2021年05月13日 星期四
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浅谈平原区建房遇到的典型工程地质问题

2021-2-9 7:32:25 来源:中国矿业报 作者:王睿

我们这里指的平原通常是冲积平原,因河流冲积而形成。这些平原之所以“平”,是由于河流到达下游时,流速变缓,把大量的泥沙堆积在两岸,日积月累,这些沉淀物就慢慢形成了平原。从上游带下来的泥沙会堆积在平原上,形成厚厚的泥沙层。这些泥沙是哺育人类文明的优良土地,肥沃的土壤可以大面积种植农作物,地面也适合建造大规模的城市。但在这样的平原上建造房子,会因以下几方面的土壤问题,而让建筑物存在很多风险。

软土变形

形成原理:

最常见的一种不良地质类型就是软土。这种土层是在静水或者缓慢流水环境中沉积而成,它颜色深,土壤颗粒细小,里面含有水分多不容易流失,地表禁不起重力。软土经常出现在河流沿岸、湖泊附近,在平原和沿海地区经常会遇到。

由于软土在平原区分布十分广泛,软土上的高楼陷进土中的事情也曾有发生,只不过过程十分缓慢,也就是我们所说的“地面沉降”。

治理措施:

软土之所以软,是因为土壤中含水,如果能把里面的水挤出来,把土压实,软土就会变成可以支撑高楼的硬土。其中第一种方法,叫做“排水法”。通过在工程场地挖盲沟,让水分通过盲沟流出来,并且可以在盲沟里放置石灰来进一步吸水。另一种方法,叫做“强夯”。用很重的大铁盘把软土砸实,不让它自由变形,从而提升工程性质。还有一种方法是通过真空的原理,在土地上铺一层塑料膜,把软土封起来,进行抽气,这样既能把软土中的水抽出来,又能利用大气压,把软土进一步压实。此外,如果软土的范围小或厚度小,甚至可以通过把软土挖掉,换填为其他的优良土壤,或者在里面加入其他物质来改变软土的性质,以达到保证建筑长久安全的目的。

沙土液化

形成原理:

随着河流沉积下来的,除了土壤,还有沙子,就像湖边、海边的沙滩。这样的沙土是很常见,有的密实,有的松散。密实的沙土是良好的天然地基,可以在上面安稳盖房子,松散的沙土本身也有一定的支撑能力,但是在松散沙土中盖房子,会存在一种可怕的现象,就是“沙土液化”。

比如我们在海边漫步,走在湿湿的海滩上,一步一个浅浅的脚印,这时的沙土是可以承受我们的重量,但当我们快速地在吸饱了水的沙滩上踩踏,就会发现原本结实的沙滩,好像变软,流动了起来。

这样的原理就是饱水的疏松粉沙、细沙土,在外力反复震荡下,沙土发生颗粒移动并变密,沙粒间孔隙减小,但是水没有办法瞬间跑出去,这就致使沙土本身不再受力,而是悬浮在水中,互相之间无法支撑,使得原本稳定的沙土,变成了类似于液体的性质,像流沙一样能够滑动。同理,当我们在沙土上建造房屋, 当发生地震的时候,强烈的震动就会引发大规模的沙土液化,会导致上部建筑倒塌、陷落或漂移等,如果水压超过上部覆盖层的强度还会导致喷沙冒水的现象。

一个典型的例子,1964年日本新潟市发生地震,由于当地的楼房整体性都比较好,没有因地震发生坍塌,但因为发生了大规模沙土液化,使楼房在地震中像火柴盒一样整体倾斜,有的虽然没有完全倾倒,但已转过20°~30°的角度,不能居住。

治理措施:

想要防范沙土液化导致的灾难性后果,要从打破它产生的条件入手。一方面,可以通过工程手段改良沙土本身的性质,例如通过土层置换等方法硬化土层,或者通过压实、排水等方法把沙土加密降低它的含水量。只要沙土含水不多,或者沙粒足紧密,就不会出现液化的现象。另一方面,在没有经过处理的沙土中建房子,也可以在建筑结构上下功夫,使得建筑不会受沙土液化的影响。

岩溶塌陷

形成原理:

岩溶,又叫喀斯特,是水对可溶性岩石(碳酸盐岩、石膏、岩盐等)进行以化学溶蚀作用为主,流水的冲蚀、潜蚀和崩塌等机械作用为辅的地质作用,以及由这些作用所产生的现象的总称。简单地说,就是一些可以被水溶解的岩石,在水流作用下,逐渐被掏空,形成空洞,如桂林七星岩、“天坑”等,就是岩溶作用的杰作。

岩溶作用在山区里可以形成奇异的风景,但是在城市土壤下我们看不到的地方,就变成了工程隐患。如果房子建在了地下有溶洞的地方,当地下水剧烈变化,使溶洞的顶部变薄,或者把溶洞上面覆盖的土壤冲走,就有可能发生地面塌陷的事故,使房屋、道路发生破坏。

防治措施:

对于岩溶塌陷造成危害的防治,一般以早期预测、预防为主,治理为辅,防治相结合的办法。此外,对于地下水控制对于治理岩溶也是非常重要的。

其他工程地质问题

除了上面所讲到的几种平原区的典型工程地质问题外,还存在有地裂缝、活动断层、浅层气、地下水等对工程建设不利的地质条件。有的地质条件会直接产生工程问题,例如活动断层;有的地质条件会和其他条件共同作用,引发灾害,例如地下水。但无论是哪一种工程地质问题,都会需要地质学家和工程师来共同发现、解决,从而保障城市安全建设有序运行。

(作者单位:中国地质调查局南京地质调查中心)

网站编辑:宫莉

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