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第7章岩土工程的安全控制与概念设计及案例


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岩土工程设计安全度
第7章 章 岩土工程的安全控制与概念设计

7 岩土工程的安全控制与概念设计
? ? ? ? ? ? 7.1 岩土工程的安全控制 7.1.1 设计安全度 7.1.2 设计基础资料 7.1.3 材料和施工质量 7.1.4 检验、监测和应急措施

检验、 7.1.5 地质变化和地质灾害

设计安全度
安全和满足预定功能要求
? (1) 在正常施工和正常使用条件下,能承受可 能出现的各种作用。 ? (2) 在正常使用条件下具有良好的工作性能 ? (3) 在正常维护条件下具有足够的耐久性 ? (4) 在偶然事件发生时或发生后,仍能保证必 需的整体稳定性。 ? (5) 在正常施工、使用和维护条件下,对环境 的影响不超过限值 ?

设计安全度的经验调整
? ? ? ? ? (1)计算方法的成熟程度; (2)设计经验的积累程度; (3)设计基础资料的完整性和可靠性; (4)材料和施工质量的可控制性; (5)不能满足功能要求时的可补救性。

设计安全控制注意事项
? (1)做好概念设计,综合计算成果和工 程经验作出设计决策; ? (2)选择正确适用而成熟的计算模式和 计算软件,必要时多种计算模式和多种 软件校核; ? (3)问题复杂难以决策时,申请专家论 证; ? (4)信息化施工,动态设计,根据观测 数据不断完善设计。

设计基础资料
? 没有勘察不能设计 ? 上部结构 资料 ? 周边环境 调查 ? 根据资料的充分程度调整安全度 ? 缺乏经验的特殊性岩土和特殊工程 ? 设计时留出适当的余地

材料质量
? 1混凝土、钢材等,由设计者选定,应保证其 强度、耐久性等性能符合要求; ? 2土工合成材料(土工纤维、土工膜等),由 设计者选定,属于非常规材料; ? 3人工制造或人工改造的岩土材料,如填方工 程、路堤、土石坝等,由岩土工程师设计,施 工时按岩土工程师设计的要求实施; ? 4天然岩土,如天然地基、天然边坡,通过勘 察测试确定其工程特性。 ? 材料种类不同,保证安全的措施也有所不同。

施工质量
? 施工的可操作性 ? 尽量采用施工简单,便于操作的工法, 设计得过于复杂, 降低施工的可操作性 ? 施工质量的可控制性 ? 举例

检验、 检验、监测和应急措施
? 包括材料质量的检验和施工质量的检验 ? 监测是岩土工程安全的最后一道防线, 也为同类工程设计提供了实验依据 ? 不确定性因素较强,风险较大的工程, ? 紧急预案,以防不测

地质变化和地质灾害
? 土的含水量变化 ? 黄土湿陷、膨胀土胀缩、非饱和土基坑 渡过雨季因增湿而失稳、残积土边坡雨 季发生浅层滑坡和泥石流 ? 地下水位变化和抗浮设计水位 ? 挖方、填方、蓄水、排水,隧道和城市 地下工程等工程, ? 都可能改变水文地质条件

7.2 岩土工程的安全风险评估
? 7.2.1 概述 ? 7.2.2 岩土工程风险分析评估的方法 ? ? 7.2.3 岩土工程风险分析评估存在的问题 ? 7.2.4 地铁和地下工程的安全风险评估

概述
? 投资者和政府不仅关心技术层面的安全度,更关 心工程失事造成经济损失、人员伤亡、社会影响、 环境影响的风险 ? 第一届国际岩土安全与风险研讨会(ISGSR 2007)” 在上海同济大学召开 ? 涉及领域:岩土工程的不确定性;岩土工程的灾 难与风险;岩土工程的风险与可靠度分析;以风 险管理理念为指导的设计指南建设;岩土工程风 险管理工程实例;岩土工程与结构安全的和谐统 一;岩土工程的维护与寿命周期

岩土工程风险分析评估的方法
? 定性分析:主要用于工程建设前的管理 分析,用危险性极高、高、中等、低等 术语; ? 定量分析:数值分析、概率分析、相关 分析、聚类分析、极值分析、层次分析、 模糊分析、系统分析、神经网络分析、 信息分析、GIS技术分析等

岩土工程风险分析评估存在的问题
? 1相关实例资料缺乏 ? 2 可接受的风险水平缺乏标准 ? 3 风险指标和力学指标的结合问题 ? 4 真正的定量分析尚待时日

地铁和地下工程的安全风险评估
? 定性分析:专家调查法:智囊法、德尔菲法、 “如果……怎么办”法、失效模式及后果分析法 等; ? 定量分析:模糊综合评判法、层次分析法、蒙特 卡罗模拟法、控制区间记忆模型、神经网络方法、 等风险图法; ? 半定量分析:事故树法(或称故障树法)、事件树 法、影响图方法、原因-结果分析法、风险评价 矩阵法, ? 各类综合改进方法,如专家信心指数法、模 糊层次综合评估法、模糊事故树分析法、模糊影 响图法等。

风险等级标准
? ? ? ? ? ? ? ? ?

详见教材

工程风险概率等级标准 工程风险损失等级标准 风险评价矩阵 风险接受准则 直接经济损失等级标准 人员伤亡等级标准 直接工期损失等级标准 周边区域环境影响损失等级标准 社会信誉榀失等级标准

7.3 岩土工程的概念设计
? ? ? ? ? ? ? 7.3.1 7.3.2 7.3.3 7.3.4 7.3.5 7.3.6 7.2.7 从场地和工程的实际出发 抓住关键, 抓住关键,突出难点和重点 坚持设计理性, 坚持设计理性,避免盲目 注重综合判断和现场试验 统筹兼顾,协调配合, 统筹兼顾,协调配合,注意总体效果 设置多道防线, 设置多道防线,确保工程安全 小结

为什么提倡概念设计
? 不确定性引入概率论、统计学、模糊数 学必须从实际出发,更好地解决工程问 题,在正确概念框架内与传统方法结 合,不能背离业已确立的基本概念 ? 应认识复杂性, 但解决问题时,尽量复杂 问题简单化,不要简单问题复杂化。 ? 概率极限状态讲究定量、精细和分析, 概念设计注重定性、综合和判断, ? 岩土工程发展到目前,尚难精细分析

从场地和工程的实际出发 抓住关键, 抓住关键,突出难点和重点
? 一头是工程要求,一头是地质条件 ? 勘察要了解设计要求,设计要掌握场地地基条 件,紧密结合,经常沟通 ? 抓主要矛盾 ? 难点就是工程地质和岩土工程的疑难科技问题; 重点就是对工程安全有重大影响的问题。有些问 题可能既是难点,也是重点,更是关键。

坚持设计理性, 坚持设计理性,避免盲目
? 两种盲目性:盲目相信计算, ? 盲目相信经验 ? 对原理深刻理解,有丰富工程经验, ? 从框架设计到细部设计,符合科学原 理,清楚计算模式、计算参数、计算结 果与工程实际的差别, ? 理性设计。

注重综合判断和现场试验
? 原因主要在于单纯的计算不可靠。 ? “不求计算精确,只求判断正确” ? ? ? ? ? ? ? 设计基础资料完整性和可靠性的判断; 设计重点问题和关键问题的判断; 设计方案适用性、有效性和经济性的判断; 计算参数、计算方法和计算软件合理性的判断; 计算与实际偏差的判断; 工程实施过程中可能发生问题的判断等等 植根于理论基础上的经验才有生命力

统筹兼顾,协调配合, 统筹兼顾,协调配合,注意总体效果
? 概念设计首先进行总体设计的构思,构 建总体框架,然后进入具体工程的细部 设计计算。 ? 协调配合得不好,不仅不能相辅相成, 还可造成上道工序为下道工序设置障 碍,下道工序破坏了上道工序的功能。 ? 岩土和结构是一对矛盾的两个方面,相 互作用,相互影响而处于同一个统一体 中

岩土工程概念设计的哲理
? ? ? ? ? 从实际出发,实践的第一性 分析矛盾,解决矛盾,抓住主要矛盾 注意全面性,反对片面性 强调科学性,理性即科学性,反对盲目 理论和经验的结合

小结
? 还是一门不严密、不完善、不够成熟的 科学技术 ? 狭义的概念设计可以理解为框架设计 ? 广义的概念设计是一种设计思想, ? 建立在理性基础上的设计

? 概念设计典型案例

? 中央彩色电视中心 ? 挖孔扩底桩基础

1 工程概况
? 分为播出区和制作区 ? 播出区建筑面积 万m,以播出大楼为中 播出区建筑面积4万 以播出大楼为中 建筑面积 东西北三面与裙房相连, 心,东西北三面与裙房相连, ? 主楼筒中筒结构,地上 层,地下 主楼筒中筒结构 地上26层 地下3 筒中筒结构, 箱形基础,天然地基。 层,箱形基础,天然地基。箱基底面标 高-12.5m。 。 ? 裙房地上3层,地下3层,局部4层,扩 底挖孔桩基础,基底标高-12.5m。

? 制作区建筑面积4.4万m, ? 以演播室为中心,分为8段。 ? 主体框混结构,地上3~4层,地下 1层,扩底挖孔桩基础,基础底面标 高-12.0m左右。 ? 1983年6月开始施工,1984年底 结构完工,1987年投入运营。

2 地基条件
? 填土、粉土、粉质粘土、中粗砂、卵石 和第三系泥岩、砾岩。 ? 地下水位标高为40.4m,卵石层中。 ? 播出区和制作区荷载差别很大,又不设 沉降缝,制作区各段平面布置复杂, ? 为减少差异沉降,所有建筑物基础落在 同一稳定的硬层上。 ? 卵石为持力层,无软弱下卧层。

3 基础设计
? 初步设计,主楼箱形基础, ? 裙房和制作区钻孔灌注桩基础,桩径 ? 400mm,以卵石为持力层。 ? 施工图设计,根据勘察单位建议,裙房 和制作区改用扩底挖孔桩基础,设计单 位接受了这个建议。

4 概念设计分析 (1)
? 钻孔灌注桩单桩承载力280kN,播出区需2334 根;制作区需6659根,共8993根。 ? 需独立承合或条形承合。 ? 挖孔桩单桩承载力高,可通过扩底调整,一柱一 桩,播出区210根,制作区743根,共953根, ? 只有桩帽和拉梁。不需弯矩和冲切验算,受力简 洁, ? 钢筋混凝土方量大大减少,经济效益显著。

4 概念设计分析 概念设计分析(2)
? 钻孔灌注桩施工质量不易保证,特别是 沉渣问题难以控制,当时尚无监理制 度,质量不易保证。 ? 挖孔桩每桩浇注混凝土前均有专业人员 下孔多次检查,认定合格才签字,准许 下道工序实施,每桩质量均有确实保证。

4 概念设计分析 概念设计分析(3)
? 钻孔灌注桩需多台机械施工,场地拥 挤,泥浆污染,施工管理复杂,工期长。 ? 挖孔桩第一期为人工开挖,人工扩孔; 第二期为机械开挖,人工扩孔,进度 快,现场文明。 ? 主要是安全关,由专人严格按制度要求 管理,实际工期为钻孔灌注桩的四分之 一, 未发生任何质量和安全事故。

4 概念设计分析 概念设计分析(4)
? 桩底位于地下水位以上,便于施工。 ? 个别略低于水位的桩位将桩底标高稍加 提高,通过加大扩底补偿承载力。 ? 桩侧地层便于扩孔,是实施挖孔桩方案 的有利条件。

地基承载力和变形
? 第一期持力层是卵石,估计端阻力为 800kPa,设计时采用了1000kPa,但不计 侧阻力。根据经验,估计主楼沉降不会超过 5cm,裙房和制作区不会超过3cm,主楼与 裙房的沉降差约1cm,可以接受。 ? 第二期做了载荷试验,根据试验结果调整了设 计,卵石端阻力取1500 kPa,砂层端阻力取 750 kPa, ? 侧阻力取30 kPa,作为安全储备。

沉降观测
? 主楼平均沉降3.11cm,倾斜0.023%。 ? 裙房及制作区平均沉降1.14cm,倾斜平均 0.027%,接近主楼较大,主楼的相邻影响。 ? 施工期间沉降约占63%,主体结构完成后一 年,沉降基本稳定。 ? 沉降差,最大5.2mm,最小4.8mm,平均 5.0mm。 ? 经多年使用,上部结构未发现由于地基沉降而 造成的变形和开裂,与设计时的预估基本一致。

? 某工程基础事故的 ? 概念设计分析

1 工程概况
? 多功能综合楼,建筑面积53 484m2,分4 部分: ? ①28层筒体塔楼,地面以上高109.0m; ? ②26层主要部分; ? ③副体部分, 18层; ? ④纯地下室 ? 筏板长78.6 m,宽35.9 m(含外挑),埋 深11.0 m。 ? 框架剪力墙结构

? 沉管灌注桩加梁板式筏基 ? 桩径500mm,有效桩长21.5m,满堂布置。 桩距1.8m*1.8m和1.8m*2.lm两种。 ? 单桩承载力标准值为1100kN,由试桩静载荷试 验确定。 ? 按主次梁将筏板划分为小区格,区格尺寸为 ? 4.2m× 4.2m和4.5m× 4.2m。 ? 主梁断面1.40m× 2.30m, ? 次梁0.60m× 2.18m; ? 筏板厚度 筒体部分1.0m,其余0.6m。

筏基平面及高度分布(刘明振)

2 地基条件
? ? ? ? ? ? 湖泊相沉积平原 前期为湖相、湖沼相粘土,夹泥炭层, 中期为湖相沉积粘土及含粉细砂的粉土, 后期为冲洪积粘土、圆砾和粉土。 地下水位埋深1.2~1.6m。 筏基底面标高-11.4m,坐落在粉土层④上, 桩端持力层为粘土层⑧。

3 事故表现
? 主、次梁及筏板开裂、渗漏, 上部结构也有裂缝。 ? 主体完工时,80 %的区格底板渗漏。 ? 之后发现几乎全部底板渗漏或开裂,肋梁也产生 了裂缝, ? 肋梁裂缝继续开展。 ? 筏板裂缝多发生在区格对角线上,也有在底板与 肋梁交界处。梁的裂缝主要发生在两端, ? 裂缝以筒体附近出现得最早,也最密集

4 从概念设计角度分析事故原因
? (1) 桩型选择有误。 ? 在饱和粘性土中, 选用密集满堂布置的挤土型 振动沉管灌注桩。 ? 土体发生横向挤压和竖向隆起,导致已沉入的桩 偏位、挠曲、上浮,出现缩径、断桩、吊脚等。 ? (2) 桩端持力层的选择不合理。 ? 土层⑧最差,平均孔隙比1.05,有泥炭土夹层 或透镜体,孔隙比达2.54, ? 导致总沉降和差异沉降增加

? (3) 桩土分担的假设没有根据。 ? 设计假定桩间土分担10%的荷载, 实际上,施工 引起地基土隆起并产生很高的超孔隙水压力, 消 散导致筏板与地基土脱离, 桩间土不能分担荷载。 ? (4) 错误地均匀布桩,外挑和地下室部分也布桩 ? 该工程荷载分布极不均匀,分28层、26层、18 层和零层4部分,荷载差别很大。 ? 结构上有筒体、剪力墙,框架,刚度变化可观。 ? 荷载集中在中间部分,筏板在此产生严重变形和 开裂是必然的。

? (5) 筏基结构设计不够合理。 ? 梁板式筏基增加了施工难度和开挖深度, ? 刚度差异造成梁板交界处应力集中。不同厚度使 散热不均匀,混凝土凝固过程中,梁和板不同步 收缩,在板中产生了较大的次应力。 ? 筒体内板厚1.0m,筒外仅0.6m,太薄。 ? (6) 忽视构造要求。 ? 剪力墙分布杂乱无序,连续性差, ? 施工方面的原因。 ? 工程桩检测方法和数量不符合规范要求。

? 整平场地水位上升 ? 引发的问题

1 工程概况
? 内蒙准格尔大型选煤厂 ? 在土丘斜坡上,南高北低,高差51m,地面坡 度10%。 ? 北端点岱沟,季节性水流, ? 东西两侧都冲沟,西侧冲沟下游出露下降泉,水 量不大。东侧冲沟紧邻场地东边界, ? 两沟雨季时由南向北流入点岱沟,沟深坡陡。

? 1990年平整场地, ? 西冲沟全部填埋,下游泉水处用块石做成盲沟将 水引出,回填时不慎将盲沟出水口堵死。东冲沟 上游填平,中有公路通过,将沟截断。 ? 场地整平成六个平台, ? 最低点岱沟为铁路站线,第二平台高出20m, 布 置9个产品煤筒仓。二至六平台高差顺序为4m、 4m、6m和6m。边坡做成1:1.5。第三平台 布置浓缩池等,第四平台主厂房,第六平台布置 双排9个原煤筒仓。 ? 极大的改变了原始地形地貌 ? 平整后长550m, 宽300m。

? 两组大型储煤圆筒仓,是高、重、大构筑物。 ? 第六平台上9个原煤筒仓,双排,单仓直径22m, 高56.4m, 至配煤车间总高69m,单仓容量16 000吨, 包括自重总荷载292 000kN。箱形基 础,扩大直径至25m, 埋深6m, 基底压力 595kPa。 ? 第二平台9个产品煤筒仓,单排、单仓直径15m, 高35m, 加配煤车间总高47m,单仓容量 3200~4500吨。包括自重总荷载109 000kN。 片筏基础,扩大直径至18m,埋深4m,基底压 力430kPa。

2 勘察设计与施工
? 按20~25m间距勘探 , 114探井保证取样原状。三轴、 直剪、压缩、高压固结等。旁压、静探、标贯等原位测 试 ? 三组载荷试验,最大加荷1200kPa和1000kPa, 超过 建筑荷载一倍多。 ? 原煤仓基底为Q2黄土状粉质粘土③,厚8.8m;其下虽 仍为Q2, 但含水星较高,饱和,土质较差,厚度不均, 最厚者13m,有的为0, 一般8~9m,下部是第三系红 色粉质粘土,厚者8~9m,有的缺失,一般6~6m。基 岩为二迭系上石盒子组的强风化泥岩。 ?

? 产品仓基底下为Q3黄土状粉土②,厚 3.3~6.0m,一般4.3m。;其下为Q2黄土状粉 质粘土③,含水量较高,饱和,土质较差,厚 0~5.7m,一般4.0m。基岩与原煤相同。 ? 原煤仓水位地面14m以下,产品仓地面8m以下。 水位变化很大,有的未见水。一般基岩突出处无 水,考虑内蒙干早,地下水不会太大影响。 ? 勘察重点是持力层和下卧层的饱和土。地基承载 力以载荷试验为主,结合多种室内及原位测试数 据,进行理论计算和经验公式取值。 ?

? 原煤仓特力层③的地基承载力为350kPa, 深宽修 正后取值600kPa。产品仓持力层地基承载力在 460kPa以上,取值450kPa,都满足上部荷载 要求。 ? 下卧层饱和土③未做载荷试验,但室内试验和原位 测试数据齐全,承载力标准值250kPa。饱和土 力学性质有所降低(20~30% ),但验算满足要 求,余地不大。 ? 变形验算,压缩模量采用探井原状土试验数据,并 与载荷试验的变形模量对比。 ? 原煤仓最大沉降24.9cm,最大倾斜率为0.0036 ? 产品仓计算沉降和最大倾斜为8.78cm和0.0009, 都满足要求。

? 1990年7~8月两组煤仓相继开工, ? 检验基底土性质,与勘察成果一致。基础出地面 后设立观测点,开始沉降观测。 ? 1991年5月产品仓竣工,1991年8月部分原煤 仓竣工。一年后,1992年8月实测原煤仓平均 沉降2.5cm, 倾斜0.00045;产品仓为1.7cm 和0.00047。 ? 尚未装煤,仓体自重占总重约45%和55%, 实 测沉降约为预估沉降的50%,并已趋向稳定, ? 认为这将是一项成功的岩土工程。

3 事故的发生与发展
? 1993年末,一级平台高20m的边坡上,沿岩面 大量渗水,冬季冻成冰砣,开冻后大量渗水。 ? 1994年3月,局部边坡突然塌滑。长约120m, 坡顶裂缝距产品仓仅20m, 裂缝宽140mm, 最 大落差200mm。4月中旬裂缝宽600mm, 落 差510mm。 ? 措施: ? 仓北15m处打两排嵌岩护坡桩80根。坡脚处做 42根抗滑桩,边坡刷缓1:1.75,全部护砌。 后在边坡下打水平泄水孔及筑盲沟排水,坡脚砌 筑重力式毛石混凝土挡土墙,至1995年4月滑 坡基本稳定。

? 产品仓自1993年后沉降加速,至1995年1月, 空仓沉降4.3cm, 超过空仓预估沉降4.13cm, 且仍在延伸,趋势不稳定。 ? 补充勘察发现水位普遍上升1.5~2.0m。持力层 Q3黄土状土②下部饱和。原下卧的饱和土层位 提高2.0~2.5m。 ? 持力层含水量略有增加,液性指数由<0增至 0.12。抗剪强度降低了约四分之一,压缩模量 降低了40~50%。地基承载力仅330kPa,满 足不了基底压力450kPa的要求。 ? 软弱下卧层验算不能通过。 ? 当时尚未装煤。

? 原煤仓补充勘察,也发现水位普遍上升 1.5~2.5m, 饱和土层位提高了3.0~3.5m, 最 高处距基底仅4m。 ? 软弱下卧层验算不能通过。 ? 计算沉降达58.3cm, 超过允许值(40cm )。 且倾斜多处超过1%, 个别达2%, ? 两组筒仓补勘结论:必须加固,否则不能装煤。 ? 全场区水位都有不同程度上升,普遍上升2m左 右,最多3.5m。约三分之一钻孔不足l.0m。

4地下水上升的原因分析 地下水上升的原因分析
? 远离黄河,高程在1170m以上,无地表水体。 年平均降水量378mm, 蒸发量2126.5mm。 汇水面积有限。 ? 工程建设改变了环境 ? 原来坡度10%,地表板结,部分植被。两侧冲 沟, 排水通畅。绝大部分雨水由地面排入点岱沟。 垂直渗入土中不足20% ?

? 平场填沟后,形成六个平台,平台坡度为 0.12~0.47%。地表硬壳破坏,原土裸露。两 侧冲沟填埋,冲沟内泉眼被堵,使通畅的地表迳 流成为在各台阶平地上的缓流。 ? 加上设计的排水系统尚未形成,使入渗量由不足 20%增至40%左右。 ? 黄土状土垂直渗透系数是水平的10倍,水平运 动十分缓慢。水在土中没有出路,只能在土中聚 集,缓缓向最低一个边坡流动。 ? 三年后开始在边坡基岩面上渗出形成冰砣,整个 场地地下水位升高了2~3m。

5事故的处理 事故的处理(1) 事故的处理
? 产品仓上游(南侧)15m处, ? 风化岩石中开凿截水盲洞,盲洞净断面 高1.7m, 宽1.0m, ? 洞上一排渗水井,间隔10~15m, 地下 水通过渗水井引入盲洞, 向坡下排出。

5事故的处理 事故的处理(2) 事故的处理
? 产品仓用劈裂水泥注浆加固地基, ? 注浆孔442个,间隔3.0m。穿透筏基注浆, 水灰比1:1和0.8: 1,注浆深度达基岩, 平均 深6m。 ? 为避免跑浆及减少地基侧向变形,沿产品仓基 础四周做直径1.2m及1.0m的灌注桩围箍162 根,桩端入基岩3~6m, 平均桩长17m。灌注 桩间加旋喷桩, ? 使整个地基土封闭

5事故的处理 事故的处理(3) 事故的处理
? 原煤仓同样用劈裂水泥注浆加固地基, 注浆孔共754个,平均间距3.0m,在箱 基中作业穿透基础,水灰比1:1,注浆 深度进入第三系(或基岩)0.5m。平均 孔深14.5m. ? 同样沿仓基础用旋喷桩围箍,共680根。

5事故的处理 事故的处理
? 加固施工从1995年9月至1996年6月, ? 处理费用3500万元(含边坡处理), ? 处理效果良好。经检验, ? 产品仓地基承载力达到500~600kPa, 原煤仓达到600~700 kPa。

5事故的处理 事故的处理
? 1996年9月开始装煤, ? 分三期加载,每期加三分之一容量。至 ? 1998年3月最大沉降 ? 产品仓为26.6mm ? 原煤仓为13.9mm ? 以后沉降基本稳定,生产运转正常。

小结
? 本工程勘察测试,地基承载力评价和变 形分析,做得相当周全,惟一忽略的问 题是工程建设造成环境的改变。 ? 水位升高导致滑坡发生,地基承载力降 低,变形不能满足要求。 ? 许多工程只知按当前条件勘察设计,不 注意预测未来,预测工程建设改变环境 造成的影响。

? 唐山体育中心 ? 岩溶塌陷治理

1 塌陷概况
? 第二田径训练馆 1988年6月6日地面塌 陷,坑深6. 5m, 面积约35m2, 用 200m3碎石将坑填满后,于6月15日再 次塌陷。馆内两根混凝土柱子陷入坑 内,房顶随之坍塌 ? 体育场主席台西北角, 地面沉陷。2001 年4月止,最大沉陷量达47cm, 面积 496m2.,成为危险建筑。

勘察
? 为迎接2001年9月18日举办全国陶瓷博览会, 市政府决定对唐山市体育中心岩溶塌陷进行彻底 勘察和治理。 ? 塌陷在第二田径馆、主席台西北部和明丰房地产 公司西侧三处。 ? 塌陷范围内第四系被潜蚀、破坏,形成疏松带, ? 强度明显降低,N明显低于正常值。如明丰房地 产公司处标贯试验14次,N最大仅6,有的地方 甚至测不出,(正常粘性土最低6,砂土最低 25), ? 必须处理。

明丰房地产地质剖面

2 地质和水文地质条件
? 第四系厚22.25~ 44.30m,粘性土和砂土互 层。 ? 粘性土一般为中~低压缩性土,砂土为中密~密 实,均为超固结土。 ? 基岩与砂砾石含水层之间有透水性较弱的粉质 粘土,削弱了两个含水层之间的水力联系。 ? 但该层不稳定,局部缺失,形成“天窗”,给土 洞和地面塌陷的形成创造了条件。

?

基岩:

? 寒武系泥灰岩和灰岩,在东南部 ? 岩溶较发育; ? 青白口系泥岩、页岩和砂岩,在场地的中部 ? 岩溶不发育; ? 蓟县系白云岩、白云质灰岩,在场地的西半部 ? 岩溶较发育。 ? 第二田径训练馆、主席台位于蓟县系白云岩、 白云质灰岩分布区, ? 明丰房地产公司位于寒武系灰岩分布区。

地下水
? 第四系孔隙水为3个含水层 ? ? ? ? ? ? 第一层已基本疏干,呈上层滞水; 第二层位局部疏干,水位较;稳定; 第三层位局部疏干,局部缺失,水位埋深为 26.0~29.0m。 岩溶裂隙水位埋深42.40~44.91m, 由于开采,水位远低于第四系孔隙水。

? 市区形成多层漏斗,沿层面向漏斗中心汇流, ? 垂直方向上孔隙水向下补给岩溶裂隙水

天窗
? 第四系底部棕红色粘性土,厚0.60-8.56m, 起 隔水作用, ? 局部缺失,使砂砾层直接与基岩接触,形成通道。 ? 第四系孔隙水通过“天窗”补给裂隙岩溶水。 ? 孔隙水与裂隙岩溶水既各自独立, ? 又有一定水力联系 ? 使上部潜蚀成土洞,并进一步发展为地面塌陷。 ? 真空吸蚀作用

岩溶塌陷演化过程

4 治理
? 上段(第四系地层)充填加固, ? 使地基稳固; ? 中段集中封堵残积红土缺失段的天窗, ? 使天窗封堵; ? 下段充填溶洞通道, ? 岩溶水径流通道充填固化。

治理方法
? 第四系地层土洞,用注浆法充填加固。 以水泥浆为主,掺加一定数量的粉煤灰 和膨润土。 ? 高压旋喷与高压注浆相结合,消除 “天 窗。” ? 较大溶洞先充填骨料(碎石、中砂), 再注浆胶结,阻断地下水渗流通道。 ? 断层破碎带以注浆加固为主。

5 治理效果检验
? ? ? ? ? ? 注浆情况分析; 钻探验证; 物探检测; 沉降观测; 原位测试; 水位观测。

治理前后主席台处瑞雷波图

? 安贞雅园 ? 地下车库基坑事故

1 工程概况
? 位于北京北三环路外,朝阳区安定路12 号三机床厂院内,框架剪力墙结构,筏 板基础,建筑面积6858m2。 ? 基坑实际深度13.0m。 ? 地下水位埋深为1.05~2.40m。 ? 2003年5月10日早晨,13. 0m宽边坡 土体整体下滑,造成塌方。

2 工程地质条件
? 人工填土,厚1.50-4.20m; ? ? ? ? ? ? ? ? 粉质粘土、重粉质粘土; 粘质粉土、砂质粉土、粉质粘土; 砂质粉土、粘质粉土; 粉质粘土、重粉质粘土; 粘质粉土、砂质粉土层; 粘土、重粉质粘土;粉质粘土; 中砂、细砂;局部卵石;卵石、圆砾; 粉质粘土、重粉质粘土;粘质粉土、砂质粉土。

3 环境与基坑支护
? 位于居民小区内,情况复杂。西侧距坑 边13m处有化粪池,化粪池与基坑间是 建化粪池时新回填土,有污水管道。 ? 紧邻坑边与基坑平行的电缆管道、煤气 管道、上下水管道等。 ? 采用土钉与锚杆组合支护,以事故发生 的西侧为例,共8道。

3 事故经过
? 2003车4月底,施工第二、三排土钉时 孔内有少量臭水,边坡无异常。 ? 5月6日,西侧污水井向上涌水,致地面 积水。 ? 5月7日地面方砖轻微下沉。 ? 5月8日疏通管道,未彻底。中午从污水 井抽水,避免继续外溢。

? 5月9日早晨,化粪池部位方砖严重下沉。 ? 将化粪池管道挖开,发现两个化粪池4个 出口,管道接口处均错位。化粪池排出 的污水不能流入污水管道,渗入基坑。 ? 随即在化粪池内抽水,搭建施工平台, 准备加固边坡。因坡面混凝土局部崩裂 终止, ? 坡面竖向裂缝加大。

? 5月10日早晨,化粪池方砖严重下沉, 局部断裂。疏导小区车辆,淮备断水、 断电、断气。 ? 8点05分,基坑西侧北段下滑, 10分钟 后南段下滑,南段最深下滑8~9m, 土体 整体推入坑内。

4 原因分析
? 基坑虽不深,但周边环境复杂,采用土 钉和锚杆组合支护方案不妥。 ? 直接原因是坑侧污水管道错位堵塞,污 水渗入土内,增加土重,降低土的强 度,促使土体加大位移。 ? 土体位移加大进一步增大管道错位和漏 水,进一步增加土重和降低强度, ? 如此恶性循环,最终造成整体滑坡。

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