能遭受膨脹土變形地質災害的危險性情況參照《地質災害危險性分級表》（表3），危險性中等。

4．蚌埠民用機場地質災害危險性綜合分區評估

4.1 評估方法

依據評估區地質環境條件，結合不同地質災害種類，根據地質災害危險性現狀評估、預測評估結果，充分考慮地質環境條件的差異，按照“區內相似、區際相異”的原則，采用定性、半定量分析法，進行地質災害危險性綜合分區評估。

4.2評估標準

蚌埠民用機場在開展地質災害危險性評估工作時，須對擬建場地中的地質災害情況實施預測，進而根據危險性評估結果提出防治措施，用于提升此地址的適宜性，以免隨著地質災害的蔓延，加劇機場區域的風險。在判定地質災害危險性程度時，須參照（表4）所述標準，對蚌埠民用機場的地質災害情況進行評估，由此知曉其地質災害防治必要性。

4.3評估過程及評估結果

根據地質災害現狀評估、預測評估結果和地質災害危險性綜合分區原則與量化標準，綜合分析評估區內地質環境條件，將整個評估區劃為1個地質災害危險性區，即：膨脹土變形地質災害危險性中等區（Ⅰ區）。蚌埠民用機場評估區域面積為6.46 km²，地面標高20.1 ～23.5 m，微地貌類型為河間平地和河間洼地。地表分體為第四系上更新統黏性土，具有弱膨脹性；下伏基巖為古近系界首組泥巖、泥質粉砂巖和砂質泥巖等，地層巖性、巖相穩定，地質構造條件較簡單，巖土體工程地質性質較差；區內地下水為松散巖類孔隙水和基巖類裂隙水，水文地質條件良好；評估區內主要為農業耕作區，無大規模建設工程，人類工程活動對地質環境的影響程度一般。經過調研評估，可發現，蚌埠民用機場中的地質災害主要為膨脹土變形。由于在蚌埠民用機場擬建區域內，存在明顯開裂現象，在對其土壤自由膨脹率等指標實施評估時，判定為此地確實存在膨脹土變形地質災害情況。尤其在邵樓村張袁組地塊處，具有31.9%的開裂率。處于開裂期的房屋建筑地基土壤成分屬于黏性土，對其開裂幅度予以測量，達到了2 m×3 mm的開裂尺寸。此地區的房屋建筑屬于遺留建筑，多具有60年歷史，隨著災害的擴散，造成機場擬建區域存在明顯的損壞跡象，需根據地質災害危險性評估結果，事先編制防治計劃，以免機場建成后引發安全事件。結合上述危險性等級評估規定，根據“區內相似、區際相異”的原則，采用定性、半定量分析法，將評估區按地質災害組合類型的不同劃分為1個地質災害危險性區，即：膨脹土變形地質災害危險性中等區。綜合評估建設場地適宜性為基本適宜[2]。

5．蚌埠民用機場地質災害防治措施

地質災害的防治應貫徹“以防為主，防治結合”的原則，以達到保護地質環境，避免和減少災害損失的目的。針對蚌埠民用機場區域內存在膨脹土變形地質災害，根據擬建建設工程的特點提出地質災害防治措施。

5.1 加強跑道改造

在擬定的跑道尺寸上，基本上可按照上述提及的規格予以設計，但為了避免此種地質災害出現擴散問題，需對跑道建設過程中接觸的土壤成分實施改良。例如，施工人員在跑道施工環節，需在道路分層中新增砂石墊層，又或是針對原有黏性土進行改良，使其整體性能有所變化，一是能確保改良后的土壤在建設跑道時，可以削弱變形可能性；二是運用砂石等材料增添跑道基層的穩固度，防止出現開裂等不良后果。在跑道改造中，可利用下列方法實施土壤改良：第一，施工人員可在跑道施工初期，向地基土中投放改良劑。如在地基土上平鋪3 mm左右的生物質碳顆粒，繼而改善其黏性。但此種方法經濟性較差，會導致此項目成本超支，需結合實際情況擇優而選；第二，于跑道地基土中摻入25%或者50%的沙子，摻有沙子的土壤會提升通透性，必要時還可對地基土進行深翻，在翻耕40 cm后，土質結構有所轉變。

此外，在跑道改造設計中，還可增設排水溝，促使跑道內形成的積水，能快速排出，至于排水溝的底部，可利用樹脂材料增加抗滲性，便于在排水溝輔助下，蚌埠民用機場內部設置的跑道，能夠擁有良好的實用性，搭配格擋，維護跑道使用安全。

5.2 新增防水建筑

蚌埠民用機場在選定建設地址后，專門開展了危險性評估工作，僅有一處評估區屬于地質災害中等危險區，對于膨脹土變形危害，還可通過防水建筑，有效消除危害產生的不利影響。為了進一步增加機場內建筑物的穩定性，還可上調建筑物的地基埋設深度，一般需至少埋深1.58 m，這樣才能避免膨脹土在變形過程中，對機場設施帶來破壞。同時，對于機場內建設的建筑物，也應當利用上述方法對地基土實施有效改良，包括選用石灰等材料，改善土壤性能，還需加強地基防水設計，以免在六七月份大量降雨的條件下，造成地面上出現積水，滲漏后，加劇膨脹土變形危害程度。所以，在危害防治中，還需要善于借助多樣性防水材料，促使膨脹土能夠保持穩定狀態，避免變形后對建筑結構以及機場內陳設的設施帶來危害[3]。

5.3 注重地質調查

由于蚌埠民用機場屬于重要建設項目，在正式施工前，需加強地質調查，之后才能結合施工方案作出調整，促使建成后的民用機場符合航運要求。

首先，需確定好評估范圍，以淮北平原南向區域作為重點評估范圍，對關聯的五個村落建筑物分布情況實施有效調研，還需記錄地質信息，包括了解此區域內是否存在既往開采項目，房屋建設年限、是否存在耕地等，這些都應當呈現在調研報告中，以供相關人員結合數據判定當前地質條件是否對項目存在威脅；其次，對機場擬建區域標高、彎曲度以及土層厚度等參數進行調查，調查后其標高在23.5 m左右，坡度未超過6°，分布305 m的松散土層，以黏性土為主，地下水分布不豐富。待記錄好調查數據進行匯總，逐一核對施工方案細節；最后，需由調研勘探人員采用高新技術出具地質調查報告，聯合評估報告提升建設質量。

6．結論

綜上所述，本次評估分析結果為機場地質災害危險性為中等，主要原因為膨脹土變形。蚌埠民用機場作為規劃中的項目，在其規劃建設初期，須結合地理位置以及水文條件，切實做好地質災害危險性評估工作，結合膨脹土變形災害評估結果，從跑道改造、防水建筑、地質調查等方面落實防治內容，避免因膨脹土變形造成蚌埠民用機場出現安全隱患，繼而在危險性評估中增加地質穩定性。