广州某新建图书馆因深基坑开挖易引发的地质灾害类型及成因分析

谢 芳

（广东省有色矿山地质灾害防治中心，广东 广州 510080）

拟建工程地处珠江三角洲冲积平原，位于广州市天河区，用地范围内原为荒地，场地中部高程约为30m，西侧及东侧高程约25m，中部向两侧高程缓慢变低。根据规划，建设内容为一栋15层的广州科技图书馆，高51.90m，占地面积约8127m2，总建筑面积50427m2，其中地上建筑面积26531m2，地下建筑面积23896m2。结构采用钢框架结构（钢管混凝土柱）。内容包括：地上11层，高51.90m，建筑面积26531m2，设计地坪高程为30.00m；地下建筑为4层地下室，开挖深度约23.00m，建筑面积23896m2。基坑底板标高为7.00m，基坑安全等级为一级。地基基础设计等级为甲级，地基变形允许值：整体倾斜0.003，相邻柱基沉降差0.002L。估算工程建设总投资费用约96000万元。

1 地质环境条件

1.1 地形地貌

拟建工程地处珠江三角洲冲积平原，位于广州市天河区老城区，场地中部高程约为30m，西侧及东侧高程约25m，中部向两侧高程缓慢变低，项目用地为不规则形。用地红线范围已进行围蔽，无建构筑物，被杂草覆盖。场地四周陡坎外围已进行浆砌块石支护。评估区最高点高程约37m，最低地面标高约17m。地形地貌复杂程度简单[1]。

1.2 气象水文

评估区地处珠江三角洲地区，属亚热带海洋季风气候。冬季多发2级～4级北风、西北风，一般风力、风向稳定。评估区地处南亚热带、热带海洋性季风气候区，终年温暖湿润，根据1981年～2017年气象统计资料，年平均气温22.28℃，其中以7、8两月气温最高，月平均＞28 ℃，历史最高温39.1℃（2004年7月1日）；1、2月份气温最低，月平均气温在13℃上下。受亚热带海洋性气候影响，区内降雨量极为丰富，年平均降雨量1874.19mm（1981～2018），极端年最大降雨量2939.70mm（2016年），雨季5月～8月降雨量占全年降雨量的60%以上。

评估区位于广州市天河区，区内无地表径流和水系分布，评估区内既有建筑处在正常使用状态中，具备完善的市政排水系统。虽然区域上河网隶属珠江水道，但距离较远，约4100m。珠江前航道为感潮河流，潮汐类型为不规则半日潮，每日基本上有二涨二落，往复流十分明显，历年最高潮位7.62m（老雅岗站），百年一遇潮位7.79m，最低潮位3.64m，多年平均潮位7.02m（1950～1990），年平均潮差1.50m，广州河道除遇较大洪水外，基本受潮流控制，即使在汛期，潮流影响仍很显著。评估区地面标高大多在25m以上，高出历年最高潮位17m多，并且珠江防洪堤按100年一遇的标准进行修筑，因此受珠江潮汐的影响较小。

1.3 地层岩石

评估区区域上地层主要包括白垩系（K）和第四系（Q）。

其中白垩系大塱山组（Kdl）分布于评估区西侧、南侧，主要岩性为泥质砂岩，倾向约60°，倾角约15°～26°，红褐色，风化较强烈，岩芯呈半岩半土～碎块状，遇水易软化，局部含砾石。岩体破碎，岩质极软，岩体质量等级为Ⅴ类。层顶标高15.53m～38.91m，层顶埋深0.00m～16.20m，揭露厚度1.80m～36.10m，平均19.04m。第四系（Q）在区域内广泛分布，主要包括坡积层（Qdl）和残积层（Qel）。

坡积层（Qdl）：土性主要为粉质黏土，红褐色、黄褐色，硬塑，粘性较差，干强度较差，含较多碎石，为坡积土。层顶标高31.23m～42.99m，层顶埋深0.00m，层厚2.90m～16.20m，平均7.36m。

残积层（Qel）：土性主要为砂质粘性土，黄褐色，可塑、硬塑，含较多粉细砂，为花岗岩风化残积土，遇水易软化、崩解。层顶标高18.28m～34.51m，层顶埋深0.70m～11.60m，层厚2.90m～14.10m，平均7.48m。

评估区内基岩为中侏罗世联和序列同和单元（J2T），为中、粗粒斑状黑云母二长花岗岩，灰白色，成分及结构不均匀，局部见有暗色包体及榍石[2]。

1.4 地质构造与不良地质作用

根据收集的评估区勘察资料及现场调查，评估区范围内无揭露断层通过，未发现断裂构造踪迹，亦未见构造破碎带或岩体扭曲构造迹象，未见褶皱断裂。

1.5 水文地质概况

评估区地下水类型可划分为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水两类，其中松散岩类孔隙水广泛赋存于区内第四系土层中，主要含水层为第四系杂填土层（Qml），松散岩类孔隙水主要存在素填土层（Qml）以及粉质黏土（Qdl）和砂质黏性土层（Qel）中，富水性贫乏。基岩裂隙水的含水层为白垩系泥质砂岩(Kdl)和中侏罗世联和序列同和单元（J2T）强风化岩，富水性属贫乏～中等，富水性不均。

评估区地下水的主要补给来源来自于大气降雨，每年4～9月份是地下水的补给期，10月至次年3月为地下水的消耗期和排泄期。评估区4.1km外有珠江前航道，故丰水期第四系松散岩类孔隙水含水层也接受周围河水的补给，旱季则以潜流的方式向珠江前航道排泄。基岩裂隙水主要受同一含水层渗透补给，同时也接受松散岩类孔隙水的越流补给。

地下水迳流条件受地形限制，本场地南高北低，其运移方向是由南向北流，迳流途径较长。地下水排泄途径为民井开采及地表蒸发。地下水排泄不畅，水交替循环缓慢。

本场区地下水动态变化主要受大气降雨的影响，地下水年变化幅度不大，一般为0.45m～1.50m。根据区域水文地质资料和勘察资料，松散岩类孔隙水地下稳定水位埋深一般在2.40m～13.40m之间，埋藏较浅，水位变化反应迅速；承压型基岩裂隙水由于渗入补给时间较长，往往具滞后现象。

1.6 人类工程活动情况

评估区原始地貌位于珠江三角洲冲积平原，在漫长岁月中由于不间断的工程活动形成今天的城区格局，极大改变了原有的地形地貌。而且随着城市化进程的不断发展，周边的旧城改造工程也不断加剧，主要工程活动有建筑安装工程、交通工程等，南部为金颖大厦，有两层地下室，基坑开挖深度约10m。这已经改变了原有的地质环境条件包括地形地貌、岩土体工程地质条件和水文地质条件，并将继续改变地质环境条件。因此人类工程活动影响地质环境程度强烈。未来人类工程活动如填土、基坑开挖等可能会引发地质灾害，故人类工程活动属于地质灾害致灾的激发因素。

2 地质灾害预测分析及综合分区评估

2.1 地质灾害预测分析

根据评估区的地质环境条件和拟建工程的特征，预测工程建设可能引发的地质灾害为地面沉降和崩塌/滑坡，工程建设可能遭受的地质灾害为地面沉降和崩塌/滑坡。

（1）崩塌/滑坡：工程存在基坑开挖，基坑周长327m，开挖深度23m，在自重和地下水压力作用下，极易发生基坑边坡崩塌/滑坡。基坑边坡发生崩塌/滑坡后，岩土体往基坑内位移，导致周边地面下沉开裂，从而致使建筑物基础或基底差异沉降，引起建构筑物开裂、倾斜和管线的破坏等，造成财产损失，并威胁到居民的生命安全，后果严重；基坑开挖到回填至±0.00的时间段内，均有较多的施工人员和机械设备在作业，基坑边坡发生崩塌/滑坡后会导致相关机械设备和地下未完结构工程的报废破坏，不但增加施工难度和成本，延长施工周期，并可能伤害到相关人员，从而造成较大的经济损失。

（2）地面沉降的主要地质因素包括两个方面：一是用地范围内第四系冲积层和残积层厚度较大，且厚度变化大，以致在填土或其它地面荷载的作用下，会产生压缩沉降，而且不同部位的压缩量会有差异，造成地基不均匀沉降；二是新近填土处于松散欠固结状态，在上部荷载和自重的作用下会发生较大的压缩固结，从而产生沉降，降雨淋滤加快这一进程，地基土的总沉降量与填土层厚度呈正相关关系，填土层厚度越大，总沉降量也越大，填土层厚度差异越大，引起的不均匀沉降也越明显，因此，工程建设中填方土体也是造成地面沉降的一个较重要原因。

预测工程建设可能引发的地质灾害为地面沉降和崩塌/滑坡，其中地面沉降地质灾害潜在的危害小，危险性小；崩塌/滑坡地质灾害危害程度大，危险性大。

2.2 地质灾害综合分区

依据地质灾害现状评估和地质灾害预测评估结果，评估区地质环境条件的差异和潜在地质灾害隐患、地质灾害发育强度、地质灾害危险程度和受灾体对象及经济损失等，结合工程建设实际情况，确定评估区各区段危险性的评估要素（量化指标）见表1。

表1 地质灾害危险性分区表

结合拟建工程特点和用地范围，将整个评估区划分为危险性大区和危险性小区两个级别区。①危险性大区：基坑开挖地段，基坑开挖深度23m，关于基坑影响范围，考虑按外扩2倍基坑深度范围，即按地下室边线外扩46m范围内的区域。②危险性小区：评估区内红线以外的其它区域，面积10666m2，占评估总面积的27.27%。

3 防治措施

3.1 地面沉降防治措施

地面沉降主要是填土和第四系土层的压缩固结引起，可采取以下措施进行防治：①加强勘察工作，掌握地下软土层厚度和岩土性能，为设计提供充分依据。②进行地基处理专项设计：对道路地面沉降可采用复合地基处理如搅拌桩加固或注浆方式进行加固或换填处理以减小沉降；对可能影响到的管线设置保护结构，如帷幕止水以防止地面下沉从而减少管线变形开裂，采用刚性桩支挡以防止管线侧向位移等。③通过试验确定填土的最优参数，以保障填土的压实质量。④加强施工过程质量控制，确保质量达到设计和规范要求。

3.2 基坑边坡崩塌/滑坡防治措施

①进行科学的基坑支护工程设计，如利用排桩+内支撑进行挡土、搅拌桩或旋喷桩止水。②严格按设计和规范要求进行施工。③确保截排水系统的正常使用，雨季施工时做好防护措施。④减小或禁止基坑顶附近堆载。⑤基坑开挖严格按照“水平分段垂直分层”的开挖方式进行。⑥加强对基坑开挖的安全监测，建立应急预案，以预防和减小基坑边坡崩塌/滑坡带来的危害和损失。

4 建议

（1）根据评估，用地范围可作为建设用地，不需要考虑工程避让方案或另行择址。

（2）建议建设单位落实地质灾害防治工程“三同时”制度，将地质灾害防治工作贯穿于工程建设“三同时”过程中。

（3）基坑支护及土方开挖施工应制订专项方案和应急预案；施工过程中应加强基坑变形监测工作，制订应急预案，以防止或减少基坑崩塌/滑坡所造成的损失。

尤其需要注意的是：拟建工程用地附近地下有写字楼及其相关管线，工程设计和施工时应充分考虑到这一不利因素，以免导致工程事故和地质灾害。

根据调查，金颖大厦有两层地下室，基坑开挖深度约10m，基坑底板标高高于场地开挖基坑底板标高。施工时应注意锚索不能太长，不能延伸至大厦侧壁。

（4）其他建议：在工程施工过程中和施工完成后，应注意做好环境保护措施，防止尘埃、水土流失及造成环境污染的不良现象。