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    淺談平原區建房遇到的典型工程地質問題

    2021-2-9 7:32:25 來源:中國礦業報 作者:王睿

    我們這里指的平原通常是沖積平原,因河流沖積而形成。這些平原之所以“平”,是由于河流到達下游時,流速變緩,把大量的泥沙堆積在兩岸,日積月累,這些沉淀物就慢慢形成了平原。從上游帶下來的泥沙會堆積在平原上,形成厚厚的泥沙層。這些泥沙是哺育人類文明的優良土地,肥沃的土壤可以大面積種植農作物,地面也適合建造大規模的城市。但在這樣的平原上建造房子,會因以下幾方面的土壤問題,而讓建筑物存在很多風險。

    軟土變形

    形成原理:

    最常見的一種不良地質類型就是軟土。這種土層是在靜水或者緩慢流水環境中沉積而成,它顏色深,土壤顆粒細小,里面含有水分多不容易流失,地表禁不起重力。軟土經常出現在河流沿岸、湖泊附近,在平原和沿海地區經常會遇到。

    由于軟土在平原區分布十分廣泛,軟土上的高樓陷進土中的事情也曾有發生,只不過過程十分緩慢,也就是我們所說的“地面沉降”。

    治理措施:

    軟土之所以軟,是因為土壤中含水,如果能把里面的水擠出來,把土壓實,軟土就會變成可以支撐高樓的硬土。其中第一種方法,叫做“排水法”。通過在工程場地挖盲溝,讓水分通過盲溝流出來,并且可以在盲溝里放置石灰來進一步吸水。另一種方法,叫做“強夯”。用很重的大鐵盤把軟土砸實,不讓它自由變形,從而提升工程性質。還有一種方法是通過真空的原理,在土地上鋪一層塑料膜,把軟土封起來,進行抽氣,這樣既能把軟土中的水抽出來,又能利用大氣壓,把軟土進一步壓實。此外,如果軟土的范圍小或厚度小,甚至可以通過把軟土挖掉,換填為其他的優良土壤,或者在里面加入其他物質來改變軟土的性質,以達到保證建筑長久安全的目的。

    沙土液化

    形成原理:

    隨著河流沉積下來的,除了土壤,還有沙子,就像湖邊、海邊的沙灘。這樣的沙土是很常見,有的密實,有的松散。密實的沙土是良好的天然地基,可以在上面安穩蓋房子,松散的沙土本身也有一定的支撐能力,但是在松散沙土中蓋房子,會存在一種可怕的現象,就是“沙土液化”。

    比如我們在海邊漫步,走在濕濕的海灘上,一步一個淺淺的腳印,這時的沙土是可以承受我們的重量,但當我們快速地在吸飽了水的沙灘上踩踏,就會發現原本結實的沙灘,好像變軟,流動了起來。

    這樣的原理就是飽水的疏松粉沙、細沙土,在外力反復震蕩下,沙土發生顆粒移動并變密,沙粒間孔隙減小,但是水沒有辦法瞬間跑出去,這就致使沙土本身不再受力,而是懸浮在水中,互相之間無法支撐,使得原本穩定的沙土,變成了類似于液體的性質,像流沙一樣能夠滑動。同理,當我們在沙土上建造房屋, 當發生地震的時候,強烈的震動就會引發大規模的沙土液化,會導致上部建筑倒塌、陷落或漂移等,如果水壓超過上部覆蓋層的強度還會導致噴沙冒水的現象。

    一個典型的例子,1964年日本新潟市發生地震,由于當地的樓房整體性都比較好,沒有因地震發生坍塌,但因為發生了大規模沙土液化,使樓房在地震中像火柴盒一樣整體傾斜,有的雖然沒有完全傾倒,但已轉過20°~30°的角度,不能居住。

    治理措施:

    想要防范沙土液化導致的災難性后果,要從打破它產生的條件入手。一方面,可以通過工程手段改良沙土本身的性質,例如通過土層置換等方法硬化土層,或者通過壓實、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,或者沙粒足緊密,就不會出現液化的現象。另一方面,在沒有經過處理的沙土中建房子,也可以在建筑結構上下功夫,使得建筑不會受沙土液化的影響。

    巖溶塌陷

    形成原理:

    巖溶,又叫喀斯特,是水對可溶性巖石(碳酸鹽巖、石膏、巖鹽等)進行以化學溶蝕作用為主,流水的沖蝕、潛蝕和崩塌等機械作用為輔的地質作用,以及由這些作用所產生的現象的總稱。簡單地說,就是一些可以被水溶解的巖石,在水流作用下,逐漸被掏空,形成空洞,如桂林七星巖、“天坑”等,就是巖溶作用的杰作。

    巖溶作用在山區里可以形成奇異的風景,但是在城市土壤下我們看不到的地方,就變成了工程隱患。如果房子建在了地下有溶洞的地方,當地下水劇烈變化,使溶洞的頂部變薄,或者把溶洞上面覆蓋的土壤沖走,就有可能發生地面塌陷的事故,使房屋、道路發生破壞。

    防治措施:

    對于巖溶塌陷造成危害的防治,一般以早期預測、預防為主,治理為輔,防治相結合的辦法。此外,對于地下水控制對于治理巖溶也是非常重要的。

    其他工程地質問題

    除了上面所講到的幾種平原區的典型工程地質問題外,還存在有地裂縫、活動斷層、淺層氣、地下水等對工程建設不利的地質條件。有的地質條件會直接產生工程問題,例如活動斷層;有的地質條件會和其他條件共同作用,引發災害,例如地下水。但無論是哪一種工程地質問題,都會需要地質學家和工程師來共同發現、解決,從而保障城市安全建設有序運行。

    (作者單位:中國地質調查局南京地質調查中心)

    網站編輯:宮莉

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