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1、土木工程事故分析与安全技术,1 岩土工程事故研究进展,1.1 概述,上篇 岩土工程事故分析,岩土工程灾害是由具有破坏性的自然因素（地震、降雨、火山爆发等）或人类工程地质活动（山体开凿、建筑大坝、基坑开挖等）引起的，造成人员伤亡和物质财富损毁的自然、社会现象或过程。 当今世界，各种岩土工程灾害已经成为危及人们生存与社会发展的一个严重问题。,1.3.1 坡,1.3.2 崩塌,1.2 岩土工程灾害防治的内涵,现今对于岩土工程，学术界没有一个准确的定义，但岩土界的很多专家对岩土工程有不同的释义，综合起来大概有三个层次： （1）是以土力学与基础工程、岩石力学与工程为基础，并和工程地质学密切结合的综合性学
2、科； （2）是以岩石和土的利用、整治、或改造作为研究内容； （3）服务于各类主体工程的勘察、设计与施工的全过程，是这些主体工程的组成部分。 当然，岩土工程不是一门独立于土木工程之外的学科，而是属于各主体工程之中的学科。岩土工程在地质灾害的防治中涉及到监测、岩石土体的开挖、填土、加固等过程。,1.3 岩土工程灾害分类及一般防治措施,1.3.1滑坡 滑坡是指在某种诱发因素下，斜坡土和岩体在重力作用下失去原有的稳定状态，沿着斜坡内某些滑动面（或滑动带）作整体向下滑动的现象。 滑坡防治工程方面，采用的措施主要有：地下排水工程、刷方减重工程、支挡工程、滑带土质改良工程、绕避等几个方面。 1.3.2崩塌
3、崩塌是指陡峻或极陡斜坡上，某些大块或巨块岩石，突然崩落或滑落，顺山坡猛烈翻滚跳跃，岩块相互撞击破碎，最后堆积于坡脚的这一过程。,1.3.3泥石流 泥石流是山区常见的一种自然地质灾害，大都形成于沟谷和坡地，由于暴雨或冰湖、水库等溃决而在沟谷或坡面产生的一种携带有大量泥砂、石块等固体物质的特殊洪流。 泥石流是一种危害性极强的地质灾害，其灾害具有突然爆发、历时短暂和破坏力强大的特点，是各种自然因素和人类工程活动因素共同作用的产物。 泥石流的形成必须具备地形、地质、和气象三个基本条件。 1.4 我国岩土工程工程灾害研究现状 1.4.1 滑坡灾害预测预报及发展趋势 今后一段时期，现代数理科学一些新理论在
4、滑坡预报研究的综合应用进一步深化；以遗传算法、模糊逻辑和神经网络为代表的计算智能科学理论，在滑坡预报研究中必将做出更多创新性贡献；智能集成预报与“3S”监测预报技术手段，将是今后滑坡预报两个最有力的武器。,1.4.2 边坡稳定性分析,纵观国内外现今已有的边坡稳定性研究成果，可将影响边坡稳定性的主要因素概括为内外两大因素： 内因主要包括：地形地貌、地层特性、地质构造、岩土特性、地应力场、水文特性、植被条件等； 外因主要有：气候条件、地震动情况、人造工程、地下水动态等。 具体到某一区域或某一类型边坡时，往往需要对影响因素作一些取舍或细化，因为并非上述所有因素对该类边坡稳定性起主要作用。,1.5 结
5、 语,岩土工程灾害的种类繁多，包括诸如山体崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、地面塌陷、地裂缝、膨胀土、湿陷性黄土、冻土、软土等等。今后一个较长时期，岩土工程灾害防治的研究将集中在下述几个方面： 1)岩土工程灾害的危险性与评估理论； 2)固气液多相介质耦合作用与灾变动力学； 3)高应力深部地下工程的诱变灾害与防治； 4)大型地下工程环境损伤与控制； 5)重大工程边坡灾害防治与预警； 6)重大工程地基失效与防治； 7)重大工程灾害行为与健康诊断； 8)智能预测系统以基于“3S(GIS,GPS,RS)”技术的工程应用为代表的相关专家系统的进一步完善和发展。,思考题 1.什么是岩土工程灾害？ 2.降雨对滑
6、坡的影响有哪些？ 3.简述滑坡灾害预测预报及发展趋势。 4.简述边坡稳定性专家评估系统。 5.从历史上发生的岩土工程灾害中可以获得哪些哪些经验与教训？,2 岩土工程事故及其处理,2.1 概述 2.1.1地基与基础 地基分为天然地基与人工地基两种类型。 天然地基：不需要对地基进行处理就可以直接放置基础的天然土层；当土层的地质状况较好，承载力较强时可以采用天然地基。 人工地基：天然土层的土质过于软弱或不良的地质条件，需要人工加固或处理后才能修建的地基；而在地质状况不佳的条件下，如坡地、沙地或淤泥地质，或虽然土层质地较好，但上部荷载过大时，为使地基具有足够的承载能力，则要采用人工加固地基，即人工地基
7、。 基础【Foundation】指建筑底部与地基接触的承重构件，它的作用泛指把建筑上部的荷载传给地基。,2.1.2 常见地基与基础工程事故分类及原因 一、地基与基础工程事故分类 二、地基与基础工程事故原因 2.1.3 地基与基础加固方法分类 大致可分为如下八类: 1、置换 2、排水固结 3、灌入固化物 4、振密、挤密 5、加筋 6、冷热处理 7、托换 8、纠偏,2.2地基与基础工程事故及处理,2.2.1 地基沉降造成的工程事故 【2-1】某住宅楼锚杆静压桩地基加固 某住宅楼为七层砖混结构，地基采用395根振动灌注桩基础。 为控制沉降与不均匀沉降进一步发展，在沉降较大一例采用锚杆静压桩加固地基。
8、桩截面为200mm200mm，桩长取16.0m，桩段长2.0m、1.5m和1.0m不等。采用硫磺胶泥接桩。设计单桩承载力200kN。锚杆采用428螺纹钢制作，锚固长度300mm。 锚杆静压桩自2000年2月25日开始压桩，历时一个月，于3月25日压桩结束，共压桩75根。从后续的沉降监测图可以看出压桩结束后沉降与不均匀沉降得到控制，加固效果良好。历时一个月，于3月25日压桩结束后沉降与不均匀沉降得到控制，加固效果良好。,2.3 地基失稳造成的工程事故,各类地基承受基础传递荷载的能力都有一定的限度。超过这一限度，首先发生的是建筑物产生较大的不均匀沉降，引起房屋开裂；如果超过这一限度过多，可能因地基
9、土发生剪切破坏而导致地基整体滑动或者急剧下降，进而造成房屋倾倒或者严重受损。下图所示加拿大特朗斯康谷仓即一典型事故. lt,(1) 事故原因分析,经检查，谷仓工程未做勘察设计。根据邻近工程基槽开挖试验结果，计算地基承载力为352KPa，应用到这个谷仓。谷仓场地位于冰川湖的盆地中。地基表层为近代沉积层，厚3m，表层下面为冰川沉积粘土层，厚达12.2m，粘土层下面为冰川下冰碛层，固结良好，厚度为3m。 按太沙基公式计算地基承载力，如采用粘土层无侧限抗压强度平均值100KPa，则为276.6 KPa，小于谷仓地基破坏时的地基低面压力329.4KPa。若用最小的无侧限抗压强度=70.0KPa计算，则
10、=193.8KPa，更远小于谷仓地基滑动时的实际基地压力。,卡拉费斯计算指出：加荷速率对地基事故起作用，因为荷载突然施加的地基承载力小于加荷固结逐渐进行的承载力，这对粘土尤为重要，因粘土需要很长时间才能完全固结。据斐克教授的资料计算，抗剪强度增长所需时间约为1年，而谷仓荷载施加仅为45天，几乎相当于突然加荷。 综上所述，加拿大特朗斯康谷仓破坏的主要原因为：谷仓事先没有经过勘测设计，盲目进行，采用设计荷载远超过地基土的承载力值，导致谷仓发生地基整体滑动破坏的严重事故。 (2)事故处理 经过全面分析与计算之后，最后确定在谷仓下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388个50t千斤顶以及支撑系
11、统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了4m。,2.4 基槽土方工程施工质量低劣造成 的质量缺陷与事故,土木工程建设中保证地基和基础的施工质量是保证整个建筑物工程质量的关键。一般说来。基槽的开挖应当快速进行；基槽开挖至设计高程时，应立即验槽并做基础。尤其对于雨季施工时的粘性土地基，更必须快挖、快做基础，防止暴雨浸泡基槽，使地基土软化；否则，将成为以后工程出现质量事故的诱因。 2-4 重庆市江北某小区工程土方坍塌事故 一、事故简介 2000年12月11日，在重庆市某房地产公司开发建设的江北某小区工程的挡土墙基槽开挖时，发生边坡土方坍塌，造成边坡土壁下正在开挖施工的4名工人死亡。事故现场状况
12、如图2.2所示。,图2.2 事故现场,事故原因分析,1.技术方面 挡土墙基槽开挖土方边坡呈直壁状，没有按规定对高度达到20m的边坡进行放坡，也未采取任何支护措施，再加上受雨水浸泡使边坡失稳坍塌，是此次事故的技术原因。 2.管理方面 项目无证施工，未办理施工许可证、未办理安全报监、监理公司未按规定进行监理，施工处于无监管状态。 对高边坡工程未进行论证、评估和编制专项施工组织设计，擅自开工建设。施工单位违章施工，安全管理混乱，无安全保证体系和相应的规章制度，未进行安全检查和安全教育，现场工人违章作业，盲目蛮干。,事故的结论和教训,这是一起典型的无证施工、无安全报监、监理不到位，施工单位不制定施工组
13、织设计、不按有关规范标准组织施工，缺少现场安全管理，严重违反建筑法、安全生产法的三级重大责任事故。 主要责任主体为建设单位、施工单位和监理单位，主要责任人为建设单位负责人、施工单位项目经理和监理单位项目总监。,思考题 1.简述建筑工程对地基的要求。 2.简述地基与基础工程事故分类。 3.造成地基与基础工程事故的原因有哪些？ 4.地基与基础加固方法有哪些？ 5.简述软岩边坡的优化设计的主要内容与施工方法。,3 膨胀土对建筑工程的危害分析与处理,膨胀土在我国广泛分布于滇、桂、黔、鄂、冀、豫、鲁、晋、川、陕、皖、等10多个省和自治区。膨胀土是一种主要由亲水性矿物组成的高塑性粘土，多呈坚硬或硬塑状态，
14、具有吸水膨胀失水收缩和反复胀缩变形，浸水强度衰减，干缩裂隙发育的特性。 一般而言，凡是有膨胀土分布的地方都有可能发生胀缩灾害，因此，膨胀土区作为面分布的状况下，整个面内都隐伏着成灾的因素。膨胀土灾害的危害对象是构建物，构建物常以点、线形式存在，如公路、铁路等，以及低层房屋。 如果对膨胀土的特性缺乏充分了解，或在设计和施工过程中没有采取必要的措施，当利用膨胀土作为建筑物地基时，则会给建筑物的结构稳定性与安全造成危害，尤其对三至四层以下的低层轻型建筑，膨胀土地基可能给建筑带来极大的危害，并且不易修复。,3.1 膨胀土地基,一、膨胀土对建筑物的危害 调查表明，膨胀土地基上建筑物的开裂，通常具有地区性
15、成群出现的特点，其中以低层砖木结构的民用房屋最为严重。 膨胀土地基对建筑的巨大危害，在国外许多国家同样存在。据有关文献介绍，美国用于处理膨胀土对建筑物危害的费用，超过处理地震灾害费用若干倍。因此，膨胀土对建筑物的危害性应给予足够的重视。 根据负负得正的减灾经济效益计算方法，对膨胀土地基进行综合治理，可以使膨胀土地区兴建的房屋、公路、桥梁等建筑的结构安全性有极大的提高，建筑物的服役寿命得到延长，建筑的维护费用降低，从而产生积极的经济效益和社会效益。,二、膨胀土的特征,1野外特征 膨胀土一般分布在II级以上的河谷阶地、丘陵地区及山前缓坡地带、旱季时地表常出现裂缝，雨季时裂缝闭合。 我国膨胀土生成的
16、地质年代，大多数为第四纪晚更新世（Q3）及其以前，少量为全新世（Q4）。膨胀土的颜色呈黄色、黄褐色、红褐色、灰白色或花斑色等。膨胀土结构致密，呈坚硬或硬塑状态，一般液性指数，塑性指数17。这种土距地表12m内常见竖向张开裂隙，向下逐渐尖灭，并有任斜交各水平方向裂缝。膨胀土地区的地下水多为上层滞水的裂隙水，随季节变化经地下水位变化也大，从而引起地基不均匀胀缩变形。 2矿物成分 膨胀土的矿物成分主要是次生粘土矿物蒙特土和伊利土。蒙特土矿物晶格极不稳定，亲水性强，浸湿时发生强烈膨胀。伊利土的亲水性较高，次于蒙特土。,3物理力学特性 根据一些地区膨胀土的试验资料整理结果如下： (1)天然含水量接近塑限
17、，一般饱和度0.85。 (2)天然孔隙比中等偏小e0.50.8。 (3)液限3855%，塑限2035%，塑性指数IP1835为粘土，多数IP2235之间。 (4)粘土颗粒含量高d0.005mm的颗粒占2440%。 (5)液性指数小，IL0.140.00，呈坚硬或硬塑状态。 (6)自由膨胀率膨胀，最高70%，膨胀率，膨胀压力。 (7)缩限，红粘土类型的膨胀土偏大。 (8)抗剪强度指标c、值浸水前后相差大，尤其c值可差23倍以上。 (9)压缩性小，多属于低压缩性土。,4 胀缩变形的因素 (1)内因 矿物及化学成分 膨胀土含大量蒙特土和伊利土，亲水性强，胀缩变形大，化学成分以氧化硅、氧化铝和氧化铁为
18、主。如氧化硅含量越大，则胀缩量越大。 粘土颗粒d0.005mm，比表面积大，电分子吸引力大。 土的密度 如土的密度大、孔隙比小则浸水膨胀强烈，失水收缩小。反之，如土的密度大、孔隙比大，则浸水膨胀小，失水收缩大。 含水量 当初始含水量与胀后含水量愈接近，则土的膨胀就愈小，收缩就愈大。反之，膨胀大，收缩小。 土的结构 土的结构强度愈大，则限制胀缩变形的作用也愈大，当土的结构受到破坏后，膨胀性增大。,(2) 外 因 气候条件 包括降雨量、蒸发量、气温、相对湿度和地温等雨季土中水分增加，土体发生膨胀；旱季水分减少，土体性收缩。 地形地貌 同类膨胀土地基，地势低处胀缩变形比地势高处小。例如：云南地区某小
19、学有三排教室，上部结构和地基土性质相同，分别建在三个台阶形地段的膨胀土上，结果地势高的教室严重破坏，地势低的教室完好无损。 周围树木 建筑物周围如有树木，尤其是阔叶乔木，在旱季无地表水时，由于树根吸水，更加剧了地基上的干缩变形，使在树木近旁的房屋发生裂缝。 日照程度 调查资料表明，膨胀土地区建筑，房屋向阳面开裂较多，背阴面开裂较少。,三、膨胀土的工程特性指标,1自由膨胀率 2膨胀率 3收缩系数 4膨胀力 膨胀力为原状土样在体积不变时，由于浸水膨胀产生的最大内应力，可通过实验室试验测定。,四、膨胀土场地与地基评价,1膨胀土判别 膨胀土中的粘粒成分主要由强亲水性矿物组成，具有下列工程地质特征的场地
20、，且自由膨胀率的土，应判定为膨胀土。 (1)裂隙发育，常有光滑面和擦痕，有的裂隙中充填着灰白、灰绿色粘土。在自然条件下呈坚硬或硬塑状态； (2)多出露于二级或二级以上阶地、山前和盆地边缘丘陵地带，地形平缓，无明显自然陡坎； (3)常见浅层塑性滑坡、地裂、新开挖坑（槽）壁易发生坍塌等； (4)建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。 2膨胀土的膨胀潜势 根据自由膨胀率的大小，膨胀土的膨胀潜势可分为弱、中、强三类，参见教材表3-2。,3膨胀土的建筑场地 根据地形地貌条件，膨胀土的建筑场地可分为下列两类： (1)平坦场地 平坦场地为地形坡度510m的坡顶地带。 (2)坡地场地 坡地场地为地形坡度大于5，或
21、地形坡度虽然5，但同一座建筑物范围内局部地形高差1m。这类场地对建筑物更为不利。,4膨胀土地基的胀缩等级 根据地基的膨胀、收缩变形对低层砖混结构房屋的影响程度，膨胀土地基的胀缩等级按教材表3-3分为I、II、III级，等级越高其胀缩性越大，以此作为膨胀土地基的评价。 五、膨胀土地基计算 1.地基土的膨胀变形量 2.地基土的收缩变形量 3.地基土的胀缩变形量 4.膨胀土地基承载力 (1)现场浸水载荷试验方法确定;(2)根据土的抗剪强度指标计算;(3)经验法.,5膨胀土地基变形量 (1)膨胀土地基计算变形量，应符合下式要求: (2)膨胀土地基变形量取值，应符合下列规定： 膨胀变形量，应取基础某点的
22、最大膨胀上升量； 收缩变形量，应取基础某点的最大收缩下沉量； 胀缩变形量，应基础某点的最大膨胀上升量与最大收缩下沉量之 和； 变形差，应取相邻两基础的变形量之差。,六、膨胀土地基处理的工程措施,1建筑措施 (1)建筑体型应力求简单，下列情况应设置沉降缝。 挖方与填方交界处或地基土显著不均匀处； 建筑物平面转折部位或高度（或荷重）有显著差异部位； 建筑结构（或基础）类型不同部位。 (2)屋面排水宜采用外排水，排水量较大时，应采用雨水明沟或管道排水。 (3)散水设计要求 散水面层采用混凝土或沥青混凝土，其厚度为80100mm； 散水垫层采用灰土或三合土，其厚度为100200mm； 散水伸缩缝间距可
23、为3m，并与水落管错开； 散水宽度不小于1.2m，其外缘应填以柔性防水材料；,散水与外墙的交接缝和散水伸缩缝，均应填以柔性防水材料； 宽度大于2m的宽散水，面层可采用C15强度等级的混凝土，并在面层与垫层中间加一隔热保温层，可采用1：3石灰焦渣，厚100 200mm，散水外端用C15混凝土包裹隔热保温层与垫层至垫层底部深度。 (4)室内地面设计 室内地面设计应分别对待，要求不严的地面按通常方法；III级膨胀土地基和使用要求特别严格的地面，可采取地面配筋或地面架空；大面积地面应做分格变形缝，分格尺寸可为，变形缝均应填以柔性防水材料。,2结构措施 (1)基础形式 较均匀的弱膨胀土地基可采用条形基础
24、。如基础埋深较大或基底压力较小时，宜采用墩基。 (2)承重砌体结构 承重砌体结构可采用拉结较好的实心砖墙，不得采用空斗墙、砌块墙或无砂混凝土砌体。 (3)设置圈梁 圈梁的部位为房屋顶层和基础顶面；多层房屋的其它各层可隔层设置，必要时也可层层设置。 砖混结构房屋圈梁应设置在外墙、内纵横以及对整体刚度起重要作用的内横墙上，并在同一平面内闭合。圈梁的高度不小于120mm，纵向钢筋可采用412，混凝土强度等级为C15。 (4)设置构造柱 III级膨胀土地基必要时可适当设置构造柱。,3膨胀土地基处理 膨胀土地基处理方法应根据土的胀缩等级、当地材料及施工工艺等，进 行综合技术经济比较后确定。 (1)换土垫
25、层 平坦场地上I、II级膨胀土的地基处理，宜采用砂、碎石支垫层。 (2)桩基础 桩基础应穿过膨胀土层，桩尖进入非膨胀土层或伸入大气影响急剧层以下一定的深度。桩承台梁下应留有空隙，其值应大于土层浸水后的最大膨胀量，且不小于100mm。此外，在施工中宜采用分段快速作业法，防止基坑（槽）曝晒或泡水。 (3)其它方法 美国用石灰浆灌入法，对膨胀土铁路路基加固处理；澳大利亚针对宅旁大树吸水与蒸发引起房屋破坏，采取移走树木、在树木与房屋间设置垂直隔墙以及深基础托换等方法，均取得不错效果。,3.3 膨胀土滑坡预防,1膨胀土滑坡的防治原则 防水：水不仅是滑坡的直接诱发因素，而且是胀缩循环的直接因素，在膨胀土滑
26、坡中具有双重危害作用。因此，防治膨胀土滑坡必须本着“治坡先治水，防滑先防水”的原则，一是防止地表水和大气降水渗入边坡土体，二是及时疏导地下水。 防风化：膨胀土的抗风化能力很低，尤其是地表浅层土体在大气风化作用下，容易形成风化软弱层，常是产生滑坡的危险结构面。 防反复胀缩循环：膨胀土反复吸水失水产生胀缩循环效应，常在地表浅层形成胀缩变动带，使土体结构破坏，强度降低，导致滑坡的产生。 防强度衰减：土体抗剪强度衰减，是造成边坡渐进破坏，产生滑坡的直接原因。,2膨胀土滑坡预防,预防膨胀土滑坡的产生，必须立足于“先发治坡”的原则，从勘察选线与选址开始，通过设计、施工和养护维护等各个阶段，层层设防，最终实
27、现。 3.膨胀土边坡工程防护与加固 膨胀土路堑边坡防护与加固措施，可以分为表水防护、坡面防护和支挡防护三类，工程中大多是三种结合使用。 4.支挡结构 支挡结构是为了防止边坡的坍塌失稳，确保边坡稳定的构筑物。其主要应用于两方面：对于开挖的强膨胀土或中等膨胀土的边坡采取的预防支挡措施，以便防止滑坡的发生；对于已发生滑动的边坡进行治理支挡措施，使工程运行正常。 支挡结构物类型的选择，要根据边坡计算滑动推力和滑动面或软弱结构的位置而定。,5 膨胀土边坡植被建植技术 植被防护包括播草籽、植草皮、植生带和种树等几项内容。实践证明，植被防护不仅仅是绿化美观的问题，重要的是可以通过植被储蓄和蒸发水分，调节坡中
28、土的湿度，减少和降低干湿循环作用效应，增加坡面的防冲刷、防变形能力。 通过对膨胀土边坡上植被的观察，也可以判定其边坡是否达到了稳定或初步稳定。植被防护是整个综合治理中的一个重要环节。,6 植被与膨胀土边坡综合防护,1)膨胀土边坡不宜采取单一的防护措施 由于膨胀土干缩湿胀的特殊性，单一地采用刚性防护措施如浆砌片石护坡，在雨水的作用下，坡面上的保护层会发生鼓肚、开裂、变形、外挤等现象。 植被防护是膨胀土边坡防护的重要措施之一，植被生长能够保持土壤温度和水分的相对稳定，减少膨胀土干缩湿胀现象的发生。植被还能缓和雨滴的冲击，减少径流量和流速，根系等能够束缚土壤颗粒，使土壤不易流失。植被的生长能够促进微
29、生物的活动，改变膨胀土的不良性质。 但是，植被防护的作用也有其局限性，由于植物根系一般较浅，只能防止坡面冲蚀和表面溜塌，在边坡本身不稳定或存在集中水流的情况下，仍可能发生塌滑和水毁现象。,2)植被防护与工程防护相结合防护效果好 (1)坡比是膨胀土边坡稳定的重要因素 (2)在拱形骨架内植草护坡效果好 (3)膨胀土用少量石灰土改性后可进行植被防护 (4)膨胀土边坡防护应在稳定的基础上进行 综上所述，如果坡比合理，采取工程防护(矮挡墙、封闭式平台、骨架护坡、表层土壤添加石灰等)措施，加上植被防护(在拱内建立草皮)，刚柔相济(工程措施为刚性结构，植被为柔性结构)，能够有效地防护膨胀土路堑边坡。,思考题
30、 1.膨胀土有何特征？自由膨胀率与膨胀率有何区别？ 2.如何判别膨胀地基的胀缩等级？ 3.膨胀土地基的胀缩变形量如何计算？此胀缩变形量与膨胀土地基容许变形值之间有什么关系？ 4.膨胀土地基承载力如何确定？大工程应采用哪种方法？一般工程可用哪种方法？ 5.膨胀地基处理的工程措施包括哪几种? 6.简述膨胀土滑坡的防治原则。 7.简述膨胀土边坡植被建植技术。 8.简述植被与膨胀土边坡综合防护方法。,4 湿陷性黄土、软土、冻土的工程危害分析与处理,4.1 湿陷性黄土对建筑工程危害分析与处理 1.1黄土的分布 世界各大洲均有黄土分布，各大洲黄土覆盖面积占其总面积的比例分别为：欧洲7、北美5、南美10、亚
31、洲3。我国黄土主要分布在黄河流域，比较集中的是黄河中游，如山西西部，陕西及甘肃大部分地区内。黄土分布地区气侯干燥，降水量少，蒸发量大，属于干旱和半干旱地区。黄土分布地区年降水量多为250500mm，年降水量小于250mm的地区，则黄土较少，而代之的是沙漠和戈壁；年降水量大于750mm的地区基本上没有黄土分布。黄土是典型的大陆性更新世沉积物，黄土厚度最大可达300m。,4.1.2 湿陷性黄土的特征,黄土在一定压力(土自重或外压力)作用下，受水浸湿后结构迅速破坏而发生显著的下沉现象，称为湿陷。具有湿陷性的黄土称为湿陷性黄土。 GB50007 -2004湿陷性黄土地区建筑规范对湿陷性黄土类别和湿陷等
32、级从工程角度作了明确划分。湿陷性黄土广泛分布于西北、华北地区，由于这些地区资源非常丰富，因此随着在湿陷性黄土地区工程建设活动日益增加，地基处理问题也越来越突出，现已成为影响工程质量、工程造价和工期的关键因素之一。因此，如何选择技术可靠、经济合理、安全适用的地基处理方案，对于在湿陷性的黄土分布区域开展工作建设，具有重大的理论和现实意义。,4.1.3 黄土湿陷发生的原因和影响因素,1)水的浸湿 2)气候及水文条件 3)湿陷黄土土质及性质 湿陷性黄土遇水湿陷，非湿陷性黄土遇水不湿陷；自重湿陷性黄土在自重作用下遇水湿陷，非自重湿陷性黄土在无荷载作用下遇水不湿陷 4.1.4 湿陷性黄土引发的工程危害 在
33、湿陷性黄土分布地区，往往会给建设工程的实施带来意想不到的麻烦或造价增加。 陕京(陕甘宁气田至北京)输气管道投产不久，管道巡线工在神木至神池段经常发现管道下方或附近有陷穴，特别是在雨后陷穴更加明显，多出现在缓坡地带和公路边缘。,4.1.5 湿陷湿黄土地基,1)黄土湿陷的原因与主要影响因素 内因：黄土内有肉眼可见的大孔隙；黄土颗粒表面含有可溶盐。 外因：水浸入后可溶盐溶解。 影响因素：天然空隙比与天然含水量。天然空隙比大，湿陷性强；天然含水量高，湿陷性低。 2)黄土湿陷性的判定 黄土的湿陷性判定多用室内侧限压缩试验所得的湿陷系数来判定，试验方法基本同一般土，所不同的是在规定压力作用下并压缩稳定后开
34、始浸水，计算土样在浸水前后并压缩稳定后的高度或孔隙比，求出湿陷系数，用来判定黄土是否具有湿陷性。 3)湿陷性黄土场地的自重湿陷性 场地的湿陷类型按自重湿陷量或计算自重湿陷量来判定，自重湿陷量7cm时，应定为非自重湿陷性黄土场地；自重湿陷量7cm时，应定为自重湿陷湿黄土场地。,4)湿陷性黄土地基的湿陷等级 总湿陷量自基础底面以下算起，在非自重湿陷性黄土场地，累计至基底下5m（或压缩层）深度为止；在自重湿陷性黄土场地，对一、二类建筑应穿过湿陷性土层，累计至非湿陷性土层顶面；对三、四类建筑当基底下的湿陷性土层厚度大于10米时，累计深度按当地经验确定。 5)黄土的湿陷起始压力 湿陷性黄土受压浸水后，开
35、始出现湿陷现象时的压力称湿陷起始压力Psh（KPa）。 6)地下水位上升对湿陷性黄土地基的影响 地下水位上升的防治措施如下: 防止水进入地基；采用桩基；采用灰土垫层，改变土的水理性质；建筑单元不宜过长；建筑体型应力求简单；不同高度的建筑物应分开成独立单元。,4.1.6 湿陷性黄土地基上建筑分类及设计措施,1)湿陷性黄土地基上场址选择 2)湿陷性黄土地基上建筑设计措施 3)黄土地基设计措施的选择 4.1.7 湿陷性黄土地基处理方法 湿陷性黄土地基处理通常包括改善土的性质和结构，减少土的渗水性、压缩性，控制其湿陷性发生，部分或全部消除湿陷性。消除全部湿陷量的处理方法适合甲类建筑；消除部分湿陷量的方
36、法适合乙、丙类建筑。 消除黄土地基的湿陷量，可采用灰土或素土垫层法、重锤夯实法、强夯法、挤密桩法、预浸水法、灌注(预制)桩基础法、深层搅拌桩法、隔水层等。,第二节 软土地基土处治,案例一 1工程概况及地质条件 某高速公路一合同段全长5.12公里，路面宽24.5米，其中软土地基29645平方米，插设塑料排水板75332延长米，铺设砂砾垫层17787立方米，超载预压35574立方米。 该段软基属“山地型”软土，表层为1-2米深的淤泥，下部为低液限粘土，软基最深处达到23m，含水量大，承载力小。其成因主要是由于泥质页岩风化产物和地表的有机物质经水流搬运，沉积于原始地形的低洼处，长期饱水软化，间有微生
37、物作用形成。,2加固原理简介 塑料排水板的内部为聚乙烯或聚丙烯加工而成的多孔道板带，外包土工织物滤套，具有隔离土颗粒和渗透功能。 根据地基固结理论，粘性土固结所需的时间和排水距离的平方成正比，施工时，通过插板机在软土地层中打入塑料排水板，可以改变原有地基的边界条件，增加孔隙水的有效排出途径，缩短排水距离。在上部荷载的作用下，地基中的水分能够通过塑料排水板的竖向孔道和砂垫层快速排出，从而加快地基固结和沉降的速率。 3工法特点及适用范围 相比袋装砂井等其它软基处理方法，该工法具有成本低、工效高、排水效果好的特点，因此广泛应用于公路、铁路、机场、码头、堆放场、堤坝及房屋等软土地基的加固。,4塑料排水
38、板超载预压设计 5施工工艺 6路基沉降与稳定观测 7变位观测与测试 8加固效果检验 9结语 通过在某高速公路一合同段的施工实践，得出如下结论： (1)经处理后，土的含水量比加固前下降21.5%，土的容重提高3.6%，压缩指数降低40%，前期固结压力提高79.5%，十字板强度提高100%，地基承载力明显提高，塑料排水板结合超载预压法加固23m深的超深软基是切实可行的。 (2)塑料排水板打入后要在加载情况下才能逐渐发挥固结排水功能，地基沉降时间长、强度增长缓慢，对于工期较紧的工程，建议结合反压护道、采用轻材料等方法进行处理。,案例二 山岭重丘区的高速公路在平纵面设计时为使其达到相应的设计等级，难以
39、避免高填或深挖现象。对于深挖的土质路堑，其路床往往由于地下水或毛细水的影响，使得其弯沉和压实度等技术指标难以达到设计和规范的要求，换填法是此类路堑常用的方法之一。 案例详细介绍参见教材.,第三节 冻土地基土整治案例,案例一 1工程概况及地质条件 我国西部某省境内一公路工程多年平均气温1.1，最冷月多年平均气温-10.7，该地区为季节性冻土区，冻土深度0.5-2.0m。现有道路大部分地段老路基均存在不同程度的冻融翻浆现象，其严重程度同路基填料和地形条件密切相关，冰冻期从每年9月开始，冬季产生强烈冻胀，使路基出现强烈变形，路面凹凸不平，至次年5月中旬才能完全解冻，4月以后原有路基开始软化和融沉，经
40、汽车碾压成为泥泞的翻浆路，行车条件极差，断道现象经常发生。 经实地勘探，沿线表层一般有1.5-5.0 m左右的有机质、淤泥、腐殖土，下部为深厚的粉质粘土、粉土或砂砾石土，全线需处理的季节性冻土路基约110km。,2病害分析 影响公路翻浆的主要因素有土质、温度、水、路面与行车荷载等，其中土质、温度、水是形成翻浆的三个自然因素，三者同时作用，才能形成翻浆。 3翻浆的防治 (1)翻浆防治的设计原则 翻浆地区的路基设计，要贯彻以防为主，防治结合的原则。 防治翻浆应根据地区特点、翻浆类型和程度，按照因地制宜、就地取材和路基路面综合设计的原则，提出合理防治方案。 翻浆地区路基设计，在一般情况下，应注意对地
41、下水及地面水的处理，并注意满足路基最小填土高度的要求。 对于高级和次高级路面，除按强度进行结构层设计外，还需按允许冻胀的要求进行复核。,(2)翻浆防治的基本途径 加高路基，加强排水 根据实际情况加高路基，使路基上部土层远离地下或地表水面。路基加高的数值，应根据当地冻土深度，路基土质和水文情况，以路基最小填土高度及临界高度确定，一般应保证路基处于干燥状态。 修隔温层 在路面下铺一层炉渣、矿渣、碎砖等材料。隔温层的厚度一般为20 50cm，其宽度要比路面每边多3050cm。 铺设隔离层 当地下水位或地面积水位较高，路基处于潮湿或过湿状态，且又不宜提高路基时，可铺设隔离层。隔离层铺设在路基顶面以下0
42、.50.8m处. 隔离层按使用材料的不同，可分为透水和不透水两种。透水的隔离层是采用碎石、砾石、粗砂、无纺布等材料铺成的，厚度为0.10.2m。不透水的隔离层可用沥青土（厚2.53.0cm）、喷洒沥青材料(25mm)或者铺油毛毯、塑料薄膜等做成。,降低地下水位 为了不让地下水大量上升到路基上部土层，可设法降低地下水，常用以下两种方法： i设置渗沟，当地下水位较高时，可在边沟底下设置排水渗沟，以降低地下水位； ii设置路肩盲沟，为排除春融期路基中的自由水，达到疏干； 改善路面结构 i铺设砂砾垫层；砂砾垫层采用砂砾、粗砂或中砂铺成，具有较大的空隙； ii铺设石灰土、煤渣石灰土垫层；石灰土的水稳性和
43、冻稳性较好，能减轻路 基的冻胀和翻浆；,4该公路冻胀与翻浆的处治措施 (1)原则 本路段处于季节性冻土地区，季节性冻土路基的防冻层采用砾石或碎石，隔离层采用透水性土工布和砂砾石，其厚度根据沿线不同的地质条件和路基高度进行调整。 (2)处理方式 路基高度（包括路面厚度）h 2.10m，路基毛细水上升不到上路床，可不作处理； 路基高度（包括路面厚度）1.6m h 2.1m，且路基两侧排水条件较好路段，直接在路面底基层以下做30cm的砂砾石或碎石防冻层；当路基两侧排水条件不好的路段，在底基层以下60cm作20cm厚的砂隔离层，隔离层上下铺单向无纺土工布；,路基高度0.6m h 1.6m，在路面底基层
44、以下做45cm的砂砾石或碎石防冻层； 在零填及挖方地段，在路面底基层以下做60cm的砂砾石或碎石防冻层。 (3)冻土处理的材料要求 砂砾石隔离层选用粗砂和砾石材料，砾石粒径为540mm，且含泥量小于5%； 隔离层上下铺设的土工布为单向有孔无纺土工布，单位质量为100g/m2。纵向抗拉强度2000N/5cm，横向抗拉强度1500N/5cm，纵、横向伸长率20%； 碎石隔离层（防冻层），选用碎石材料，其粒径要求为5-40mm，且含泥量小于5%。,思考题 1.简述我国黄土的分布状况。 2.湿陷性黄土的特征有哪些？ 3.黄土湿陷发生的原因和影响因素有哪些？ 4.湿陷性黄土地基处理方法有哪些？ 5.简述
45、软土地基的工程危害。 6.简述冻土地基的工程危害。,5 基础工程事故案例分析与处理,5.1概述 通过对大量基础工程事故的调查分析得出如下结论：要成功完成一个建筑基坑工程，必须具备三个基本条件： 一、正确的支护方案，二、科学的支护设计；三、一支训练有素的施工队伍。 所谓正确的支护方案，是指建筑基坑支护结构的选择要在因地制宜的基础上，综合技术、经济、安全和环境等各方面的因素，做到措施得当，安全合理，并且对环境无害。 所谓设计科学，是要求基坑支护设计运用先进的技术手段，科学地解决好安全和经济这一矛盾。 一支优秀的施工队伍，不仅能正确领会设计意图，严格按照设计图纸和施工规范进行施工，并具有信息化施工的
46、手段和能力，为检验和发展设计理论、正确指导施工反馈大量的宝贵数据，并能及时地采取得力措施，将基坑工程隐患消灭在萌芽状态。,5.1.1确定建筑基坑支护结构类型的原则 1)从场地条件考虑 基坑周围场地开阔与否，直接关系到支护结构容许位移的大小。如果场地开阔，则可选择放坡、悬臂式、桩锚式、锚拉式支护结构；如果场地狭窄且周围有重要设施，则选择位移小的地下连续墙加锚杆或支撑支护方案。 2)从基坑开挖深度及范围考虑 基坑开挖深度和范围的大小，是选择支护结构类型的一个重要考虑因素，开挖深度不大时，可采用悬臂式支护结构、土钉墙或喷锚支护等；开挖深度较大时，则需考虑加多层锚杆或多层支撑。 3)从地质条件考虑 土
47、质较好的情况下可考虑土钉墙或喷锚支护等；土质较差时，则要采用桩、地下连续墙加锚杆或支撑支护方案。 4)从地下水位考虑 地下水位的高低，关系到是否考虑基坑止水的问题。,5.1.2 确定止水帷幕的原则 1. 确定竖向止水帷幕的原则 设置竖向止水帷幕的目的是为了阻止地下水从基坑侧面渗入坑内而造成事故，其选择原则可从以下几个方面考虑。 1)从渗流量和水头考虑 对于渗流量较小、水头较低的基坑，可在支护桩间或其外侧布置止水桩(结构) ，填补支护桩间的空间，共同组成既能挡土又能挡水的连续竖向结构体；对于渗流量较大、水头较大的基坑，宜使止水帷幕自成体系。 2)从场地条件考虑 当场地较开阔时，竖向止水帷幕宜设置
48、在支护体系的主动土压力区以外；当场地狭窄时，宜选用集挡土、挡水及地下室外墙于一体的地下连续墙。,3)从基坑深度和地质条件综合考虑 当基坑深度较小，场地土力学性能较差时，可考虑采用集挡土与防水于一体的重力式挡墙；当基坑深度较大，场地土力学性能较好时，可考虑采用支护桩加自成体系的止水帷幕；当基坑深度很大，场地土力学性能较差时，可考虑采用地下连续墙。,2.确定水平止水帷幕的原则 设置水平止水帷幕是为了防止坑底出现流砂、管涌、突涌等不良现象，它是以水平隔渗体自重、工程桩与底板之间的摩擦力以及底板与坑底之间一定厚度的土体自重，来平衡地下水的托浮力。水平止水帷幕的确定要从其地板抗弯性能、抗冲性能、抗渗性能
49、等方面考虑。 为了保证水平止水帷幕的可靠性，可采取以下措施： 1)在坑底均匀布置减压井(孔)，封底与导渗相结合，减小底板受力。 2)水平止水帷幕低于基坑底标高，使其上覆盖一定厚度的土层，以增加抗浮力。 3)水平止水帷幕在支护结构附近宜增加厚度。,5.2 基坑事故常用处理措施 基坑工程发生事故后，首先要查明导致事故的确切原因，判断事故的发展动态，正确制定处理方案，并迅速组织力量进行抢救，以免丧失良机，酿成更严重的后果。以下是基坑事故的常用处理措施。 1)悬臂式支护结构过大内倾变位 可采取坡顶卸载，桩后适当挖土或人工降水，坑内桩前堆筑砂石袋或增设撑、锚结构等方法处理。 出现此类事故是支护结构设计不当，随便取消桩顶圈梁、锚杆，施工地面荷载过大等因素引起的。 2)有内撑或锚杆支护的桩墙发生较大的内倾变位 首先要在坡顶或桩墙后卸载，坑内停止挖土作业，适当增加内撑或锚杆，桩前堆筑砂石袋，严防锚杆失效或拔出。 这是撑锚结构数量过少，布置不当，联结处松动，结构失效所致。,3)基坑发生整体或局部土体滑塌失稳 首先应在可能条