勘察报告（地基变形治理工程）

华北油田山西煤层气中央处理中心地基变形治理工程勘察报告中国地质大学（武汉）2011年6月项目名称：华北油田山西煤层气中央处理中心地基变形治理工程委托单位：中国石油华北油田煤层气分公司承担单位：中国地质大学（武汉）资质等级：地质灾害防治工程甲级勘查【证号：国土资地灾勘资字第2005217017号】地质灾害防治工程甲级设计【证号：国土资地灾设资字第2005317011号】单位法人：王焰新总工：唐辉明项目负责：邓清禄技术负责：万金明报告编写：姚鱼跃万金明邓清禄徐景田聂良佐余伟庞伟军熊建

目录TOC\o"1-3"\h\z0前言 10.1项目背景 10.2目的、任务与工作依据 10.2.1目的 10.2.2任务 20.2.3工作依据 20.3工作方案与工作实施情况 21自然地理与区域地质概况 41.1地理与交通 41.2气象与水文 51.3地形地貌 51.4地层与构造 61.3.1地层 61.3.2构造 61.3.3地震活动 72勘察区工程地质特征 72.1地形地貌 72.2地基组成与结构 82.3水文地质条件 92.4岩土物理力学性质 92.4.1现场试验 102.4.2室内试验 113地基沉降变形现状与最终沉降量预测 143.1地基沉降变形现状 143.2地基沉降变形影响因素分析 183.3最终沉降量计算 203.3.1计算方法及参数选择 203.3.2计算结果分析 234边坡稳定性分析 244.1边坡形态特征 244.2可能的破坏模式 254.3边坡稳定性分析与评价 264.3.1边坡稳定性分析 264.3.2计算工况及荷载组合 294.2.3边坡稳定性综合评价 325治理方案建议 335.1防治原则 335.2工程防治方案建议 346主要结论与建议 34附图：附图一、华北油田山西煤层气中央处理中心综合工程地质图附图二、华北油田山西煤层气中央处理中心地基沉降预测图附图三、华北油田山西煤层气中央处理中心工程地质剖面图附图四、华北油田山西煤层气中央处理中心钻孔柱状图附图五、华北油田山西煤层气中央处理中心探井展示图PAGE10前言0.1项目背景华北油田山西煤层气中央处理中心位于山西省晋城市沁水县端氏镇金峰村西侧，占地93.7亩，是华北油田股份有限公司重点建设项目之一。处理中心工程于2008年3月开始“三通一平”，5月开始土建施工，8月工艺专业开始建设，2009年8月25日工程竣工投产。建成当年食堂东侧部位即开始出现沉降，造成地面及部分墙体出现变形开裂。随后变形区域逐渐扩展和加剧，中控区、职工食堂、变电站以及保卫室、进厂大门等处地面产生了大面积不均匀沉降，职工食堂外围地面整体沉降30cm。虽经多次整修但沉降的速度无明显减缓趋势；场地外侧回填土高边坡浆砌石格构护坡不同程度鼓出、开裂损坏。地基变形严重影响了场站内部分区域功能的正常使用，若变形进一步发展，可能引发严重的后果。鉴于以上情况，煤层气中央处理中心邀请中国地质大学（武汉）等单位专家到现场进行了考察（2011年5月7日至8日）。经考察认为，场地变形主要是地基沉降引起的，填方区碾压不实、地表水入渗等是主要影响因素，若不及时进行治理，变形将进一步发展，不仅影响一些场地功能的使用，还可能危害房屋（食堂）、管道的安全。山西煤层气中央处理中心对考察结论非常重视，及时向上级进行了汇报和请示，随后委托中国地质大学（武汉）进行工程治理勘察及设计。0.2目的、任务与工作依据0.2.1目的1）查明地基变形及边坡稳定性现状，分析对工区设施的危害性；2）查清变形的影响因素，预测变形的发展趋势；3）通过现场试验及室内试验，获取灾害治理所需要的岩土参数，为下一步防治工程设计提供依据；4）提出工程治理方案建议。0.2.2任务通过地形测绘、地质测绘、钻探、井探、现场试验及岩土取样试验等必要的工程地质勘察手段，查明地质灾害的工程地质、水文地质条件。具体要求查清覆盖层厚度、回填土层密实度、颗粒级配情况、含水量等物理力学性能，同时查清回填土与原始地面接触带土层性质及含水量等参数。在此基础上提出地基及边坡变形的地质模型、分析地基变形特征及边坡稳定性，判断灾害危害程度，明确地基变形及边坡是否需要治理，提供治理设计必要的岩土物理力学参数、强度和变形指标。0.2.3工作依据勘察工作依据甲方委托书和国家相关规范：1）华北油田山西煤层气中央处理中心地基变形治理工程勘察设计委托书；2）《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）；3）《建筑边坡工程技术规范》（GB50330-2002）；4）《工程岩体分级标准》（GB50218-94）；5）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）；6）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；7）《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）；8）《铁路路基支挡结构设计规范》（TB10025-2001）；9）《公路路基设计规范》（JTGD30-2004）。0.3工作方案与工作实施情况根据山西煤层气中央处理中心工区地面变形的特点，勘察工作包括：地形测绘、地质测绘、变形区现场调查、井探、钻探、场地回填土现场试验以及室内试验等。勘探布置图见图0-1。实际完成工作量统计于表0-1。工作分外业、内业两个阶段。2011年5月17日至6月1日为外业，6月2日至15日进行内业整理。内业工作进行了资料整理分析、图件整理与清绘、岩土物理力学试验、水质成分分析、场地沉降、变形的危害性程度以及稳定性分析与评价等工作。图0-1勘探平面布置示意图表0-1勘察主要工作量统计表工作项目单位工作量备注测量地形测量1:500km20.25断面测量1:500km3.00勘探点测量组日4工程地质测绘地质测绘1:500km20.35地质剖面测绘1:500km3.00现场调查及资料搜集场地变形现状及裂缝调查组日7地质、地貌及其他资料收集份5工程地质勘探钻探m/孔175/7覆盖层厚96.2m基岩78.8m井探m/个15/3每个探井深5m取土样件19取岩样件3取水样件3试验现场大容重试验组5标贯试验次5室内水质分析组3击实试验组5土物理力学试验组19岩块物理力学试验组51自然地理与区域地质概况1.1地理与交通华北油田山西煤层气中央处理中心位于山西省晋城市沁水县端氏镇金峰村西侧荒山上，总占地约93.7亩。东距晋城约60公里，有高速公路相通，南东距沁水县城约20km，南距阳城约30公里，工区东侧为省道S331，交通比较便利。图1-1山西煤层气处理中心交通位置图1.2气象与水文沁水县属于干旱半干旱季风气候区，四季分明，具冬寒、夏旱、日温差大等特点。多年平均气温10.6°C，季节变化大，每年一月气温最低，8月气温最高。降水量中等，年平均降雨量610.0mm。蒸发量1700mm。降水多集中在5－9月，占全年总降水量的70％左右。该区日照强烈，平均年日照2610小时。多年标准冻土深度为0.55m，最大冻深境内主要河流为沁河，由北而南贯穿全县。沁河两岸地势平坦，土壤肥沃，为该县主要农业区。地下水主要有松散岩（土）孔隙水和基岩裂隙水两种。1.3地形地貌沁水县地势西北高、东南低，四周群山环绕，西部大山更为险峻，平均海拔1400米以上，海拔最高处与最低处相差1838米。境内山多密林，丘陵平川相间，山峦起伏，沟壑纵横。地形东西长，南北窄，东西长约150公里。1.4地层与构造1.3.1地层场地周边出露的地层比较单一，主要包括三叠纪和第四纪等时代的砂岩、黄土。三叠系（T）：红色、砖红色细粒长石砂岩，砂质泥岩、页岩及绿色、黄绿色、灰白色长石砂岩等。第四系（Q）：下更新统（午城组Q1）：棕红、褐红、灰褐、棕黄色亚粘土，粘土互层夹灰绿色亚粘土，亚粘土中常含有铁锰质结核和钙质结核。中更新统（离石组Q2）：上部，黄红、棕黄色砂质粘土，夹有3-5层古棕红、棕褐色土壤及黄白、灰白色钙质结核层，下部及底部常见棕红色粘土和棕黄色含砾砾质粘土互层。上更新统（马兰组Q3eol）：浅黄、灰黄、土黄色粉砂土，结构松散，具大孔隙，有白色菌丝及少量铁锈星点，垂直节理发育，主要分布于端氏镇附近。1.3.2构造场地周边构造单元属于华北板块中生代鄂尔多斯盆地的东北部。其第四系下伏的基岩中褶皱、断裂、节理、劈理等地质构造现象很不发育，地层产状近于水平，未见火成岩活动，地质构造简单。以发育中生代陆相沉积地层、新生代沉积地层为特征。其中，第四系风积层广泛分布于全区；中生界地层主要分布于梁地上。该区域地层主要线路所经区域大地构造单元属于华北板块中生代鄂尔多斯盆地的北部。处理厂处理厂图1-1场地周边区域地质背景图1.3.3地震活动根据国家技术监督局2001-02-02发布的《中国地震动参数区划图》（1：400万）【GB18306—2001】，本区所在区域地震动峰值加速度区划为0.05g，相当地震基本烈度Ⅵ度。2勘察区工程地质特征2.1地形地貌山西煤层气中央处理中心工区是在其原有“三山两沟”地形地貌基础上，挖山填沟形成的，地貌单元为中低山。场地原始地面起伏变化较大，地势西北高、东南低，地面标高介于724.70m～765.90m之间，场地最大高差为41.20m。场地现状宽212米，长322米，采用平坡式布置，以西北角为控制点，向其以东、以南两侧放坡，坡度0.5%。场地内部地面标高741.07-744.20米。除东、南沉降区外，基本平整。场地内按设施可分为火炬区、压缩机区、中控楼及食堂区、溶剂材料库区、外输及分离计量区、脱水装置及污水处理区、变电站区。其中火炬区和压缩机区位于场地西北侧，在开挖原山梁的基础上建成，在场地北侧围墙外形成长约100m，高10~15m的岩质边坡，坡度70~80°；中控楼、食堂、溶剂材料库区位于场地东侧，由原冲沟回填形成，回填厚度4~18m，外侧填方形成土质边坡，坡度36°左右，坡长30~50m，分成2~4级台阶，台阶处建有浆砌石截水沟，整个坡面为松散土质堆积，建有浆砌石格构护坡及排水沟；外输、分离计量区位于场地中部，为原冲沟回填区，回填厚度4~24m，外侧填土形成土质边坡，坡度36°左右，坡长30~50m，樊1、樊4、樊9集气管线及西气东输外线从该边坡西南侧通过；脱水装置及污水处理区位于工区北侧，在开挖原峁间鞍部的基础上建成，其北侧围墙外可见小规模开挖形成的边坡，长30m左右，高4~5m；变电站区位于场地东北侧，主要为开挖形成，围墙外有少部分回填，坡度32°，回填厚度5~8m，坡面建有浆砌石护坡。此外，附属设施中绿化面积接近场地总面积的一半，生活污水主要通过管道从中控楼及食堂区输送到污水处理站内。2.2地基组成与结构场地以半挖半填形式整平，挖、填方比例约为2:1，大致按“W”形将场地分为南、北两段。北侧为挖方区，覆盖层厚度一般1~2m，下部为风化砂岩，局部含一定厚度的黄土；南侧为填方区，填土主要成分为风化砂岩及表层黄土，填土厚度0~24m，由场地中央向两侧边坡依次增大。根据钻孔及探井资料，结合室内土工试验，将工区主要回填区地层分为六层，现从上至下分别描述如下：①素填土（Q4ml）：黄褐色，稍湿-饱和，松散-稍密，层厚10-15m，主要成分为黄土及全（强）风化砂岩，分层特征不明显，岩芯采取率较高，局部含姜石，粒径一般2-5cm，大者可达10-15cm。ZK1及ZK2揭露地面以下3.2~4.0m及7.5~8.2m为饱水软弱层，TJ2揭露1.6~3.5m处为回填大块石，显示该层填土成分混杂，含水量差别较大，造成密实度较差且分布不均；②午城黄土（Q1）：黄褐色，稍湿，稍密-中密，层厚1-5m，土质较均匀，个别钻孔该层顶部含原坡面植物根系（ZK6），普遍含姜石，成层分布，厚度10-20cm，粒径一般5-8cm，较大者8-10cm；③全风化砂岩（T）：全风化，褐红色、紫红色，成分以石英、长石、云母为主，细粒结构，无层理，呈碎屑状，泥质含量较高，层厚0.8-2.0m，层底埋深④强风化砂岩（T）：强风化，褐红色、紫红色，平均厚度2.0m左右，成分以石英、长石、云母为主，细粒结构,近水平层理构造，钙质胶结，节理裂隙发育，倾角70°-80°，多呈碎块、薄层状，块度4-5cm；⑤中风化砂岩（T）：中风化，褐红色、紫红色，厚度2-4m，短柱状，柱长5-15cm，成分以石英、长石、云母为主，细粒结构，近水平层理构造，钙质胶结，致密，坚硬，发育一组或两组节理，倾角50°-60°。⑥微风化砂岩（T）：微风化，褐红色、紫红色，柱状，柱长15-20cm，成分以石英、长石、云母为主，细粒结构，近水平层理构造，钙质胶结，致密，坚硬，节理裂隙不发育。2.3水文地质条件工区及其周边无明显地表水系，地下水类型主要为人工填土松散孔隙水和基岩裂隙水。人工填土松散孔隙水主要赋存于松散填土堆积体中，接受大气降雨及生产、生活用水及绿化用水补给。由于工区绿化面积较大，降雨及绿化用水易造成水流入渗，加之填土层密实度不均，造成水体赋存地点差别较大。从现场调查及钻孔、探井资料来看，土体一般为稍湿，ZK1、ZK3显示在食堂周边深度为3.2-4.0m及7.5-8.2m两层饱水，1#、2#探井也发现有水存在，水量较小。据分析，该地下水属于上层滞水，主要是由于回填土层上部比较松散，大气降雨和生活污水在下渗的过程中遇到下部碾压较密实的粘土层，通过一定的汇集，形成统一水位。水质简分析结果显示，对混凝土及钢筋有微腐蚀性。2.4岩土物理力学性质为分析评价沉降变形特征及边坡稳定性，现场及室内进行了一系列试验。现场试验主要包括大容重试验和原位测试，室内试验主要包括击实试验及其他常规试验。2.4.1现场试验1）大容重试验主要在探井中进行，试验结果见表2-1。表2-1现场大容重试验成果表编号取样深度（m）土重（kg）体积（L）容重（kN/m³）1#探井T1-10.58.04.4017.82T1-21.824.813.4018.14T1-33.112.26.5518.25T1-44.011.36.0518.302#探井T2-11.09.54.9518.81T2-22.013.55.2525.20从试验结果可以看出，填土层密度不均，显示出填土介质不均一性及碾压密实度的差异较大。2）原位测试 为了解土层密实情况，在每个钻孔中均进行了标准贯入试验，试验结果见表2-2。表2-2标贯试验成果表钻孔编号试验深度（m）锤击数N密实度ZK11.40~1.855松散4.50~4.955松散8.20~8.657松散16.00~16.4519中密ZK23.00~3.4511稍密6.00~6.4517中密11.00~11.4515稍密16.00~16.4525中密17.10~17.5528中密ZK33.00~3.457松散6.80~7.2512稍密12.00~12.4523中密13.50~13.9525中密ZK42.00~2.456松散4.00~4.459松散8.00~8.4526中密ZK52.00~2.457松散8.00~8.4519中密11.00~11.4522中密15.50~15.9524中密ZK63.00~3.456松散8.00~8.4521中密12.00~12.4527中密ZK73.00~3.454松散8.00~8.4512稍密11.00~11.4517中密 可以看出，回填土表层松散，松散层厚度一般5m左右，为水流的入渗提供了良好的条件。在食堂附近回填土密实度最差（ZK2、ZK3），松散层厚度达8m以上，而管道进站区附近（ZK2、ZK6）回填土相对密实。2.4.2室内试验1）击实试验为了解工区回填土密实情况，取土样进行轻型标准击实试验，试验结果见表2-3。表2-3击实试验成果表编号取样深度最优含水率w(%)最大干密度ρd(g/cm3)天然含水率w(%)1#探井T1-10.521.51.6520.0T1-21.822.31.6421.5T1-33.122.31.6419.4T1-44.022.91.6520.32#探井T2-11.0231.6422.4通过比较实际含水率和最优含水率发现，目前工区回填土含水率均未达到最优含水率，因此，地表水入渗有利于土层沉降。2）土的物理力学性质指标为获取土的物理力学性质，以便为后期防治工程设计提供依据，对19组土样进行了室内试验，试验结果见表2-4。表2-4土工试验成果表编号取土深度物理性质界限含水率饱和快剪压缩含水量密度土粒密度孔隙比孔隙度饱和度液限塑限塑性指数液性指数内聚力内摩擦角压缩系数压缩模量湿干WρρdρsenSrWL17WPIPILс¢a1-2EsM%g/cm3g/cm3g/cm3—%%%%%—kPa度MPa-1MPaT1-10.520.01.931.612.720.69140.978.731.417.414.00.1925.5016.310.1313.00T1-2-11.821.51.901.562.720.73942.579.132.117.914.20.25////T1-2-224.51.931.552.730.76143.287.834.619.315.30.3428.5015.660.228.00T1-2-323.01.841.502.720.81845.076.533.418.215.20.32////T1-3-13.119.41.851.552.730.76243.269.533.117.615.50.12////T1-3-222.31.861.522.730.79544.376.633.418.514.90.2621.0516.590.266.90T1-3-324.51.881.512.730.80844.782.834.119.314.80.35////T1-4-14.021.11.981.642.720.66439.986.431.817.913.90.23////T1-4-220.32.021.682.720.62038.389.132.718.514.20.1320.1516.470.0918.00T1原状样4.522.71.981.612.720.68640.790.033.019.014.00.2623.7015.81//T2-1-11.022.41.871.532.720.78043.878.131.417.613.80.35////T2-1-223.91.891.532.730.79044.182.633.418.215.20.3828.0515.030.257.16ZK2-±15.8-6.016.81.911.642.720.66339.868.932.918.814.1-0.1424.0014.540.1411.88ZK2-±215-15.218.21.991.682.720.61638.180.434.219.214.0-0.0722.2514.66//ZK4-±17.1-7.324.41.981.592.730.71541.793.234.418.515.90.3732.8012.890.199.03ZK4-±29.5-9.724.21.921.552.710.75343.087.132.019.212.80.3917.759.33//ZK1-±17.6-7.84.9//////////////ZK6-±111.6-11.723.81.981.602.730.70741.491.934.719.115.60.30//0.1511.38ZK7-±13.5-3.724.71.841.482.730.85045.979.334.418.515.90.3930.8014.690.247.713）岩石的物理力学性质指标表2-5岩块试验成果表野外编号岩性取样深度密度含水率单轴抗压强度岩石分类天然干饱和mg/cm3%（MPa)ZK2-岩1细砂岩18.00-18.142.662.632.661.0267.7较硬岩ZK2-岩2细砂岩19.00-19.202.682.652.680.90120坚硬岩ZK3-岩1粉砂岩16.80-16.952.632.572.632.2237.0较硬岩4）水质分析在ZK1、ZK3及TJ1中取得水样进行水质简分析，结果显示对钢筋及混凝土有微腐蚀性。表2-5水质简分析成果表样号ZK—1样号ZK—3样号TJ1取样深度2.85m取样深度3.25m取样深度1.5m测定项目Ca2+41.68mg/LCa2+89.78mg/LCa2+78.56mg/LMg2+9.72mg/LMg2+13.25mg/LMg2+11.67mg/LK++Na+8.75mg/LK++Na+10.25mg/LK++Na+16.00mg/LCl-23.75mg/LCl-15.95mg/LCl-17.02mg/LSO42-31.51mg/LSO42-24.97mg/LSO42-64.17mg/LHCO3-115.94mg/LHCO3-292.90mg/LHCO3-225.77mg/LCO32-—mg/LCO32-—mg/LCO32-—mg/LPH值6.64—PH值7.01—PH值7.31—矿化度231.35mg/L矿化度457.10mg/L矿化度413.19mg/L游离CO27.04mg/L游离CO220.24mg/L游离CO211.44mg/L侵蚀CO20.00mg/L侵蚀CO22.64mg/L侵蚀CO21.30mg/L计算项目全硬度2.88mmol/L全硬度5.57mmol/L全硬度4.88mmol/L永久硬度0.98mmol/L永久硬度0.77mmol/L永久硬度1.18mmol/L暂时硬度1.90mmol/L暂时硬度4.80mmol/L暂时硬度3.70mmol/L负硬度—mmol/L负硬度—mmol/L负硬度—mmol/L总碱度1.90mmol/L总碱度4.80mmol/L总碱度3.70mmol/L3地基沉降变形现状与最终沉降量预测3.1地基沉降变形现状为分析地基沉降变形的空间分布特征，勘察过程中对变形区进行了详细的调查，现将主要变形情况汇总到表3-1。表3-1工区变形特征表编号变形区域部位变形特征描述变形量动态变化备注水平（cm）垂直（cm）1中控楼与地面交界面地面（台阶）下沉，开裂，形成拉张裂缝3.0-6.010.0-17.0照片3-12与食堂连接处开裂，形成拉张裂缝3.0-5.0照片3-23外地面多条裂缝，与中控楼呈大角度相交1.0-2.00.5-1.04内地面机房内地面起翘1.0-2.04.0-5.0照片3-35食堂内开裂造成地砖错位0.5-1.00.1-0.2照片3-46外南与地面（台阶）交界面沉降开裂1011照片3-57外东食堂后侧地面下沉严重24-2715-20持续变形照片3-68围墙南侧道路形成多条平行路面裂缝，造成地面拉裂、错位5-102-8照片3-79围栏东南角下沉严重29照片3-810围墙东侧护坡鼓胀变形20照片3-911变电站内部照片3-1012外部围墙向外倾斜27-8照片3-1113边坡外鼓、开裂5照片3-1214厂区内灯塔偏斜均有不同程度倾斜，最大约0.5°见表3-115设备基础不均匀沉降基础不均匀沉降造成设备悬空5照片3-1316消防水罐基础下沉、开裂10-2017路面下沉管线进站处路面下沉，部分管线与地面接触部位形成凹陷坑15-20照片3-14照片3-1518工区外西围墙及路面形成裂缝1-2照片3-16注：表中变形量为实地测量相对变形值。照片3-1地面与中控楼接触部位下沉开裂照片3-2食堂与中控楼连接部位开裂照片3-3中控楼内地面沉降造成地板错位照片3-4食堂地面变形开裂照片3-5食堂前门台阶处沉降开裂照片3-6食堂后侧地面变形开裂照片3-7地面沉降错位、开裂照片3-8食堂东角铁艺围墙下沉29cm照片3-9食堂后侧边坡鼓胀变形照片3-10变电站内部地面开裂照片3-11变电站围墙向外倾斜照片3-12浆砌石护坡顶部开裂照片3-13设备基础不均匀沉降照片3-14管线进站区地面凹陷照片3-15管线出（入）地处凹陷照片3-16工区西南角围墙开裂表3-1灯塔偏斜度测量成果表编号偏转方向偏转角度1E28′20″2E03′01″3W07′25″4W05′51″5W19′26″6W21″7W07′36″8E52″从现场详细调查的结果可以看出，场地东、南侧回填土较厚的地段地面下沉及开裂现象明显，如中控楼、食堂及安全室内、外地面及墙体出现裂缝，食堂后侧边坡中上部呈水平线状鼓出，且有进一步加剧的趋势，裂缝延展方向基本沿边坡纵向分布，在两边坡交汇处变形更为严重。目前沉降变形主要为地面沉降，建筑物（主要为中控楼及食堂）由于采用桩基础，主体结构未发现明显沉降。根据场地的变形现状和规模以及危害程度，可以将整个场地沉降变形分为以下3个区：（1）强烈变形区：包括职工食堂周围及管道进出工区附近。食堂周围地面裂缝发育，主要裂缝宽度10~15cm，地面整体下沉明显，沉降量超过15cm，最大沉降量29cm，其中食堂围墙外边坡沉降量大于30cm。目前沉降变形已造成食堂及中控楼内、外地面下沉、开裂，据分析下部桩基础已开始侧向受力，同时食堂东侧边坡明显变形，浆砌石格构呈水平线状鼓出，若边坡持续变形，可能沿临空面剪出，进而威胁食堂安全，后果严重，危险性较高。管道进出工区附近变形主要集中在坡顶至围墙之间，沿管沟分布，规模较大的裂缝长约100m，宽5~7cm，应为管沟回填不密实造成。持续的变形易造成管道受力，特别是管道转弯处，可能由于应力集中造成管道破裂，后果严重，危险性较高。（2）中等变形区：包括中控楼附近至工区大门南侧边坡及变电站外边坡。中控楼附近沉降变形较明显，沿工区围墙外围水泥路面伸缩缝形成多条拉张裂缝，缝宽一般2-5cm，局部下沉5-10cm，外侧边坡尚无明显变形，其危害性主要体现在对地面的破坏，危险性中等。变电站北侧边坡顶局部呈现地面下沉，地面及围墙出现拉张裂缝，沉降变形幅度相对较小。变电站北侧边坡变形对设备基本无影响，危险性中等。（3）轻微变形区：设备及生产工区。变形多以零散点的形式出现，表现为个别设备基础不均匀沉降造成与上部结构脱离，或是在管道入地处受水流冲刷形成凹陷坑，地面裂缝数量少，规模相对较小，危险性较低。3.2地基沉降变形影响因素分析通过对工区沉降变形现状的调查，结合探井及钻孔揭露资料，以及现场和室内岩土采样的物理力学分析，导致场地及边坡沉降变形的主要因素是：（1）填方厚度空间变化大工区受地形限制，造成填土厚度较大，由土的压缩特性可知，在其他因素相同的情况下，可压缩土层厚度越大，最终沉降量越大，由于填土层土的厚度不一，特别是在斜坡地段，填土厚度变化较大，容易造成不均匀沉降，引起地面开裂及建筑物倾斜。（2）碾压密实度不够钻孔及探井资料显示，工区填土主要为风化砂岩及黄土，级配较差，特别是大块石堆积层，易架空造成孔隙度较大，且难以碾压密实，为水的入渗提供了有力条件。在沉降最为严重的食堂区，探井揭露在地表以下1.6~3.5m层位为大块石回填，块石最大直径超过半米，下部即可见渗入的水体（照片3-17）。从探井开挖的情况来看，地表以下5m深度范围内为松散-稍密土层，容易开挖，密实度较差，中间夹杂部分碾压相对密实的土层，厚度一般不超过30cm。钻孔标贯资料也显示土层碾压密实度（3）地表水及生产、生活污水入渗水对土体具有软化作用，含水量的增加会破坏原土体结构，造成土骨架破坏及土颗粒滑移，宏观上即表现为沉降变形，因此，水会加速沉降变形的发生。地表水沿松散表层入渗后遇到相对密实粘土层开始富集并向四周扩展，由于工区回填土的不均一性，造成了水体的入渗及赋存条件差异性较大，一般只会在小范围内形成软弱层面，造成局部不均匀沉降。在沉降变形严重的食堂区，钻孔资料显示在3.2~4.0m及7.5~8.2m存在两层饱水层，土体呈软塑~流塑状，具有高压缩性，在上部土体自重作用下容易发生沉降，而在其他区域未发现饱水层，沉降量相对较小。勘察中发现，工区内无完善的地表排水系统，而仅靠路面进行排水，雨水不能及时、有效地排出，容易在下沉量较大的区域聚集，沿裂缝渗入地下。同时，绿化面积约占工区总面积的一半，降雨及浇灌的水基本上完全下渗，导致沉降的发生。特别是浇灌用水，经统计今年4月份一月就用了1000多方水，大量的水渗入地下，势必造成大面积的沉降。对生产、生活污水，虽建有专门的排水管道，但不均匀沉降容易造成管道断裂（照片3-18），或出水口高程高于进水口，导致水流无法排出，渗入地下，造成沉降。照片3-17TJ2揭露填土层结构照片3-18食堂排污管破裂造成污水下渗3.3最终沉降量计算从勘察的结果来看，导致地基沉降的主要原因是回填土碾压密实度较低和大量地表水入渗。目前主要沉降区土层远未达到最密实情况，存在较大的压缩空间，且在变形最为严重的食堂区，存在饱水软弱层，即使在维持现状的情况下，今后一段时间内沉降仍将继续。同时由于工区内排水设施不完善，水流可能继续下渗，增加土层含水量，造成更严重的变形。表3-2为工区内几个裂缝监测点的统计数据，与食堂外地面在两年时间内（09~11）累计变形30~40cm的数据相比，呈明显加快的趋势。因此，有必要对最终沉降量进行计算，以明确各区的沉降发展趋势，同时为下一步治理工程提供参考。表3-2裂缝监测数据位置10天累计变形量宽（cm）高（cm）门岗南侧0.90.1门岗北侧0.20.1中控楼与食堂连接部位1.8食堂东侧2.52.23.3.1计算方法及参数选择根据《建筑地基基础设计规范》，计算地基变形时，地基内的应力分布，可采用各向同性均质线性变形体理论，其最终变形量可按下式计算：（1）式中：S—地基最终沉降量；--按分总综合法计算出的地基沉降量；--沉降计算经验系数；--地基变形计算深度范围内所划分的土层数；--对应于荷载效应准永久组合时基础底面处的附加压力；基础底面下第i层的土的压缩模量；--基础底面至第i层土，第i-1层土底面的距离；--基础底面至第i层土，第i-1层土底面范围内的平均附加应力系数。将上式进行简化，可以得到下面的计算公式：(2)式中，S--总沉降量；--分层沉降量；--初始孔隙比；第i层最终孔隙比；Hi--分层厚度。根据钻孔资料，结合前期勘察资料，绘制填方厚度等值线图，见图3-1。图3-1填方厚度等值线图为获取土层压缩特性，进行了室内压缩试验，试验结果见图3-2。（a）素填土（钻孔2）（b）素填土（钻孔4）（c）素填土（钻孔6）（d）午城黄土土（钻孔7）图3-2室内压缩曲线采用分层综合法计算沉降量时，根据《建筑地基基础设计规范》、《公路工程技术标准》，分层厚度取为2m，路面车载取为，房屋单层荷载，路面混凝土荷载为。根据钻孔位置和钻孔土样实验数据，将填土区分为三个区域（图3-3）进行计算，其中，I、II区不考虑填土厚度范围内含水量的变化，填土沉降计算参数分别采用ZK2、ZK7土样实验数据，III区填土沉降计算参数采用ZK1土样实验数据并考虑深度为3.2-4.0和7.5-8.2两层含水带的沉降量。因处于流塑状态的土体，土质软弱且压缩性较高，计算含水层沉降量时，均取压缩系数a为0.5。图3-3沉降计算分区3.3.2计算结果分析根据图3-1填土层厚度分布，沿相同厚度剖面每隔2m计算一次。因相同填土厚度区受荷状况不同，对整个场地进行单边5m的网格划分，依此对整个填土区域进行沉降量分布评估划分，其计算划分结果如下图所示：图3-4场地最终沉降量分布从计算结果可以看出，场地沉降主要沿原山沟分布，且最终沉降量随填土厚度的增加而增加。通过计算场地填土较大范围最终沉降量为0-30cm，在食堂东南角和管道进站区最终沉降量较大，分别达到77cm和79cm，而且最终沉降量主要由填土不密实和地表水下渗引起，地表荷载与午成黄土层对沉降的贡献较小。（1）食堂区该区计算最终沉降量范围为0-77cm。在东南角达到77cm最大沉降，沉降变化幅度在食堂附近明显增大。据室内试验数据，该区域孔隙比与含水量相对较大，且因食堂污水下渗含有明显的两层含水带，因此填土不够密实和地表水下渗引起是引起该区沉降的主要原因，且由于水的软化作用，区域沉降发展较快，目前食堂附近大面积内平均沉降量已超过20cm。（2）管道进站区该区计算最终沉降量范围为40-79cm，据现场钻探资料，该填土厚度范围内含水量相对均一且较小，密实度较东南角区域大。但填土厚度分布相对较大，最大厚度超过24m，因此整体最终沉降较大，在附近计算最终沉降量达到最大79cm。根据沉降现状和含水情况，该区沉降发展较为缓慢。（3）其他区域厂址其他填土区域填土厚度较小，根据计算结果，最终沉降量基本在0-20cm之内，由沉降现状可知，在变电站所在角落区域沉降速度较快，地面变形明显。其他区域沉降速度均较缓慢。由此可见，目前工区沉降量距最终沉降值均有一定距离，最大可能沉降发生在食堂东南角及管道进站区附近。由于水的作用，导致食堂区沉降速度大于其他区域，应考虑治理措施。在管道进站区附近，虽然最终沉降量较大，但沉降速度缓慢，可以考虑先做好排水措施，减少地表水入渗。4边坡稳定性分析4.1边坡形态特征拟治理边坡处于场区填方区域，现坡面标高介于704.00~742.20m之间，根据部位不同具体可分为四处边坡治理区，分别为中控楼前边坡、管线进站边坡、食堂后边坡、变电站外边坡。本次勘察中，通过地表调查发现，中控楼前边坡和清管区前边坡中部暂无变形破坏迹象，坡面浆砌石格构防护结构尚完好，仅在清管区前边坡后缘出现一条裂缝，裂缝长约27m，初步估计为坡体填土沉降所致，因此可初步认为该两处边坡处于基本稳定状态。食堂后边坡坡体前后缘尚未发现变形破坏迹象，但在中部约736.0m高程位置则出现连续多处浆砌石格构破损现象，估计为边坡填土沉降或坡体蠕变滑移所致，因此初步认为该处边坡为基本稳定~欠稳定状态。变电站外边坡顶部出现裂缝，其坡面浆砌石护坡尚好，初步估计为坡顶菜地浇水渗入坡体导致，初步认为该处边坡处于基本稳定状态。根据地表裂缝发育规律、微地貌特征、格构破坏特点结合钻探资料分析，将四处边坡形态、规模详述如下：四处坡体整体形态呈“楔状”，后缘宽前缘渐窄。中控楼前边坡横宽约60.0m，纵长30~50m，坡体总面积约2.45×103m2，坡体平均厚度约8.0m，总体积约1.96×104m3，主滑方向为131°；管线进站边坡横宽约75.0m，纵长30~50m，坡体总面积约2.88×103m2，坡体平均厚度约8.0m，总体积约2.30×104m3，主滑方向为135°；食堂后边坡横宽约100.0m，纵长约30m，坡体总面积约2.48×103m2，坡体平均厚度约8.0m，总体积约1.98×104m34.2可能的破坏模式场区边坡为中层堆积体边坡。在原坡面筑填填土后，坡体呈现台阶状，整体坡度约36°，坡度较陡，无明显缓倾面，这种斜坡形态为边坡变形滑移的形成创造了有利的空间条件。滑体物质主要由粉质粘土、强风化砂岩夹碎块石组成，遇水后，渗透性降低，其抗剪强度减小，坡体中存在的软弱夹层加剧了坡体的不稳定性，与坡体中易于形成滑面（带）。边坡区一旦遭遇持续性强降雨，除原排水设施排出部分地表水外后缘大量地表水则通过坡体排泄，地表水一部分沿坡体表面向坡脚排泄，一部份从地表向斜坡内部下渗，地表水的下渗使坡体的重量不断增大，从而增大了滑体的下滑力。同时地下水的下渗，使滑带土充分饱水，软弱夹层遇水后其抗剪强度降低，从而降低了坡体的抗滑力。在滑面形成地下水渗流面，滑面强度急剧下降，抗滑力也随之下降，在后缘区产生拉裂现象；当降雨使坡体的下滑力增大到大于抗滑力的总和时，即滑动能量蓄积到一定程度时，坡体就会沿前缘剪出口产生蠕滑形成不稳定斜坡。通过勘察，目前坡面格构及排水沟整体良好，坡体后缘地面形成多条拉张裂缝，缝宽一般1~2cm。格构开裂、鼓胀变形主要集中在食堂后边坡，边坡变形严重，有加剧的趋势。鉴于目前边坡主要由回填土组成，回填厚度较大，推断其可能沿填土层内部滑动，滑动面为圆弧形。同时，钻孔资料显示在食堂区附近地面以下存在两层饱水软弱层，该区域边坡有可能沿这两层软弱夹层滑动，进行稳定性分析时应着重考虑。4.3边坡稳定性分析与评价边坡特征表现为滑体土结构松散，且存在软弱夹层，饱水后强度较低。坡体坡度较陡无轻缓面则提供了良好的边界条件；滑体结构松散，抗剪强度低，为滑动面的形成提供了物质基础。在持续性强降雨条件下，随着地下水的下渗，坡体内地下水位逐渐抬升，增大了滑体的渗透压力，从而导致滑体的下滑力增大，同时滑带土充分饱水，其抗剪强度降低，降低了滑体的抗滑力。滑动面因软化程度的差异而不能全部贯通，未贯通地段形成锁固力，有利于边坡稳定，当有利于滑体稳定的因素被地下水软化，其抗剪强度将逐渐降低，同时滑动面将逐渐贯通，最终导致坡体产生整体滑移破坏。综上所述，在遭遇强降雨期间该边坡变形破坏迹象明显，整体处于基本稳定~欠稳定状态，局部处于不稳定状态。当遭遇持续高强度暴雨作用下，滑动面将可能全部贯通，边坡稳定性将急剧下降，可能产生整体的滑动。4.3.1边坡稳定性分析通过对该边坡的工程地质详细勘察综合分析确认，中控楼前边坡主滑方向为131°，放空区前边坡主滑方向为135°，食堂后边坡主滑方向为49°，变电站外边坡主滑方向为3°。根据详细勘察工作结合边坡主滑方向综合确定主剖面，各剖面线位置见图4-1。四处边坡的的稳定性计算典型剖面布置如表4-1所示。图4-1工区边坡剖面线位置示意图表4-1边坡稳定性计算典型剖面布置边坡主滑方向稳定性计算典型剖面中控楼前131°1-1、2-2放空区前135°3-3食堂后49°4-4、5-5变电站外边坡3°6-6边坡为堆积层边坡，堆积层厚度较大，根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002中5.2.2节关于边坡稳定性计算方法的规定，确定采用圆弧滑动法对本边坡进行稳定性计算。其具体计算模型分别见图4-2~图4-7。图4-2中控楼前边坡稳定性计算1-1典型剖面模型示意图图4-3中控楼前边坡稳定性计算2-2典型剖面模型示意图图4-4放空区前边坡稳定性计算3-3典型剖面模型示意图图4-5食堂后边坡稳定性计算4-4典型剖面模型示意图图4-6食堂后边坡稳定性计算5-5典型剖面模型示意图图4-7变电站边坡稳定性计算6-6典型剖面模型示意图4.3.2计算工况及荷载组合（1）计算工况根据区域地震资料可知，勘查区抗震设防烈度小于Ⅵ度，地震加速度小于0.05g，可不考虑地震因素对边坡稳定性的影响。鉴于该边坡在50年一遇暴雨期间，边坡整体变形破坏迹象明显，边坡整体处于欠稳定状态。考虑降雨对该边坡稳定性的影响较大，故本次稳定性验算考虑以下两种计算工况，其中工况2为设计的控制工况。对不同降雨工况下的边坡稳定性计算，主要通过抬升地下水位，增大滑体内的静水压力（或渗透压力）来得以体现。工况1：天然状况（滑体自重）工况2（设计工况）：天然状况+50年一遇暴雨（滑体自重+暴雨）（2）荷载组合①自重：整个坡体上，置于滑体上的建筑物及其它工程措施，主要分布在坡体后缘，且荷载不大，中控楼及食堂等采用桩基础，并不对边坡产生附加荷载作用，因此基本荷载主要为滑体的自重。②地下水作用力：工程地质勘察表明，边坡坡体内地下水位较低，天然工况下可认为坡体内无地下水位及渗流场；暴雨时，鉴于坡体堆积层的渗透性，降雨入渗可能在坡体内软弱层中形成渗流场。因此计算时，主要考虑了孔隙水压力对滑面产生的浮托力外，还应考虑暴雨对滑体稳定性产生的影响。3）计算参数的选取室内土工试验采用的是扰动样，造成所取得的力学参数与实际结果存在一定的差距。为此，本次边坡稳定性计算参数的确定采用室内土工试验成果与滑带土参数反演以及经验值三者相结合的方式进行综合确定。（1）室内土工试验从土工试验结果可看出，填土堆积体天然含水量ω为20.0%，天然重度r为18.75kN/m3，饱和重度rsat为19.64kN/m3，孔隙比e为0.70；饱和快剪c值为23.0kPa，φ值为14.60°。（2）滑带土参数反演边坡目前整体处于基本稳定~欠稳定状态，本次滑带土参数反演分析选用边坡主滑方向1-1剖面为实体模型，边坡在天然状况下处于整体基本稳定状态，稳定系数大于1.20；连续性强降雨期间其稳定系数降低为接近于1.15；由于该边坡目前处于暂时稳定~变形阶段，根据《边坡防治工程设计与施工技术规范》第5.3.3条，对处于暂时稳定~变形状态的边坡稳定系数为1.00-1.05。反演分析采用不平衡推力法（传递系数法），稳定系数K取值1.05。根据上述建立的反演计算模型结合不平衡推力法得到滑带土参数（天然状态）的反演成果见表4-2。表4-2滑带土参数反演分析成果表稳定性系数内摩擦角Φ(°)1314151617181920100.6940.7430.7930.8430.8940.9460.9981.050内110.7250.7740.8240.8750.9250.9771.0291.081聚120.7560.8060.8550.9060.9571.0081.0601.113力130.7870.8370.8870.9370.9881.0391.0911.144C140.8190.8680.9180.9681.0191.0701.1231.175（kPa）150.8500.8990.9490.9991.0501.1021.1541.207160.8810.9300.9801.0311.0811.1331.1851.238170.9120.9621.0111.0561.1131.1641.2161.269根据参数反演的结果所作的F.O.S-Φ，F.O.S-C，Φ-C相关曲线见图4-8~图4-10。图4-8参数反演(F.O.S—Φ关系曲线)图4-9参数反演(F.O.S—C关系曲线)图4-10参数反演(Φ—C关系曲线)由图4-8、图4-9可知，F.O.S-C关系曲线中直线族倾角为1.793°，F.O.S-Φ关系曲线中直线族倾角为2.921°，表明稳定性系数F.O.S对内摩擦角Φ的反应比对内聚力C的反应要略灵敏些。反演工况下的稳定性系数取1.05时，C=10.0kpa，Φ=20.28°；C=11.0kpa，Φ=19.41°；C=12.0kpa，Φ=18.81°；C=13.0kpa，Φ=18.21°；C=14.0kpa，Φ=17.61°；C=15.0kpa，Φ=16.99°；C=16.0kpa，Φ=16.38°；C=17.0kpa，Φ=15.77°（见图4-10）。根据参数反演成果，确定滑带土抗剪强度参数C=