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地质学家:勿怕地陷不发展 认真检测可免大灾难

【向灾难学习:地质与城市发展】系列二

报道|余佩妮  摄影|姚春显

地质学与风水颇为相似,正如风水师依靠地形勘察,地质学家同样从地形入手,探索地质形成过程;地质学家手持指南针,就像风水师拿着罗盘,但他们还会携带地质铁锤,通过观察岩石的天然排列和特性,来推断地形结构,从而绘制出详细的地质图。

在过去,地质学家的工作更多是为军方寻找资源如水源、矿物和黄金,同时绘制战略地图,帮助军队制胜敌人,一副详尽的地图往往决定战场胜负,而地图绘制的历史,正是地质学的开端,是地质与发展共存的历史见证。

来到现代,地质学家放下战事,更多参与城市发展进程,从一片空地到拔地而起的高楼大厦,地质学家是最基本的安全守护者,他们以专业的眼光告诉人们,哪一片土地适合承载高速发展的梦想,哪一片土地则隐藏着地质危害风险。

了解风险降低危机

在人类不断追求发展的过程中,无可避免改变地质原貌;当人们破坏自然环境时,往往伴随着潜在地质风险;例如,挖掘斜坡可能会引发土崩、过度抽取地下水会造成地陷等灾害。

发展是必然趋势,因此,了解和应对这些地质风险显得很重要;地质学家会以他们对地质历史的了解和掌握特征,协助人类应对各种地质危害,以最适合方式来随着时代发展。

任职于本地建筑业岩土工程顾问公司的工程地质学家张昌文,向《南洋商报》讲解在城市发展下,各专业单位如何与地质如何知己知彼,和平相处。

拥有22年经验实战的他表示:“城市发展一定会兴建建筑物,医院、地铁、基建等都牵涉建筑工程;早期,未必需要呈交地质报告,都是一个土木或岩土工程师‘搞定’;近年来,很多建筑工程基于安全会先咨询地质学家的意见,或在地方政府要求下提呈获大马矿物及地理科学局(JMG)审批的地质报告。”

对地质学家说,大部分地质上都可以发展,即便在土质较松软的地区也能建起高楼大厦,关键在于了解地质做完善设计,打好地基,确保建筑的安全稳固,但地质条件越差,设计和建筑工程的成本就越高。

施工前需详尽调查

张昌文指出,每位岩土工程师在工程开始前会详尽调查与评估,确保所选地段能够承载建筑重量与规模,这样才能为城市发展奠定坚实基础。

“地质学家根据委托,勘测特定范围的发展地段,实地考察深入地质测绘和地质灾害评估(Geological Mapping and Geohazard Assessment),再呈交给大马矿物及地理科学局审核。”

一块要发展的土地,第一个入场的是土地测量师(Land Surveyor),测量和绘制包括河流、山川、平地、地型高度(Contour)及山坡斜度、人为结构物如建筑物,沟渠,切坡等的高线图 (Contour Map) 或地形测量图 (Topography Survey Map);工程地质学家以电脑软件转换为坡度图 (Slope Gradient Map) 作为地质测绘的基地图 (Based Map) 才实地考察。

岩土工程师从地形测量图和地质地形测绘报告初步了解这片土地的地质状况,再策划工程调查(Site Investigation);工程师有了数据后才能开始各项土木工程设计。

地质学家任务多样

那么,地质学家在城市发展里到底还有什么任务呢?

张昌文说,地质学家首先须亲到现场勘察和调查;除了土木工程师,地质专家也需陪同一起进行钻孔测试(Borehole Test),并现场做土壤和岩石采集记录(Borehole Logging)。

“从钻孔内取出泥土或石头样本,了解这片土地上钻出来的物质、泥土和石头,有时会送往实验室进行土壤测试(Soil Test),确定土壤性质和石头硬度。”

他表示,城市发展与岩土工程师(Geotechnical Engineer)息息相关,如兴建隧道、水坝、建筑物;地质学家提供专业地质数据给工程师,工程师则负责计算如何针对地质风险作出对应土木设计。

发展失衡导致灾害

人类在没有考虑地质情况下,在自然环境中进行大规模、不适当或不平衡的建设活动,会导致生态系统失衡,甚至引发环境灾害,例如土壤流失、山体滑坡、洪水和生态多样性下降。

张昌文说, 树木可保持土壤稳固和吸收雨水,树根更能够牢牢固定土壤;当树木被砍伐后,原本的稳定性减弱,土地变为平地或斜坡。此时,雨水直接渗入土壤,缺乏树根的支撑,坡面稳定性(Slope Stability )会大幅降低。

“如果开发过程中未能有效规划排水系统,雨水积聚在土壤中,尤其斜坡区域会进一步降低坡面安全性;随着雨水不断渗透,土壤内部的水位逐渐升高,当达到土壤承受极限时,就会土崩。”

平衡大自然定律

大自然是一个平衡定律,当雨量突然增加,边坡地下水位慢慢上升,过量地下水位将增加斜坡荷载,慢慢减少土壤的剪切强度(Shear Strength),降低边坡稳定性;当水位上升达到超出边坡土壤所能承受的剪切强度,也可能引发灾难性的山体滑坡。

他说,只要在山坡地段发展都需要砍伐树林和存在土崩风险,需要专业工程师完善设计雨水排放系统和边坡加固设计,例如安装边坡土钉能加固边坡稳定性;安装切坡水平排水管帮助边坡排放出多余地下水。

面对各项灾害应对法

岩土工程师了解和掌握地质特性,就可配合设计相对应灾害安全防范,达到建筑发展安全设计。

张昌文说,地质学家研究和实地勘察后,再根据地形地貌和地形斜度图,把地质风险分类如土崩、土石流、落石、水灾、地陷等。

山崩如何避免?

近年来,我国许多山坡地区频频发生土崩、土石流和地陷事件,使得政府意识到地质因素也必须纳入发展规划和安全设计考量的重要性。

最近的例子包括登嘉楼肯逸水坝、彭亨文冬、吉打日莱峰(Gunung Jerai) 及吉打依纳斯山顶 (Gunung Inas) 也相继发生土石流事件。

此外,许多其他地区也出现了类似的地质灾害现象,引发了广泛关注。

土地斜度要报告

张昌文说,政府过去规范,只要建筑发展土地有斜坡斜度25度或以上山坡地段(Hill Site),一定要呈上地质地形测绘报告(Geological Terrain Mapping Report),并附上发展适宜性地图 (Development Suitability Map),根据地貌边坡斜度,土壤侵蚀状况和其他地质因素,把发展土地分类成第一级(土崩风险程度最低)、第二级、第三级和第四级(发生土崩风险程度最高),第三级和第四级地段或不可有建筑物,或要求更严格边坡加固设计。

“吉隆坡和雪兰莪在2000年最早规定山丘地区发展项目呈上地质地形测绘报告;如今,扩展至全国各地要发展土地时,都需呈交这份报告申请发展规划许可。”

科技突破探测难度

张昌文说,现代技术帮助地质学家上山下地底,新科技可深入地底探测,如同医生扫描人的肚子查看有没有生瘤。

“现代有很多先进技术,比如利用地球物理勘探技术帮助地质学家理解地底下的岩石深度、寻找断层或埋在地下的物质,帮助矿物勘探或寻找石灰岩中是否有空洞,甚至寻找水源。

“专家也可利用激光雷达扫描勘测(Lidar Scanning Survey)技术知晓岩质边坡稳定性;高空扫描地面可协助土地测量师画出地形等高线图;现代技术更方便人们理解地形地貌、环境或地底下的内部地质结构。”

地球物理学家(Geophysicist)也可根据不同物理理论和地球物理仪器设备,比如电阻勘探,通过不同地质的传电力来理解和评估地底下存有水集中的区域或石灰岩中是否有地洞。

土质会随环境改变

他说,一些地球物质(Earth material)也许会造成地质敏感区,比如地底下是石灰岩作为基岩(Bedrock)、地表面被软土地基(Soft Ground)覆盖、冲积层(Alluvium Deposit)或泥炭土(Peat Soil)地段,或有地陷问题,这些地质敏感区都需详细地质研究。

“地质会因风、水、老化等有变化,今天看到是石头,数十年或数百年后,石头可能会腐化或变为泥土;今天是稳固山坡,可能地质改变而土崩;石头很硬,但也会变得坚实度大减。”

明日预告:

建筑物从完工开始就在每日老化,应每年检查地质,预防建筑物与地质双向影响建筑结构。

 

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19政府单位监督 3大土质隐患不发展

【向灾难学习:地质与城市发展】系列四(完结篇)

报道|余佩妮 

摄影|苏汉成

在城市规划和建筑设计的过程中,地质是不可忽视的重要角色;避免问题泥土、山坡和河流这3地质隐患,加上选择合适的地基是长期稳定发展的基石,将潜在风险转化为对城市发展的有利条件。

城市规划师与地质之间的关系密不可分,地质直接影响城市发展、基础设施建设和居民安全;地质环境包括泥土、岩层、水流和地形等,这些因素都影响城市规划师的决定,包括选择发展的土地、建筑结构的设计及公共设施的布局。

通过地质学家提供的数据,城市规划师了解地区的土壤类型、地下水位、地震风险及土壤承载力等,从而设计出适合使用土地的规划,更可远离滑坡、泥石流等带来的高风险区,确保可持续性发展。

城市规划师张齐杰表示:“城市规划师在规划发展一片土地前,需要做很多功课,地质只是其中一项,但地质问题可大可小,可能只需土木技术应对,也可能因地质问题而被迫放弃整个发展计划。”

他指出,城市规划师在设计发展蓝图时,主要避开不稳定的泥土、陡峭的山坡及临近河流或海边的危险地区。

“拿到发展项目后,城市规划师会查看土地测量师提供的地形图,首先查看有没有山坡再分析斜度;超过25度斜度就是第三级,是有限制和有条件的发展,比如仅可兴建一间洋楼的低密度房屋。”

35斜度山地不发展

根据大马政府规范,只要建筑发展土地有斜坡斜度25斜度或以上山坡地段(Hill Site),一定要呈上地质地形测绘报告(Geological Terrain Mapping Report),并附上发展适宜性地图 (Development Suitability Map)。

发展适宜性图测把探测区域分为4个级别,即第一至四级别;级别是根据土地斜度来区分,第一级是斜度少于15斜度(比较接近平地)、第二级是15至25斜度、第三级是25至35斜度及第四级是35斜度以上。

张齐杰指出,平地一般可以发展,超过35斜度(第四级)的山地则不能发展,一般保留作为绿化地用途。

他举例,他曾规划雪州国际山庄(Bukit Antarabangsa)的一片土地涵盖平地和山坡,人们只能规划发展平地,斜坡则保留作为绿化地。

“如果地质条件不适合开发,我们也可能会将这些区域用于游乐场、蓄水池、停车场或摊位,可以减少地质或土质风险。”

斜坡多高=距离山坡多远

根据城乡规划局的高地地区开发指南(Garis Panduan Pembangunan Tanah Tinggi),发展斜坡需有距离要求,斜坡多高就要距离山坡多远;比如,山坡高10米就要留10米的距离,一旦有建筑倒下也不会影响山坡下的建筑。

张齐杰说:“作为一名城市规划师,我除了避免不发展有地质灾害的土地,也不会发展靠近河或海边的区域。”

他说,他曾在一个发展项目中遇到一块有自然河流经过的土地,这样的土地发展起来非常困难。

“由于河流长期经过,土地会变得比较松软,影响建筑的稳定性;当我们提呈图测后,水利灌溉局要求开凿人工河流,将天然河流的水引向另一个方向,从而改变河道。”

有时候,在购买土地时,并不会立即发现这样的问题,往往在土地测量时才发现土地上有河流;河流经过的土地通常土壤较软,因此,发展商最终不得不放弃发展这片土地。

“这个实例再次证明,我们在购地时需特别注意地质,尤其是水道和河流的影响。”

加固地基克服下沉

在大马,城市规划师需至少向19个政府机构和政联公司单位申请发展,其中包括需做一份地质地形测绘报告呈交大马矿物及地理科学局(JMG),报告如何应对发展区内的地质问题。

张齐杰以雪兰莪为例,雪州一带的土地适合发展,除了山坡地区,平地就只有的瓜拉冷岳(Kuala Langat)存有泥质松软的泥炭土(Peat Soil或Tanah Gambut)。

“这类土壤容易导致地基下沉。据大马矿物及地理科学局反映,哥打哥文宁(Kota Kemuning)某地区有这类土质,土质相当松软,该住宅区的车房在数年后可能会下沉。”

为了应对这种土质情况,车房也需要打地基来防止下沉,这与通常只为主要建筑物打地基的做法有所不同;市议会也会要求城市规划师在规划发展时,先查看蓝图上标注有泥炭土的区域,并且提供地质报告。

“雪州巴生西港的土地相对较松软,靠近海边和河边的地区多属此类,但这些地质问题并非无法解决,只是会提高发展成本,比如,车房也需要打地基来避免下沉,无形中增加发展成本。”

非无法逾越难题

他认为,地质松软的问题同样可以解决;以巴生西港为例,虽然该地区是海洋黏土(Marine Clay),但通过加固地基等措施,也能够克服地质上的挑战。

“针对不同的土质,都会有相应的设计方案。因此,对于城市规划师来说,土质和地质并不是无法逾越的难题。“

遇到地质或土质问题时,城市规划师会提出相应的解决方案,并由土木工程师在技术上处理,确保发展的可行性。

购买土地充分调研

张齐杰说,土壤报告通常是在购地前完成的,而不是购地后才做,这样做可以避免购入存在地质问题的土地。

“在购买土地前应先征得地主同意,进入有关土地进行土壤测试和地质报告,排除负面地质问题因素和确保土地适合发展后才购地,最终用于开发的土地已没有明显地质问题。”

他说,如果能够避免地质问题,当然最好;如果无法避免,则需要通过重本打好地基来确保工程的稳定性。

避免开发尊重大自然

“有时候购买后才发现问题,因此,购买土地之前充分调研是非常重要的,规划前应现场考察后才做进一步规划。”

他说,城市规划师应当尊重自然环境,例如遇到斜坡就应避免开发;在平地上则通过地质勘察,如果地质条件不适合,也不应开发。

城市发展向上不向下

随着城市化的快速发展,城市向下扩展已成为趋势;如果向下发展超过两层楼时,需要有地质报告,以确保安全。

张齐杰说,超过两层地下开发的项目,需寻求专人处理地质报告;如果土质较软,可通过加固地基来解决问题。

“向下发展的成本较高,其他地方较少涉及,因此,目前大部分发展计划还是尽量向上发展。”

他指出,即使人口密集的首都吉隆坡,开发商通常都尽量避免建设地下停车场,因为1层地下停车场的成本相当于3层普通停车楼层;地下停车场也有漏水和淹水等风险。

昂贵土地往下发展

“发展地下的项目主要集中在土地昂贵的地区,如首都吉隆坡,便宜的土地则不需要向下扩展。”

他也说,地下埋各种基设电缆不会影响地质,但需要针对地质和土质情况来设计地基。

“地质学研究帮助城市规划师设计建筑,如果地质不能通过爆破处理,则要避免开发;有时,土地表层也可能是石头而非泥土,处理石头的成本也很高。”

地下水与污染物不适发展

通常情况下,如果土地有地下水存在,就不适合开发;土地污染如曾经是铁厂并埋有旧铁等污染物,也会对土地造成影响。

张齐杰说,遇到山坡或敏感区域时,城市规划师会与地质学家合作,专家会指出哪些是地质或土质敏感区域;根据地质学家的土地适宜性地图(Land Suitability Map)规划发展时可避免某些区域,选择较为安全的区域发展。”

“以前对此没有详细了解,但我们现在知道两种地质的边界是不适合开发和打地基的区域。”

条件太差发展成本高

张齐杰说,他非常重视地质学家的专业意见,在项目初期,地质报告对规划的影响非常大,它决定了是否可以开发。

“整体上,如果地质条件过于差劲,我们可能会停止整个计划。例如,在瓜拉冷岳地区,尽管我们已绘制了房屋规划图,但土壤报告显示土质很软,工程师计算后发现打地基成本过高,最终决定放弃计划。”

他指出,土质问题对整个房地产开发的成败有重大影响,比如山坡地带,除了打地基花费较多,也可能因为防止土崩的高昂费用而需放弃发展。

“在巴生,我们曾经进行深达50米的土壤测试,以获取足够的数据来规划和设计发展蓝图,这些都增加发展成本。”

吉隆坡需平衡发展

建筑师关福裕受访时表示,不同的地质条件,如沼泽地或石头地,建筑师会建议使用不同的地基方案。

他举例,沼泽地可能需要筏形基础(Raft Foundation),是类似船底的地基,以保证建筑物的稳定性;如果遇到硬石地,就可能需要炸石处理。

筏形基础(又名“筏基”)是指当建筑物上部荷载较大,而地基承载能力又较弱时,用简单独立或条形地基已不能适应地基变形的需要,这时,将墙或柱下地基连成一片,使整个建筑物的荷载承受在一块整板上;筏形地基因底面积大,可减小基底压强,同时也可提高地基土的承载力,能更有效增强地基,调整不均匀沉降。

他说,在城市化过程中,建筑师与地质的关系紧密,在初步开发项目时,建筑师需要检查土地的地质条件,通过地质报告解剖土地的每一层,再初步构思和设计。

“我们在建筑施工时处理潜在的地质或土质问题,确保建筑物在完成时能够安全使用。

避免过度开发

他以吉隆坡的城市化进程为例,吉隆坡需要平衡发展与环境保护,避免过度开发,并关注地质条件的变化,以确保城市的可持续发展。

“如果在施工前没有地质报告,仅有局部的土壤测试,可能会碰到无法预知的地质问题。”

关福裕分享本身经验,指曾处理吉隆坡一个商业店屋的工程,在打地基时遇到一个无底洞,无论倒多少混凝土进去都不会停止,直接超出建筑预算。

“如果在开始工程前做地质报告就会知道这片土地下有什么,但我们在没有掌握全面地质情况下遇到无底洞,也只能一直填补铺平才可以继续建筑工程。”

有洞就须填补

他解释,地质报告如同医生使用仪器扫瞄人体,如果心脏有孔就会知道;地质报告让建筑师知道症兆,才可避免不必要的建筑状况。

“那次的工程一直填到凝固,我们才可以在上面打地基。无形中是浪费金钱;如果不填补这些地下洞,最终可能演变成早前在吉隆坡发生的地陷事件,会令上面的建筑构造倒一边和倾斜,甚至倒塌。”

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