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湖北省城市环境岩土工程问题综述 姚永华 彭志安 郑光华 机械工业部第三勘察研究院,武汉 430030 【摘要】 环境岩土工程是近年来迅速发展的一门新学科,也是对人类生存与发展有重大影响的一个课题, 根据国内已有的资料和工程实践,对湖北省主要的城市环境岩土工程问题做一个综合性的介绍。 【关键词】 环境岩土工程;地质灾害;城市环境 【中图分类号】 X141 A Summary of Some Environmental Geotechnical Engineering Problems in Hubei Province 【Abstract】 Environmental geotechnical engineering is a new developing subject in the recent ten years. It is also a very important sulject for people to survive and develope. Based on some materials and engineering practice in our country ,some environmenlta geotechnical engineering problems in main cities in Hubei Province are comprehensively in2 troduced. 【Key words】 environmental geotechniqual engineering;geological disaster ;urben environment 0 引 言 随着世界人口的增长,科学技术的进步和经济 建设的发展,人类赖以生存的环境日益恶化,早在 1972年6月联合国人类环境会议上发表的 人类环 境宣言 中就尖锐指出 “ 保护和改善人类环境已成为 人类一个迫切任务” 。 环境与可持续发展是当今世 界各国政府都十分关心的重大问题,更是相关学科 研究的重点。 我国政府已将可持续发展作为现代化 的 重要决策,在1994年制定了 中国21世纪议 程 中国21世纪的人口、 环境与发展白皮书。 环境岩土工程是近十多年来迅速发展的 新兴学科,它是研究人类活动与岩土环境体系 的一门学科。随着城市工程建设事业的发展, 由于人类活动与自然条件的改变而造成城市 环境岩土工程的问题愈来愈严重,产生的社会 影响也愈来愈大,也引起广大岩土工作者的极 大关注。由于我国岩土环境条件复杂,所产生 的地质灾害类型多、 频率高、 强度大,在大气灾 害、 生物灾害和地质灾害三大人类自然灾害 中,地质灾害以其造成伤亡人数多、 经济损失 重大而占据重要地位,对地质灾害的预测与防 治的研究已成为岩土工程工作者的重要课题。 本文,拟根据国内已有的研究资料和工程 实践,对湖北地区主要的城市环境岩土工程问 题作一个综合性的介绍。 1 湖北省自然地质条件概况 湖北省地处我国中部、 长江中游地区,为 华中交通枢纽,自古有 “九省通衢” 之称,水陆 交通十分发达。属亚热带季风气候,冬冷夏 热,年降水量为800～1 600 mm。湖北省地势 为西高东低,三面环山,自然地理地貌条件多 样,既有大山区与丘陵区,又有大面积平原区, 其中鄂西北及鄂西南为山区,主要有鄂西的大 巴山地及神农架3 052 m山区、 荆山、 巫山, 鄂西北的武当山地1 612 m ,鄂东北有大别 山,桐柏山及连绵的丘陵岗地,鄂东南为江汉 作者简介姚永华,1941年生,男,1965年毕业于南京大学,教授级高级工程师,主要从事工程勘察与岩土工程技 术与研究工作。 岩 土 工 程 技 术 Geotechnical Engineering Technique 2001 年第1期 No. 1 2001 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 平原,湖泊星罗棋布,素有 “千湖之省” 之称,鄂东 为低山丘陵。湖北省地质条件也相当复杂,既有 新近沉积的第四系地层,也有古老的前古生代地 层如武当山地区广泛分布的元古代变质岩系 , 从而造成湖北省的环境地质和环境岩土工程问 题的复杂多样。下面从平原城市、 山区城市、 矿 区城镇及库区城镇等四种类型地区,分别介绍湖 北省的主要城市环境岩土工程问题。 2 平原城市地区的主要环境岩土工程问题 湖北省内平原地区的主要城市有位于长 江沿岸的武汉市、 荆州市等大中城市,现以武 汉市为代表介绍平原城市地区的主要环境岩 土工程问题。 211 软弱地基问题 武汉市属长江 Ⅱ 级阶地,具有典型的二元 相结构,广泛分布有较厚的淤泥、 淤泥质软土, 其土层强度低、 压缩性高、 易流变,下部砂层中 有承压水,水文地质条件亦较复杂,给城市建 设带来许多复杂的环境岩土工程问题。 1 建筑物沉降过大,倾斜、 开裂破坏等这 方面的工程实例是大量的,有的建筑物沉降超 过1 m ,有的建筑物倾斜率达25‰,众所周知 的汉口前三眼桥一栋18层住宅楼由于软弱地 基中桩基的整体失稳而导致建筑物倾斜达 2188 m ,最后不得不炸除,成为震惊国内外的 重大工程事故。 2 基坑失稳、 滑移或坑底隆起随着近几 年来高层建筑物的发展,伴生有深基坑工程, 不少基坑由于设计施工不当,导致支护结构破 坏,基坑内桩基变形、 坑边建筑物及地下管线 变形、 位移甚至破裂以及地下水产生的管涌、 突涌引发基坑的失稳等,武汉市近几年来在这 方面的工程事故也是屡见不鲜。 3 地面大面积沉降由于软土分布地区大 幅度降低地下水,处理不当,形成大范围的降 水漏斗,致使土层压密而出现大面积的地面沉 降,并导致建筑物的变形破坏。 212 堤防工程问题 武汉市位于长江与汉水的交汇处,并有数 条支流在市区汇入,加上近百个湖泊的存在, 形成四通八达的水系网络。自古以来,频繁的 洪涝灾害已成为心腹之患,每年用于防洪工程 所耗费的人力与财力巨大,成为武汉市重要的 环境岩土工程问题之一,主要有以下几方面。 1 堤防渗透变形表现有如下形式 散浸 由于汛期江水渗透穿过堤身,在堤 内形成浸润水流。 漏洞 由于蚁穴、 鼠蛇洞、 烂树根等隐 患引起的江堤漏洞涌水。 管涌 翻砂鼓水及脱坡等。 2 堤岸崩塌 这是河水侧向侵蚀作用的 结果,在动水压力作用下,使堤身产生裂缝、 沉 陷、 小型滑坡及岸崩等现象,严重影响堤岸的 安全。 3 溃口 如对初期阶段的堤防危害不及 时处理将最终导致堤防溃口灾难性的灾害,给 国家财产和人民生命安全造成巨大损失。大 堤溃口有三种形式,一是洪水溢漫过堤顶而引 起的溃口,二是堤面裂缝扩张或脱坡导致的溃 口,三是堤身管涌的扩展使大堤开裂而溃口。 213 地面塌陷 武汉市近年来在石灰岩分布地区曾多次 发生地面塌陷,其规模较大的有 11977年9月在汉阳轧钢厂出现两个大 陷坑,直径达20 m ,深9～10 m; 21983年在武昌江边倒口湖发生地陷; 3 1988年5月武昌陆家街突然发生地 陷,陷坑深10 m; 41994年范湖乡出现地陷; 5 2000年3月市司法学校发生大型地 陷,陷坑呈4030 m的椭圆形; 62000年4月在距司法学校约2 km处 的青菱乡烽火村发生大面积地陷,陷坑13 个,直径为10～60 m不等。 上述地面塌陷主要发生在武汉市所分布 的东西向条带状石炭～二叠系石灰岩地区,由 于石灰岩中发育有隐伏岩溶,在地层岩性、 地 质构造及地下水活动的作用下产生了地面塌 53姚永华等湖北省城市环境岩土工程问题综述 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 陷。 地面塌陷灾害引起的后果是突然性的,灾 难性的,导致工厂停产,学校停课,房屋倒塌, 水电交通中断,造成严重的经济损失,对此省 市领导给予了高度重视,并及时采取有效的处 理措施。 214 特殊类土层地基 1 老粘性土的胀缩性 在武汉市的丘陵 垄岗地区广泛分布有第四系老粘性土,该土层 具有显著的超固结性、 多裂隙性,且有一部分 土层具有胀缩特性,这种土层在干湿交替变化 过程中造成土体胀缩变形,从而导致建筑物的 破坏。在沌口地区、 天河机场等地均有这种地 质灾害,特别对于基础浅埋,墙体砌筑强度低 的民用建筑物以及机场停机坪、 跑道等大面积 裸露构造物均可能出现变形破坏。 2 未经处理的人工填土的不均匀变形 武 汉市地表往往分布有具有一定厚度的人工填 土包括杂填土与素填土 , 这些土层往往填筑 时间短或土质极不均匀,未经处理就作为民用 建筑物的天然地基,由于地基的不均匀沉降而 导致建筑物的变形破坏。 3 山区城市主要环境岩土工程问题 湖北省境内的山区城市为数不少,如鄂西 北的十堰市,鄂西的宜昌市、 恩施市及利川市、 巴东县等中小城市镇 , 均有各自的山区城市 环境岩土工程问题,现以十堰市为代表,简要 评述山区城市的主要环境岩土工程问题。 十堰市位于鄂西北武当山区,老白公路贯 穿其间,这里山峦起伏,河流纵横交错,它的南 部为中低山地,山势宏伟,河谷深切,武当山海 拔1 612 m ,北部为低山丘陵,河流纵横,沟 脑,谷涧众多。十堰市及东风汽车公司二汽 就建在沿老白公路两侧海拔标高210～290 m 的河流阶地,漫滩及低山丘陵的坡脚、 山腰上, 这些地方既受洪水威胁,又极易产生滑坡与泥 石流,成为十堰二汽地区的主要环境岩土工程 问题。 311 洪水 十堰二汽地区有茅塔河、 马家河等四条规 模较大的河流,另有三十八条干流与支流,汇 水面积为503 km2。这些河流的共同特点是 河沟弯曲狭窄,无明显河槽,坡降大,旱时干枯 无水,可以徒步,稍遇暴雨就造成洪水浸槽,构 成洪涝灾害。 十堰地区在历史上曾多次发生洪涝灾害, 其中有记载的,危害较大的达十多次。最近一 次规模大的洪涝发生在1982年7月份,十堰 二汽地区共降雨21天,月降水量619 mm ,尤 其是7月21日的特大暴雨,24小时的最大降 雨量33617 mm 六堰郧地气象局记录 , 茅 塔河水库泄流量达517 m3/ s ,致使大批车间 进水、 设备损坏,公路铁路冲毁,交通中断,停 水停电,造成直接经济损失达813万元。 十堰二汽地区的防洪工程工作一直是一 项特别重要的工作,并被中央和湖北省列为全 国重点水利工程项目之一。目前,二汽厂区的 防洪工程已完成第一期水库加固及河道整治 及第二期提高防洪措施建设的工作,十余年已 发挥了应有的防洪效果。 312 滑坡 由于十堰二汽地区地处山间谷地,地形陡 峻,河谷深切,基岩裸露,降雨集中,并多有暴 雨,所分布的地层以变质片岩为主及有裂隙的 粘性土,同时断裂与层间错动发育,造成岩石 破碎,岩体松散及泥石层的大量存在,加上单 面山缓坡地段的顺层岩面为斜坡体向下、 向外 移动提供了重要的基础条件。在地层与地质 构造、 气象、 水文等诸因素作用下,使本区已有 的和潜在的滑坡十分活跃,造成严重的地质灾 害。 据二汽厂的调查研究结果,在28个专业 厂及其辅助单位中共计发现有300余处滑坡, 其分布之广,数量之多,处理费用之大,居全国 同行业之首。 313 其它地质灾害 十堰二汽地区还存在泥石流,危岩崩塌及 郧县地区的胀缩粘土,虽其规模不大,但也是 63 岩 土 工 程 技 术 2001年第1期 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 有一定的危害的环境岩土工程问题。 4 鄂东矿山城镇地区的主要环境岩土工程问题 湖北省东部为低山丘陵地区,自然资源丰 富,蕴藏有金、 铜、 铁、 煤等多种矿产资源,长期 以来由于开采矿山,抽排地下水等人类经济工 程活动,不同程度地影响和改变地质环境,诱 发了一系列地质灾害,导致相关的环境岩土工 程问题,主要表现在如下几方面 411 地面塌陷 地面塌陷是本地区最主要的地质灾害之 一,按其塌陷机制可分为两种 1 岩溶地面塌陷 由于石灰岩分布区发 育的岩溶所产生的地面塌陷; 2 矿山采空区地面塌陷 由于矿山开 采过程中不讲科学的盲目开采所诱发的地 面塌陷,同时还造成自然生态环境的极大破 坏。 412 滑坡、 崩塌、 泥石流 1 滑坡 多发生在第四系覆盖层中,以土 层滑坡为主,按其成因可分为自然滑坡和工程 滑坡。自然滑坡位于低山丘陵区,工程滑坡多 为水库、 矿山等人为切坡不当而引起的滑坡; 2 崩塌 主要发生在海拔较高,地形切割 较深,以脆性岩石为主的地区; 3 泥石流 主要发生在山高沟深、 地势陡 峻、 坡降大,便于水流汇集的地区。 413 水土流失 主要发生在低山丘陵地区,由于岩层的风 化、 侵蚀、 剥蚀及人为乱砍伐森林、 改林为田、 开挖矿山与修建公路等而引发的水土流失,并 导致生态环境的进一步恶化。 414 地方病 本地区的低山丘陵区属酸性氧化的水文 地球化学环境,热量与雨量均十分充沛,蒸发 量大于降水量,通过风化淋滤作用的结果使土 壤中大量缺失Ca、Na、Ig、K、Se等元素,在这 种生态环境中,水和食物中碘异常缺乏,成为 地方性甲状腺肿大和克汀病等地方病的高发 区。 5 库区城镇地区主要环境岩土工程问题 水库蓄水后改变了地壳内的应力场和工程 地质与水文地质条件,使位于库区的城镇产生 一系列环境岩土工程问题,主要有以下几方面 1 库区的侵蚀、 浪击作用改变了库周的水 文地质条件,导致产生坍岸、 滑坡等地质灾害, 直接危及城镇的稳定性,破坏其生产、 生活设 施。 2 库区城镇建在古滑坡体或具膨胀性土 层等不稳定土岩体上,导致建筑物破坏。 3 库区移民在兴建房屋、 道路、 开垦土地 等工程建设活动中,由于缺乏科学周密的安置 和规划,破坏了原有的生态地质平衡系统,导 致产生新的滑坡、 崩塌、 泥石流等地质灾害。 4 位于岩溶地区的水库,因库水的作用, 将引起库区城镇地区出现岩溶塌陷等灾害。 6 结 语 人类在利用与改造大自然的工程技术活 动中,既创造了巨大的物质财富和精神文明, 也带来了各种类型的灾害,使我们面临环境地 质和环境岩土工程问题的挑战和困扰。积极 开展城市环境岩土工程问题的研究与实践,是 我们岩土工作者在新世纪中的主要任务。 湖北省内不同类型城市环境岩土工程问 题和灾害遍布全省,同时也有一定的地域性分 布规律,危害程度也相差悬殊,且具有各自的 成因机制,我们的研究与防治工作要有重点、 有步骤,因地制宜地进行。 环境地质与环境岩土工程学是一门新兴 的应用学科,还没有形成完整的理论和成熟的 技术方法,相信随着我国现代化的进程,该学 科从理论到实践均将得到全面的发展,在实施 我国的可持续发展中做出新的贡献。 本文在撰写过程中,引用了前人已有的研究成果 资料,在此表示衷心感谢。 收稿日期2000Ο10Ο24 73姚永华等湖北省城市环境岩土工程问题综述 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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