工程地質軟土
⑴ 如何理解黃土,膨脹土,軟土和凍土在工程地質中的排水問題
在黃土、膨脹土、軟土和凍士等特殊士中,在其工程性質和工程地質問題所表現出來的特殊性均與水的作用有關。如黃土遇水產生濕陷性,由黃土自重濕陷和地下水沅蝕形成的黃土陷穴常引起工程建築物的破壞及上覆土層或工程建築物突然陷落等問題;.
膨脹土遇水膨脹失水收縮的脹縮性問題,如果多次脹縮使建築物強度很快衰減,導致修建在膨脹土上的工程建築物開裂下沉、失穩等問題,因此只要膨脹土中水分發生變化就能引起脹縮變形;軟士自身由於天然含水量高,透水性差、壓縮性高,其承載力和抗剪強度很低呈軟塑-流塑狀態,修建在軟土地基上的建築物因軟土的變形大,透水性差,承載力低而引起破壞;凍土的形成必須有水的參與,凍土地區病害主要是凍脹融沉,使凍土工程性質變化較大,性質不良,例如多年凍土區開挖路塹,使多年凍土上限下降,則可產生基底下沉,邊坡滑塌等問題。
以上特殊土的工程地質問題均與水的因素有關。因此作為對這些特殊土的工程地質問題的有效解決措施之一就 是排水。通過排水可以有效地緩解或抑制黃土的濕陷性和黃土陷穴的發生;通過排水或保持水分可以有效緩解或抑制膨脹土的脹縮性質;通過排水可以提高軟土的固結強度,提高承載力,改善軟土的不良性質;通過排水可以抑制凍士的發生,改善凍土地區岩土的工程質。
總之,特殊士的工程性質及工程地質問題與水的因素有著密切的直接的關系,而解決這些工程地質問題,提高改善特殊土的工程性質,排除水的因素是至關重要的。.
⑵ 土石方工程中,軟土,軟質岩、較硬岩,堅硬岩的比例是按照什麼來確定地質勘測嗎
清單中,是按地質勘察資料來定的。
⑶ 常見的工程地質問題和對工程危害程度的評述
一、常見的工程地質問題
深圳地區常見的工程地質問題有軟土地基不均勻沉降,岩溶地面塌陷,砂頁岩互層軟弱地層的崩塌、滑坡和對工程樁的影響,中生代晚期花崗岩中北西向斷裂對工程樁的影響,北東向斷裂對工程的影響。
二、對工程危害程度的評述
(一)軟土地基不均勻沉降對工程的影響
深圳灣沿岸、珠江口東岸的沙井-媽灣、鹽田港區、壩光西岸等地廣泛分布著淺海相或海-陸交互相淤泥、淤泥質黏性土、泥炭、泥炭質土等,一般厚度為5~10m,部分為10~16m,最厚達22 m,加上填海造地時填土為5~10m,總厚度為15~25m。軟土的特點是含水量高,壓縮性高、強度低、透水性差,具有流變性和不均勻性,其工程特性遠不能滿足建築物的變形和承載力及地面使用要求,必須進行加固處理。深圳地區近十多年來進行了皇崗口岸、福田保稅區、深港西部通道口岸、後海填海區、濱海大道及其北部填海區、前海灣填海區、銅鼓航道填海區、深圳國際機場、鹽田港填海區、壩光化工基地等大面積的填海造地,已經或將要填海總面積60km2以上,必須對厚5~22m的淤泥或淤泥質土進行加固處理,否則將會出現地基沉降或不均勻沉降,總變形量達軟土總厚度的20%~30%。目前填海造陸普遍採用的方法是先拋石擠淤或爆破擠淤形成海堤或隔堤,然後抽排海水,晾曬淤泥、鋪砂墊層、插塑料排水板,堆載預壓或強夯加固等方法處理。
工程實例一福田保稅區的賽意法(超大)廠區軟土地基不均勻沉降對工程的影響
該廠位於福田保稅區西部,地貌單元為海積平原,軟土厚度10~15m。在進行保稅區大面積軟基處理時,未對該廠區的軟基進行插塑料排水板,堆載預壓或強夯加固處理,直接進行樁基礎和上部建築物施工,建築物竣工後出現室內外地面不均勻沉降,造成室內隔牆嚴重變形開裂、設備傾斜下陷、室外道路嚴重下沉,管線變形斷裂,無法按期交付使用。經國內外岩土專家論證分析,認為是因樁間軟土未進行加固處理引起地面不均勻沉降。
工程實例二益田中學軟土地基不均勻沉降對工程的影響
益田中學位於益田村東側,地貌單元為海積平原、軟土厚度5~10m。設計建築地面採用攪拌樁處理,設計樁長均為14m,上部建築基礎採用樁基礎,以殘積土中下部或強風化岩為持力層。建築物竣工後,在使用的初期,禮堂、部分教室及連廊地面出現不均勻下沉、傾斜、開裂,無法按期提供使用。經檢測,部分攪拌樁未穿過淤泥層,樁底殘留淤泥1~3m,因淤泥的沉降變形引發部分地面下沉。
(二)岩溶及岩溶地面塌陷對工程的影響
深圳市龍崗區的橫崗、龍崗、坪地、坪山、坑梓、葵涌等地面覆蓋層下,廣泛分布有石炭系下統石磴子組灰岩、白雲質灰岩、大理岩,多為厚層狀、質純。分布面積100km2以上。可分為覆蓋型和埋藏型兩種,覆蓋型岩溶分布於橫崗-龍崗-坪地河谷平原,碧嶺-坪山-坑梓河谷平原和葵涌盆地中,覆蓋層厚度一般10~25m,部分5~10m,覆蓋層上部為第四系沖洪積粉質黏土,厚度8~20m,下部為含卵石礫砂,厚度1.0~5.0m。埋藏型岩溶分布於上述河谷平原的兩側及葵涌盆地周邊,埋藏於石炭系下統測水組砂頁岩的下部,多呈假整合接觸,即石磴子組海相灰岩形成後,地殼上升,灰岩露出地表,接受風化剝蝕,地表水的沖刷溶蝕,形成溶溝、溶槽、石芽、石筍和石柱等岩溶地貌,並在溝槽中堆積了坡積物。地殼又緩慢下降形成淺海,接受淺海相砂泥質沉積,形成測水組砂岩、頁岩、炭質頁岩、泥岩等互層。埋藏深度一般大於30 m。據大量工程場地岩土工程勘察資料,鑽孔見溶洞率為40%~80%,溶洞高度一般為0.5~3.0m,個別大於20m,可分為3~5層,上部溶洞大多為開口型,多被沖洪積或坡洪積含碎石粉質黏土全充填,分析可能屬溶溝或溶槽堆積。下部溶洞較小,多為閉合型,半充填,深部溶洞為無充填。沿斷裂帶溶洞更為發育,溶洞和溶蝕裂隙中含豐富的岩溶裂隙水,且一般連通性好,與地表水聯系密切。據志聯佳、龍躍大夏場地群孔抽水試驗,水位降深1.58~11.90m時,單井涌水量173.15~4968.00m3/d,滲透系數28.3~83.1m/d。
強岩溶發育區因地下岩溶和土層內土洞的不斷發育和抽取地下水,引發地面塌陷。從1990年起該區發生多起地面塌陷災害。例如:1990年冬在坑梓鎮深汕公路兩側約10km范圍陸續發生10餘處大小不一的突發性地面塌坑;人民大道塌陷約10m2,深5m,造成一輛正在行駛的汽車掉入坑內;田心村在建的四層民居的中心柱下突然塌陷,陷坑面積30 m 2,深度4 m。1992年3月4日晚,龍崗鎮巫屋村商業一條街剛封頂不到一個月的一棟三層樓的一角牆基突然塌陷,陷坑直徑3 m,1994年6月龍崗鎮盛平村一棟施工到三層的宿舍樓,突然倒塌,造成數十人傷亡。
上述強岩溶發育區為建設用地適宜性差區,被判定為不適宜建高層、超高層建築區,如要興建高層建築則地基處理難度大,處理費用相當高。
工程實例一 龍崗中心城志聯佳大廈岩溶塌陷對工程的影響
志聯佳大廈原設計地上27層,地下2層,採用挖孔樁基礎,先挖兩層地下室基坑,再進行挖孔樁施工,基坑挖至沖洪積含卵石礫砂層時涌水量並不大,可用明溝及集水井和常用水泵排除。當各挖孔樁至灰岩頂板時則涌水,水頭高約4m,一般涌水量5~20m3/h,最大50m3/h,整個基坑總涌水量大於3000 m 3/d,基坑很快被水淹,深約4 m。後採用封閉式降水井方案,在基坑周邊布置18口大口徑降水井,19個觀測井,先進行試驗性抽水試驗,最大水位降深7.5m,觀測井水位降低1.58~4.96m,平均3.72m,涌水量4968.0m3/d,降落漏斗半徑約40m。然後選5口降水井,採用大排量水泵同時抽水,21個觀測井,水位降低5.9~11.9m,平均8.28m,觀測井水位降低1.71~7.58m,平均5.95m,總涌水量10841m3/d,平均單井涌水量2168.26m3/d,降落漏斗半徑50m。數天後,基坑底及降水井周圍出現5處地面塌陷,塌陷面積0.84~14.8m2,體積0.72~36.0m3。為了將地下水位降下去,滿足挖孔樁施工要求,持續降水近一個月,每天排水量保持在11000m 3/d左右,後來引發場地南部800m處的西瓜鋪村中道路突然塌陷,直徑約15m,深度大於3m,四周30~40m范圍內的房屋出現不同程度裂縫和傾斜。在村民集體向龍崗區政府強烈要求下,區建設局下令志聯佳大廈停止降水。就此宣告志聯佳大廈人工挖孔樁失敗,直接經濟損失400多萬元人民幣,間接經濟損失難於估量,延誤工期1年多。此後龍崗區政府一直未批准過在龍崗中心區(強岩溶發育區)超過20層的建築物。
工程實例二 深圳市東部供水地下干線橫崗西坑段地面塌陷對工程的影響
深圳市東部供水網格干線工程用於統籌解決深圳市的缺水問題,是深圳市城市供水系統的重要組成部分。取水點設在東江的惠州市東部水口鎮,經惠陽縣的馬安、永湖、秋長、至龍崗區坑梓,引入松子坑水庫。干線起點在松子坑水庫11號壩下部,終點為南山區的西麗水庫和寶安區的鐵崗水庫。輸水建築以隧洞為主,全線採用重力流輸水方式。一號隧洞從碧嶺谷地南緣湯坑村附近進洞,在深圳水庫沙灣大望橋北側出洞,全長17958m。隧洞斷面凈寬4.2m,凈高5.3m。隧洞穿越橫崗鎮西坑村北側,該段地面標高82.0m,設計隧洞底板標高40.2m,埋深42.0m。隧洞頂部地層自上而下為第四系全新統沖洪積砂卵石層,厚度1.3~11.2m;上更新統沖洪積含礫粉質黏土,厚度2.9~23.8m;石炭系下統測水組絹雲母片岩、泥質粉砂岩風化殘積土;石炭系下統石磴子組大理岩化灰岩或大理岩,西坑段隧洞位於灰岩部位。一號隧洞由東向西掘進至西坑村東北部F38斷裂破碎帶時(2000年5月3日)洞內突然涌水,涌水量約200 m 3/h。因大量地下水被排出地表,引起西坑老屋村水井水位大幅下降或乾枯,大面積地面下沉開裂,民居牆壁傾斜開裂,一處民居突然倒塌,地面塌陷、陷坑直徑大於4m,深度不詳,總變形面積約7.3×104m2,地面普遍下沉2~5cm。塌陷出現在晚上,「轟」的一聲巨響,振動新老屋村幾平方公里范圍,當地居民以為是發生地震。村、鎮領導立即將老屋村村民緊急疏散,撤離到高處空曠地帶,涌水事件震動了省、市政府各部門及大、小報媒體。市領導責令市水務局邀請在深圳的地質專家,研討涌水原因和處理方法。並請深圳市勘察研究院對西坑盆地隧道段和老屋村受影響范圍進行詳勘,布置鑽孔46個,群孔抽水試驗2組,隧道段鑽孔結合跨孔CT進行探測。請深圳市地質建設工程公司進行地表地質測繪和地面物探。總勘察費用80多萬元人民幣,隧洞停止施工長達半年以上,後採用徑向全斷面小導管超前注漿加固的堵水方法,逐段掘進,獲得成功。直接經濟損失近千萬元人民幣,延誤工期近一年。
(三)軟弱地層的崩塌、滑坡對工程的影響
深圳市龍崗區的橫崗、平湖、龍崗、坪地、坪山、坑梓及葵涌鎮等廣泛分布的石炭系下統測水組泥質粉砂岩、石英砂岩、泥岩、頁岩、炭質頁岩互層。地貌單元一般為低丘陵或殘丘谷地。當道路建設和開發建設用地的削坡坡度大於30°時則極容易出現崩塌或滑坡,多為順層(順層面或裂隙面)崩塌或滑坡,支護治理很困難,工程費用高,且難於根治,在台風暴雨季節極易復發。
工程實例 深圳市龍崗區坑梓街道北通道市政工程的主道和匝道路塹邊坡,分東西兩側邊坡,坡長180m,坡高12~42m,分3~5級,每級高約8m,坡角45°~60°。除坡頂有薄層坡殘積土層外,均為強-中風化泥質粉砂岩、泥岩、頁岩、炭質頁岩互層。在道路建設中已採用漿砌石格構梁+植草進行支護。在交付使用前又出現多處崩塌及滑坡(圖2-2-17至圖2-2-20)。崩塌及滑坡長15~24m,高10~15m,厚2~3m,總體積300~500m3,多為順層或順裂隙面滑動或崩塌。
圖2-2-17 北通道匝道區東側邊坡崩塌
圖2-2-18 北通道匝道區西側邊坡崩塌
圖2-2-19 北通道匝道區東側邊坡順節理面崩塌
圖2-2-20 北通道主道路塹北段沿炭質岩崩塌
(四)石炭系下統測水組砂頁岩對工程樁的影響
深圳市龍崗區大面積分布石炭系下統測水組石英砂岩、泥質粉砂岩、泥岩、頁岩和炭質頁岩互層。因各種岩性的礦物成分不同,其風化程度相差懸殊。石英砂岩難於風化,一般呈中風化狀態,泥質粉砂岩呈強風化狀態;泥岩、頁岩、炭質頁岩容易風化,多呈泥狀、土狀軟弱夾層,相互組成軟硬互層。軟岩風化深度大,深達百米,硬夾層難於風化,呈中等風化夾層。有的場地地表就見到中風化石英砂岩,但鑽穿後數米,甚至上百米見不到中風化地層,造成一棟建築物的樁長相差很大,甚至找不到穩定的中風化地層。
工程實例 深圳市龍崗區歐景花園三期10、11號樓石炭系下統測水組砂頁岩對工程樁的影響
歐景花園三期10、11號樓位於龍崗區中心城,龍崗區人民醫院與婦幼保健院之間,建築物高度為地上17~28層,地下3層的商住樓。場地原始地貌為殘丘坡地。地層岩性:①第四系殘積粉質黏土,層厚3.05~36.00m,由炭質粉砂岩、頁岩風化殘積而成,普遍夾強—中風化石英砂岩;②石炭系下統測水組炭質粉砂岩、頁岩全風化帶,厚度4.00~15.70m,夾較多強—中風化石英砂岩薄層;③強風化炭質粉砂岩、頁岩,厚度3.20~36.00m,夾中風化石英砂岩;④中風化炭質粉砂岩,厚度2.30~20.10m,層頂埋深0.00~39.00m;⑤微風化炭質粉砂岩,揭露厚度1.74~13.30m,頂板埋深3.20~40.80m;⑥石炭系下統石磴子組灰岩,層頂埋深14.00~55.00m。場地處於構造小背斜的軸部,背斜軸為北東向。場地屬埋藏型岩溶區,其軸部埋藏淺,場地東西兩側(兩翼)埋藏深,由軸部向兩翼逐漸加深,深達55.00m以下。兩翼岩層傾角約75°,且地層撓曲現象明顯。灰岩中岩溶發育,其中有13個鑽孔見溶洞,洞高0.60~5.40m,大部分為無充填溶洞。
該工程採用沖孔樁基礎,以微風化灰岩或微風化炭質粉砂岩作持力層,施工前進行了施工勘察,基本上採用一樁一孔,復雜部位為一樁2~3個超前鑽孔。發現同一根樁各超前孔見微風化灰岩頂板埋深一般相差1~3m,多者相差5.0~7.2m;見微風化炭質粉砂岩頂板埋深相差12.6~13.4m。說明同一根樁的微風化灰岩或微風化炭質粉砂岩頂板埋深相差懸殊,起伏變化很大,極難將樁端嵌入穩定完整的微風化基岩中。各樁在終樁時均檢驗岩樣後才下鋼筋和澆灌混凝土。達到規范規定的齡期後才進行鑽心法抽心檢測,檢查結果發現樁身混凝土質量完好,但有40多根樁的樁底持力層沒有達到設計持力層(微風化灰岩或微風化炭質粉砂岩)要求,甚至部分樁底基岩仍為強風化或全風化炭質粉砂岩。後採用補樁處理,基本上是一根不合格樁補二根樁,增加基礎費用200多萬元人民幣。綜上所述,證實在石炭系下統測水組砂頁岩分布區不適宜採用端承樁和以微風化砂岩夾層為持力層,宜採用摩擦樁或摩擦端承樁,應盡量採用天然地基基礎或復合地基,以避開下伏灰岩強岩溶發育帶對基礎的影響。
(五)中生代晚期花崗岩中的北西向斷裂對工程樁的影響
中生代晚期花崗岩中的北西向斷裂一般規模較小,且多被第四系掩蓋,地表很難見到露頭,但對山間溪谷有較明顯的控製作用。斷裂走向多為北西30°~50°,大部分傾向北東,個別傾向南西,傾角60°~75°。該組斷裂形成於晚中生世以後和喜馬拉雅期,幾乎切截了北東向和東西向斷裂,水平斷距一般50~200m,多屬張扭性斷裂,構造岩為壓碎岩、碎裂岩、角礫岩夾薄層糜棱岩,視厚度10~35m,為富水斷裂。構造岩風化強烈,上部為土狀,中部為砂礫狀,下部為碎石狀。斷裂破碎帶部位中、微風化岩埋深比斷裂兩側正常基岩埋深大10~35m,對高層建築工程樁持力層選取造成很大困難,且施工難度大,造價高。
工程實例一 深圳市國通大廈(原名無線大廈)北西向斷裂對工程樁的影響
國通大廈位於深圳市福田區濱河大道與新洲二路交匯處的西南側。設計建築為四足鼎立的單體塔樓,主塔樓43層(其中地下3層),正方形、邊長45m×45m,框架結構,基礎砌置深度10m,單位荷重7500kN,屬一級建築物,對差異沉降敏感;副樓9層,矩形,框架結構,基礎砌置深度5m,單位荷重180kN。場地地貌為殘丘坡地,地面標高7.10~10.10m,下伏基岩為中生代晚期粗粒花崗岩。據詳勘資料,主樓微風化花崗岩頂板埋深大部分地段為32.5~46.9m,標高-22.17~-38.3m。主樓的西南角見北西向斷裂破碎帶,斷裂傾向南西,傾角約65°,構造岩為壓碎岩,角礫岩夾薄層糜棱岩,厚度11.0~17.3m,鉛直厚度24.3~38.2m,構造岩中可見綠泥石化和擠壓現象,構造岩自上而下可分為土狀、礫狀和塊狀。主樓基礎設計為人工挖孔樁,90%樁端以微風化岩作持力層,有效樁長23.0~36.5m,西南角位於斷裂破碎帶之上,完整基岩埋深81.0m,地下室底板以下埋深為71.0m,無法採用人工挖孔樁。經勘察、設計單位論證,借鑒已建成高層建築在構造岩中的成樁處理經驗,將西南角的樁端置於礫狀構造岩之上,樁長40.0~45.0m,礫狀構造岩的樁端承載力標准值取3700kPa。主樓西南角可節約樁長25~30 m,節約基礎投資數百萬元人民幣。建築物早已建成,安全使用近10年,主樓四角沉降量12.0~15.0mm,相差3.0mm,核心筒沉降量13.8~19.7mm,相差5.9mm,絕對沉降量及沉降差均滿足規范要求。
工程實例二 深圳市福田區賽格群星廣場北西向斷裂對工程樁的影響
賽格群星廣場位於深圳市華強北商業街北部,華強北路與紅荔路交匯處的東南側,建築物由一棟40層寫字樓及兩棟32層商住樓組成,裙樓4層,局部8層,設3層地下室,基礎埋深14.5m,建築結構採用框剪-核心筒結構。建築結構荷載大且差異大,單柱單樁荷載10000~152500 kN。場地地貌為殘丘坡地,地面標高13.1~14.5m,下伏基岩為中生代晚期粗粒花崗岩、微風化基岩頂板埋深一般為27.5~38.8m,標高-14.0~-34.8m。寫字樓西側受北西向斷裂影響,微風化基岩頂板埋深50.8~60.5m,標高-36.9~-46.6m,微風化基岩面與一般地段微風化基岩面相差22.9~11.8m,構造岩厚度10.0~14.2m。設計採用人工挖孔樁基礎,一般樁端以微風化岩作持力層,寫字樓西側樁端以礫狀構造岩帶作持力層,取樁端承載力標准值3500kPa,經設計計算可滿足單樁承載力及布樁要求,縮短了樁長,節約了基礎投資400萬元人民幣。建築物已建成使用7年,沉降量20~32mm,建築物東西端沉降差6mm,絕對沉降量及沉降量差均滿足規范要求。
⑷ 常見的不良地基土有哪些其工程地質問題是什麼
變形控制原則比按強度控制原則更為重要。
軟土地基主要受力層中的傾斜基岩或其他傾斜堅硬地層,是軟土地基的一大隱患。其可能導致不均勻沉降,以及蠕變滑移而產生剪切破壞,因此對這類地基不但要考慮變形,而且耍考慮穩定性。若主要受力層中存在砂層,砂層將起排水通道作用,有利於地基承載力的提高。
水文地質條件對軟土地基影響較大,如抽降地下水形成降水漏斗將導致附近建築物產生沉降或不均勻沉降;基坑迅速抽水會使基坑周圍水力坡度增大而產生較大的附加應力,致使坑壁坍塌;承壓水頭改變將引起地面的明顯沉降等。這些在岩土工程評價中應引起重視。此外,沼氣逸出對地基穩定和變形也有影響,通常應查明沼氣帶的埋藏深度、含氣量和壓力的大小,以此評價對地基的影響程度。建築施工的加荷速率的適當控制,或改善土的排水固結條件可提高軟土地基的承載力及穩定性。即隨著荷載的施加地基土強度逐漸增大,承載力得以提高;反之,若荷載過大,加荷速率過快,將出現局部塑性變形,甚至產生整體剪切破壞。
8.3.3軟土地基工程應注童事項
在軟土地區修建橋梁或其他建築物,首先應對地質、水文狀況進行詳盡的勘察,查明欲建場地軟土的地質及工程特性,掌握全面的、翔實的第一手資料,這是正確設置橋跨或其他結構物,選擇適當結構類型的首要條件,也是設計和施工能緊密結合實際情況,採取有針對性工程措施的關鍵環節。
軟土地基的強度、變形和穩定是工程中必須全面充分注意的問題,是造成橋梁或其他建築物產生過大或差異沉降、位移、傾斜、開裂和失穩等嚴重損壞事故的主要原因。國內外從實踐中對軟土地基上的基礎工程設計技術、施工方法、地基加固等方面已積累了不少成功經驗和科研成果,只要對這些成果借鑒和使用得當,則軟土地基上的橋梁或其他建築物的安全是能得到保證的。以下著重介紹有關軟土地區橋梁基礎工程應注意的事項,其他建築物也可參考。
1.合理布設橋涵
在軟土地區,橋梁位置既要與線路走向協調,又要特別注意橋梁建築物對工程地質的要求,如果地基土層深,厚軟黏土,特別是流動性的淤泥、泥炭和高靈敏度的軟土,不僅設計技術條件復雜,而且將給施工、養護、運營帶來許多困難,應力求避免。另選擇軟土較薄、均勻、靈敏度較低的地段應更為有利。對於小橋涵,可優先考慮地表硬殼層較厚,下卧層為一般均勻軟土處,以爭取採用明挖剛性擴大基礎,降低造價,方便施工。
在確定橋梁總長、橋台位置時,除應考慮泄洪、通航要求外,究竟應將橋台覆於何處,不能拘泥於在一般地質狀況下的習慣做法,應考慮合理的利用地形,地質條件,適當的延長橋長,使橋台置於地基土質較好或軟土較薄處,用橋梁代替高路堤,減少橋台和填土高度,會有利於橋台、路堤的穩定,在造價、佔地、運營條件和養護費用等通盤考慮後,往往在技術上、經濟上都是合理的。
軟土地基上橋梁宜採用輕型結構,盡量減輕上部結構及墩台自重。由於地基易產生較大不均勻不變,一般以採用靜定結構或整體性較好的結構為宜,如橋跨結構可採用鋼筋混凝土箱形梁,橋台採用十字形、U形橋台,橋墩採用空心薄殼結構等。橋洞宜用鋼筋混凝土管涵、整體基礎鋼筋混凝土蓋板涵、箱涵以保障橋身剛度和整體性。
設計時所用到的軟土的有關物理力學性質參數,應盡可能通過現場原位試驗取得。並應注意,我國沿海、內陸等地的軟土由於沉積年代,環境的差異,成因的不同,他們的成層條件,粒度組成,礦物成分有所不同。有時其物理力學性質指標雖相近,但工程性質並不相近,故不應相互借用。
2.軟土地基橋梁基礎設計應注意事項
為保證地基穩定並控制沉降在容許范圍內,作為設計者應從減輕荷載和提高地基承載力兩方面著手。對於上部結構設計來說,控制建築物的長高比,採用輕型材料,充分利用硬殼土層作持力層,加強基礎的剛度和強度等都是有利地基穩定,減少沉降和不均勻沉降的有益措施。對於基礎設計來說,首先要確定天然地基的承載能力和由於施加荷栽可能產生的最大沉降量、沉降差,並據以確定地基是否需要加固。如軟土地基上的路堤就有「填築臨界高度」的規定,即指天然地基上用快速施工方法修築一般斷面路堤所能填築的最大高度。並非凡是軟土地基,就一定加固處理。
軟土地區的橋梁基礎,常用的是剛性擴大基礎和樁基礎,也有用沉井基礎的,在軟土地基上設置上述類型基礎時,應注意以下幾個問題:
(1)剛性擴大淺基礎。在較穩定、均勻、有一定強度的軟土上修建結構簡單、對地基沉降要求不嚴的短跨徑橋梁,常爭取採用天然地基(或配合砂礫墊層)上的剛性擴大淺基礎。但常產生諸如:因軟土的局部塑性變形而使墩台發生不均勻沉降,由於台後填土的影響使橋台前後端沉降不均而發生後仰,有時還同時使橋台向前滑移等工程事故,因此,在設計時應注意對基礎受力不同的邊緣(如橋台的前趾、後踵)沉降的檢算及其抗傾覆、滑動檢算。
防治措施:可採用人工地基,如有針對性的布設砂礫墊層,對地基進行載入預壓以減少地基的沉降和調整沉降差,或
⑸ 區域環境工程地質評價
4.3.1區域穩定性分析
黃河三角洲是在基底構造甚為破碎、濟陽凹陷的一個次級負向構造單元上發育形成的。由於區內東北部位於北西向的燕山——渤海地震帶及北東向的沂沫斷裂地震帶的交匯部位,因而與新構造運動有關的構造地震異常活躍。據山東省地震局1985年10月布設的東營—墾利、陳家莊—河口的現代形變及牛庄—新刁口的兩次a徑跡測量結果,埕子口斷裂、孤北斷裂、陳南斷裂、勝北斷裂和東營斷裂的現代活動都有顯示,說明區內的區域穩定性較差。區內新生代以來的斷裂活動表現為具有繼承性脈動活動的特點。尤其是5號樁,樁西至海港一帶位於上述兩條活動斷裂地震帶的交匯復合部位,新生代以來斷陷幅度最大,歷史上曾發生過3次7~7.5級地震,區域穩定性差。根據以上的地震預測,影響烈度一般都在Ⅶ度以上,5號樁一帶為Ⅷ度。根據我國建築規范規定,一切建築物都應設防加固,以保安全。
區內飽和砂土、飽和粉土具有液化的宏觀條件。在歷史地震發生時,曾有噴水冒砂、地面裂縫等現象發生。其液化程度受以下因素影響:土的顆粒特徵、密度、滲透性、結構、壓密狀態、上覆土層、地下水位埋深、排水條件、應力歷史、地震強度和地震持續時間等。
由於黃河三角洲地質體物質組成主要是粉砂,且孔隙度較高,加之形成期堆積速率快,造成地質體中含水量高。隨著時間推移,在上覆沉積物擠壓下,孔隙中水逐漸被擠壓,造成地質體壓縮,導致地面下沉。根據1988年在黃河海港地區實測,該地區壓實下沉速率可達6cm/a,因此由於地面下沉所引起的海面相對上升則更加劇了海岸侵蝕。
另外,近幾十年來的人為活動加劇了本區地面沉降的發展,如:建築地基承載力不足引起的土體壓縮,地下水、石油、鹵水的開采所引起的含水層、儲油層壓縮等。
由此可見,黃河三角洲地區環境工程地質問題頗多,本節將對直接影響東營市經濟發展和規劃的地表下25m土體工程地質類型及其物理力學性質、工程地質性質的區域性變化等進行深入研究。
4.3.2土體的工程地質分類及工程地質特徵
區內小清河以北為黃河三角洲平原,小清河以南多為山前沖洪積平原,基岩埋深在數百米以下,表層均為第四系鬆散沉積物,鑒於一般工業與民用建築物地基持力層一般均在15m以上,一般中高層建築物持力層一般在25m以上的特點,下面僅以0~25m的土體為對象,進行分析和研究(圖4-6)。
圖4-6地表土體類型示意圖
1.土體的岩性與結構特徵
(1)土體岩性分類
區內0~25m深度內的地層多為第四系全新統地層,其沉積環境受黃河和海洋交互或共同影響,形成了以細顆粒為主的地層。所表現出的岩性以粉土最為廣泛,其次為粉質粘土、粉砂、粘土,局部有細砂,其主要岩性特徵見表4-6。
表4-6黃河三角洲0~25m地層岩性分類及主要特徵表
(2)土體結構特點
區內土體結構無單層結構,多為多層結構,(多層結構是指一定深度內由3層或3層以上的地層構成),這也是區內的沉積環境所決定的,該區瀕臨渤海,是河流的最下游段,河道游盪較頻繁,古地貌特點反復變化,攜帶泥、砂的水動力特點也隨之變化,因此,區內一般無巨厚的單層岩性沉積。
2.土體工程地質特徵
(1)山前沖洪積平原區土體工程地質特徵該區地面下25m的沉積物為第四系全新統沖積、洪積(
(2)古黃河三角洲區土體工程地質特徵該區地面下25m的沉積物為第四系全新統沖積、海積、湖沼相沉積(
(3)現代黃河三角洲平原區土體工程地質特徵
該區地面下25m的沉積物為第四系全新統沖積海積物(
3.地表下0~25m土體物理力學指標的變化規律
(1)古黃河三角洲區的物理力學性質總體上好於現代黃河三角洲,這正是由於現代黃河三角洲的成陸時間晚於古黃河三角洲,其自重固結的程度差於前者。
(2)無論是古黃河三角洲區還是現代黃河三角洲區各類岩性土層的物理力學指標顯示出一個較明顯的規律,即從地表向下隨深度的增加土層的物理力學指標以較好—較差—好發生變化。一般較差的深度段在5~10m和10~15m。這一變化規律也與區內的沉積環境相吻合,力學指標較差的深度段為1855年黃河改道以前沉積的沖湖積、沖海積相為主的地層。
4.3.3天然地基承載力、飽和砂土液化及軟土與鹽漬土
1.天然地基承載力
黃河三角洲地區基土承載力在不同位置、不同層位均有較大變化,從小於80kPa到大於300kPa。天然地基承載力指自地表算起的第一層或第二層基土(當第一層厚度小於3m,且第二層基土承載力高於第一層時,取第二層承載力數據)的承載力。區內天然地基承載力可分為4個等級(表4-7),其分布與變化規律與地貌單元有較密切的相關關系(圖4-7)。
(1)承載力低區(fk<80kPa)的分布
① 呈條帶狀分布於現代黃河三角洲工程地質區內。如利津縣虎灘鄉西南—河口區義和鎮南部、河口東南孤河水庫—渤海農場總場北以及現代黃河入海口北側等地,以上各地帶多為1855年以後成陸,且位於濱海低地或窪地內,排水條件差,自重固結程度低。
表4-7天然地基承載力分區特徵表
② 呈小片狀分布於古黃河三角洲平原區。如東營區勝利鄉南部,利津縣王莊鄉南部等。
(2)承載力較低區(80≤fk<100kPa)的分布
① 沿海岸線分布,寬度不一。
② 沿黃河泛流主流帶邊緣、前緣和窪地展布。如利津縣大趙鄉—虎灘—羅鎮—河口區一帶、集賢鄉—渤海農場總場、孤北水庫北部、利津前劉鄉—東營區西城,以及東營區龍居鄉—西范鄉一帶。
(3)承載力中等區(100≤fk<120kPa)的分布
① 分布於決口扇的頂部及緩平坡地區。如利津縣南宋—北宋—明集,東營區龍居鄉—油郭鄉—六戶鎮—廣饒縣丁庄鄉以及勝坨鄉—高蓋鄉等地。
② 分布於現代黃河三角洲頂點附近。如寧海鄉—汀河鄉、寧海鄉—傅窩鄉一帶。
③ 分布於現代黃河三角洲北部、東部。如河口區新戶—刁口鄉、孤東水庫—五號樁、墾利縣建林鄉—孤東水庫、建林—西宋鄉。
(4)承載力較高區(fk>120kPa)的分布
① 分布於古黃河三角洲的南部。如牛庄—陳官—小清河一帶。
② 分布於小清河以南的山前沖洪積平原區。
③ 零星分布於近代黃河三角洲平原區的地勢較高處。
2.飽和砂土液化
砂土液化是指處於地下水位以下鬆散的飽和砂土,受到震動時有變得更緊密的趨勢。但飽和砂土的孔隙全部為水充填,因此,這種趨於緊密的作用將導致孔隙水壓力驟然上升,而在地震過程的短暫時間內,驟然上升的孔隙水壓力來不及消散,這就使原來由砂粒通過其接觸點所傳遞的壓力(有效壓力)減少,當有效壓力完全消失時,砂層會完全喪失抗剪強度和承載能力,變得像液體一樣的狀態,即通常所說有砂土液化現象。
區內的飽和砂土、飽和粉土具有液化的宏觀條件,在歷史地震發生時,曾有噴水冒砂、地面裂縫等現象發生。其液化程度受以下因素影響:土的顆粒特徵、密度、滲透性、結構、壓密狀態、上覆土層、地下水位埋深、排水條件、應力歷史、地震強度和地震持續時間等。
液化判別就是根據土的物理力學性質及其他工程地質條件,對土層在地震過程中發生液化的可能性的判別。國家標准《建築基礎抗震設計規范》(GBJ11-89)中規定了飽和砂土、飽和粉土的液化判別方法,在對區內飽和砂土、飽和粉土的液化判別時,即依照了前述規范提供的方法,在液化勢宏觀判定的基礎上,採用了原位測試資料——標准貫入試驗進行了液化臨界值和液化指數的計算。根據液化指數對地基液化等級的劃分見表4-8。區內液化砂土的分布規律見圖4-8。
(1)嚴重液化區
① 分布於現代黃河三角洲頂點,向北向東呈扇形展布的黃河泛流主流帶的中上游部位,主要在陳庄鎮—六合鄉、虎灘鄉—義和鎮一帶。
圖4-7天然地基承載力分區示意圖
表4-8地基液化等級表
② 零星分布於廢棄河道帶和決口扇,如下述地帶:東營區永安鄉—廣北水庫一線,呈條帶狀分布,為廢棄河道帶;利津縣店子鄉—前劉鄉,呈片狀分布,為決口扇的中部;東營區史口鄉附近、東營區六戶鎮西側、河口區新戶鄉東北等地。
該區內的飽和粉土、飽和粉砂顆粒均勻,粘粒含量低,沉積厚度較大,形成年代新,固結程度差,因此是最易發生液化的地區。
(2)中等液化區
① 分布於較大的決口扇及決口扇前緣坡地地帶,利津縣城東—明集鄉—大趙鄉、東營區勝利鄉—董集鄉—油郭鄉一帶。
② 分布於黃河泛流主流帶或其邊緣地帶。寧海鄉—墾利縣城;陳庄鎮—傅窩鄉;渤海農場總場東—建林鄉—新安鄉;義和水庫南—河口區。
③ 在濱海低地帶內有零星片狀分布,五號樁及以東地區;刁口碼頭東北—孤北水庫北部;新戶鄉以西及以北的近海地帶。該區一般位於嚴重液化區的外圍及決口扇頂部位或零星分布於小規模的黃河主流帶,飽和粉土、粉砂的粘粒含量較低,固結程度較差,因此是較易發生液化的地區。
(3)輕微液化區
① 分布於古黃河三角洲泛濫平原及決口扇邊緣,如下述地帶:利津縣南宋鄉—北宋鄉;東營區龍居鄉—廣饒縣陳官鄉—丁庄鄉。
② 分布於現代黃河三角洲的非黃河泛流主流帶區,如下述地帶:利津縣王莊鄉—墾利縣勝坨鄉;利津縣集賢鄉—墾利縣城東部;河口區太平鄉—義和水庫。
該區粉土、粉砂的沉積厚度較小,粘粒含量較高,因此液化程度較輕。
(4)非液化區
① 分布於工作區小清河以南的山前沖洪積平原,該區地下水位埋藏深,水位以下的飽和粉土,粉砂密實程度較好,因此不易液化。
② 分布於沿海地帶的濱海低地,該區除河口相沉積外,地層粘粒含量較高或以粘性土為主,因此不易液化。
3.軟土與鹽漬土
(1)軟土
軟土一般是指天然含水量高、壓縮性大、承載力低的一種軟塑到流塑狀態的粘性土。如淤泥、淤泥質土以及其他高壓縮性飽和粘性土、粉土等。黃河三角洲地區地處渤海之濱,具有軟土的沉積環境,鑽探資料亦證明,區內呈片狀分布著軟土。
① 軟土的劃分標准
本次劃分軟土時採用如下方法:當滿足下列條件之一時,並且厚度大於0.50m,將其確定為軟土:承載力標准值fk<80kPa;標貫錘擊數N63.5≤2;靜力觸探錐頭阻力qc<0.5MPa;流塑狀態。
② 軟土的空間分布
軟土主要分布於區內的東北部濱海地帶、河口—刁口碼頭一帶。利津縣羅鎮—黃河故道西、墾利縣下鎮鄉東部,另外在利津縣明集鄉—廣南水庫一線呈不連續片狀、碟狀分布。
③ 軟土的成因及主要物理力學性質
區內的軟土具有兩種成因:①爛泥灣相沉積:在歷次河口的兩側,沉積的以細粒成分為主的土層,一直處於飽和狀態,排水固結過程進展緩慢,所以土的力學性質很差。顏色以灰褐色為主,流塑態,土質細膩,岩性以粉質粘土為主,夾粉土和粘土薄層。②濱海湖沼相沉積:顏色以灰—灰黑色為主,有機質含量較高,具腥臭味,為淤泥或淤泥質土。
圖4-8地基砂土液化分區示意圖
表4-9軟土的主要物理力學指標統計表
從表4-9中可以看出:區內軟土具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、承載力低的特點,在荷載作用下變形較大,對建築物極為不利。因此,在工程建設規劃時,應盡量避開有軟土分布的地區。在無法避開軟土的建築物,應對區內的軟土有足夠的重視,採取一定的處理措施,對於一般工業民用建築可採取粉噴樁法進行處理,對於高層重型建築物應採取深基礎,如沉管灌注樁等,以避開軟土的不利影響(圖4-9)。
(2)鹽漬土
當土中的易溶鹽含量大於0.5%,且具有吸濕、松脹等特性的土稱為鹽漬土。區內的鹽漬土為濱海鹽漬土,按含鹽性質則大部分屬氯鹽漬土,局部為硫酸鹽漬土,鹽漬土按含鹽量可分為弱鹽漬土(0.5%~1%),中鹽漬土(1%~5%)、強鹽漬土(5%~8%)和超鹽漬土(>8%),區內的鹽漬土主要為弱鹽漬土,局部地段有中鹽漬土(見圖4-10)。
4.3.4工程地基適宜性評價
工程建築地基適宜性受多種因素的影響,為達到評價結果清晰簡潔、合理反映出區內建築適宜性等級的目的,選用了專家聚類法(亦稱總分法)進行評價。評價過程為:首先擬定評價因子,對各評價因子量化、分級並給定各級別的標准分,其次用傅勒三角形法確定各評價因子的權重,然後計算各勘測點單項因子分值和總分值,再按各點的總分值進行分區。最終的評價結果見表4-10、4-11、4-12、4-13。
圖4-9軟土分布示意圖
圖4-10鹽鹼土分布示意圖
表4-10一般工業與民用建築地基適宜性評價方案(評價深度10m)
① 沉降因子
② DⅠ——山前沖洪積平原;DⅡ——古黃河三角洲平原;DⅢ——現代黃河三角洲平原。
表4-11一般工業與民用建築地基適宜性評價分區說明表
表4-12高層重型建築物地基適宜性評價方案(評價深度25~30m)
表4-13高層重型建築物地基適宜性評價分區說明表
一般建築、高層建築物地基適應性評價分區見圖4-11、4-12。
圖4-11一般建築物地基適宜性評價分區示意圖
圖4-12高層建築物地基適宜性評價分區示意圖
⑹ 中國沿海全新世軟土的工程地質特徵
隨著我國全新世的環境和海岸演變研究的加強,詳細的第四紀研究資料不斷出現。目前要緊的是將工程地質研究與第四紀研究有機地結合起來,以加深對沿海軟土的認識,從而更好地為國家建設服務。
一、軟土的概念
軟土的概念或判別是新中國成立以後在工程地質界和土力學界逐步形成的,它是以形成的地質過程和存在的物理狀態兩個方面加以規定的,且後者是主要的。《軟土地區工程地質勘察規范》( 1992)對軟土的規定具體化為3條:①外觀以灰色為主的細粒土;②天然含水量大於或等於液限;③ 天然孔隙比大於或等於1.0。《岩土工程勘察規范》(1995)將軟土規定為「天然孔隙比大於或等於1.0,且天然含水量大於液限的細粒土應判定為軟土,包括淤泥、淤泥質土、泥炭、泥炭質土等,其壓縮系數宜大於0.5M Pa-1,不排水抗剪強度值小於30K Pa。」這兩本規范對軟土在概念和判別上的規定基本一致,但也有微小的差別。從物理力學指標看,前者指出了天然含水量不僅大於液限,也可等於液限;後者指出了力學指標,但說得靈活,只是「宜」,而它的兩項物理指標則是必須滿足的判定指標。從地質因素來看,前者指出了以灰色為主的細粒土的外觀特徵來顯示沉積環境;後者直接使用了淤泥、淤泥質土、泥炭、泥炭質土等的地質名詞。這里需要討論一下軟土與淤泥、泥炭兩類名詞的概念及其相互關系。軟土是土力學、工程地質學上的一個名詞,淤泥、泥炭是沉積岩石學上的一個名詞,兩者既有區別又有聯系。兩者的區別在於兩個學科的研究目的和任務不同,一個主要研究地質體的強度和變形等特徵;另一個主要研究地質體的成分和結構等特徵:聯系在於它們都是研究同一個地質體,在淺層的條件下,兩個名詞幾乎指的是同一東西,大體上可以互相預示。也正是這種預示,才能架起工程地質研究和第四紀研究的橋梁。
二、沿海全新世軟土的分布
趙希濤教授在《中國沿海全新世海面變化的基本特徵》一文中有關泥炭層的一段:「在我國沿海地區與近岸陸架地區下數米或二三十米,往往發現全新世潟湖相或與海水有某種水力聯系的湖沼相(或河漫灘窪地型)泥炭或富含有機質淤泥。它們緊貼第一海相層之下或之上分布,上、下泥炭層向陸逐漸合一。下泥炭層多形成於距今10000~8000a間,上泥炭層多形成於距今5000~2000a間,在海侵影響區之外,全新世泥炭發育時期幾乎連續,而以中全新世發育最好」。這里指的泥炭或富有機質淤泥,以及第一海相層都可初步判別為軟土,可見沿海全新世的軟土分布較廣,成因和地層也多樣。這些第四紀地質研究成果可作為工程地質研究的基礎。
三、沿海全新世軟土的工程地質
1.一般物理力學性質指標
淤泥、淤泥質土、泥炭、泥炭質土等一般可初步判別為軟土,但最終判定還要靠物理指標。因此,將我們多年來在編制規范過程中所積累起來的工程地質資料,主要是生產實踐資料,結合我們能夠掌握的第四紀地質資料,經過分析和判斷,列出我國沿海全新世軟土的一般物理力學指標(表1),供建設中參考。
表1 中國沿海全新世軟土一般物理力學指標
2.全新世沉積物的工程地質特點
早全新世甚至晚更新世已有軟土存在。但中全新世是暖期,有利於軟土的發育,是形成軟土的主要時期,且其距今較近,地層埋藏甚淺,是工程建築經常作用的不良地層。至晚全新世時,氣候變成干涼,在軟土之上逐漸形成了一層較密實的地層。這在氣候帶的變遷下,在東北、華北、華中的沿海一帶更為明顯,工程界稱之為「硬殼層」。此層在地表分布甚廣,是沿海地區一層較好的持力層,「輕基淺埋」就是針對這種地層的特點總結出來的經驗。所謂輕基就是基礎及其上部結構物採用輕型結構,淺埋即基礎埋置深度應盡量放淺。有時硬殼層很薄,但也不宜全部挖除,可以作為保護層而保留,以防止施工時其下的軟土擾動。
四、結語和討論
1)軟土是一種特殊土,在一定的自然條件下形成,具有一定的物理力學性質。如果單以判別指標判定,飽和黃土和飽和紅土都可以達到判別指標,但不能成為軟土,因為它們形成的地質過程不同,呈現的工程地質特點也不同。用以灰色為主的外部特徵來表徵軟土,會很容易將具有同樣物理指標的以黃色為主的飽和黃土和以紅色為主的飽和紅土迅速區別開,這對軟土的判別無疑是有意義的。
2)中全新世軟土,因其埋藏甚淺,是工程建築普遍作用到的不良地層。由於其壓縮性高,透水性低,具有觸變性、流變性和不均勻性,除應正確判別沉積物、評價其具體特點外,更重要的是如何將其改良加固,以滿足工程建設的需求。晚全新世的沉積物,覆蓋在地表,與工程建築的活動更加密切。由於它是一層中壓縮性或低壓縮性的黏質砂土等較密實的地層,它不僅能夠作為一層較好的持力層,而且可以作為保護層,以免其下的軟土擾動、喪失軟土的結構強度和出現稀釋狀態。
3)沿海的第四紀研究,對軟土的工程地質意義重大。隨著測年資料的增多、古環境的重建,第四紀研究成果會有效地應用於工程建設中。以往沿海軟土的工程地質研究,因生產要求的時間緊迫,常習慣於用工程措施,深入考慮第四紀地質較少,常造成不必要的損失和遺憾。兩者的相互結合和滲透定會產生好的效果。
參考文獻
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[4]孫更生,鄭大同.1984.軟土地基與地下工程.北京:中國建築工業出版社.
(本文原載:《中國應用第四紀研究——全國第二屆應用第四紀學術會議論文集》,成都:成都科技大學出版社,2000年5月,94~97頁)
⑺ 軟土的工程地質問題防治措施有哪些
軟土的工程地質問題和防治措施軟土地基的變形破壞主要是承載力低,地回基變形大或發生答擠出,造成建築物的破壞。且易產生不均勻沉降。在軟土地基設計中,經常採取以下措施:1. 輕基淺埋; 2. 減小建築物作用於地基的壓力; 3. 側向約束地基土,在四周打板樁基礎; 4. 設置反壓護道; 5. 若軟土層<2m,可採用換土法;6. 另外,還有其它的一些方法,如:砂井、排水砂墊層、爆破排淤、石灰砂樁、柴排、電滲排水等。在軟土地區修建鐵路,主要存在地基的沉降和地基的穩定性問題。
⑻ 編制《軟土地區工程地質勘察規范》的背景和名詞
一、背景
為了更好地了解和掌握《軟土地區工程地質勘察規范》,需要簡單追溯一下我國有關建築方面的工程地質、岩土工程和地基基礎等規范的編制背景和過程,這樣可以從歷史和從較廣闊的視野來認識本規范編制的一些基本情況。
新中國成立以前,我們國家沒有工程地質規范,沒有岩土工程規范,沒有地基基礎規范。蓋房子,洋的用洋辦法,像大都市的建築,如上海的國際飯店等,是外國人蓋的;土的用土辦法,像廣大的村鎮建築,是散布在各地的能工巧匠蓋的,稱為沒有建築師的建築;也有不洋不土,或土洋結合的,像中小城市的建築等,是當時的土木工程師和建築師蓋的。不論洋的土的,或土洋結合的,都沒有形成條文的形式,更沒有形成規范規程。
新中國成立以後,隨著社會主義建設的需要,建設工程得到了蓬勃的發展。20世紀50年代蘇聯來了許多建築工程專家,也帶來了蘇聯的建築法規,如127—55地基基礎規范,6—48黃土(大孔土)建築規范,我們自己沒有,自然要用人家的,但用的過程中也要思考,也要注意調查研究,注意總結經驗教訓。為什麼我們這樣做呢?因為這樣做是符合毛澤東思想的,國外的一些學說、理論和經驗必須與我國的具體實踐相結合,才能取得成功,國外的一些工程地質學、土力學和岩土工程學的某些理論和方法,某些規范規程,當用到我國的建築工程時,也必須與我國的具體實踐相結合,才能取得成功。因此,我們一方面在無自己規范的情況下,借用蘇聯的規范;另一方面在用的過程中總結經驗教訓,開展科學研究工作。
由於國家的戰略需要,20世紀50年代主要建設大西北,西北是黃土地區,1955年國家科委將黃土作為研究重點項目,組織各方面的力量進行研究,其中編制黃土地區建築規范的任務就下達到當時的建築工程部,具體由部屬的建築技術研究所土壤組承擔。1955年我從南京大學地質系水文地質工程地質專業畢業後,就被分配到建築工程部建築技術研究所的土壤組工作,在黃強先生主持下,參加黃土地區建築規范的研究和編制工作,這個研究所就是現在的中國建築科學研究院的前身,這個土壤組就是現在的地基基礎研究所的前身。由於工作的指導思想明確,既要掌握世界先進的理念和方法,又要抓住我國的特點不放,經過幾年的調查研究和重點地區的試驗研究,點面結合,在20世紀60年代初就基本完成了,但國家正式批准在1966年,它名為《濕陷性黃土地區建築規范》,這是我國第一本規范,第一本綜合性的規范,內容包括勘察、設計、施工和維護。在編制過程中,大孔土(濕陷性黃土)的學者,阿比列夫.Ю.M.曾作為蘇聯專家到中國來,他堅持他的,在中國用他的就行,但我們還是按照我國實際情況,加以編制,加以規定。
1960年,隨著全國普遍建設的需要,除黃土外,針對其他地基土的勘察、設計、施工的規范也需要編制,在當時的建築工程部系統,工程地質勘察規范由建築工程部綜合勘察院負責草擬了若干條,我參加過幾次討論,地基基礎設計規范由我們地基基礎研究所負責,開了協作會,制定了協作計劃,為了抓我國地基土的特點,在計劃中列出了「中國區域建築條件的研究」,由我負責協調各單位的研究,我曾到西南、中南、華東等地做地基土的調查,但因許多原因,特別是受「文化大革命」的影響,建築業的工程地質勘察規范和地基基礎的設計規范都未在60年代編成,只有地基基礎工程施工及驗收規范,在上海建委的主持下,經各協作單位,包括我們地基基礎研究所參加人員的努力,於1966年完成了我國第一本《地基基礎工程及驗收規范》。
到了20世紀70年代,在基本建設中,地基基礎方面出了不少問題,國家建委這時下文進行地基基礎設計規范和工程地質勘察規范的編制,由國家建委建築科學研究院會同有關單位於1971~1974年完成了《工業與民用建築地基基礎設計規范》的編制,由河北省革命委員會基本建設委員會會同有關單位於1973~1977年完成了《工業與民用建築工程地質勘察規范》的編制。這樣,我國的建築行業有關一般土的地基基礎方面的勘察、設計和施工的規范都有了。以後這些規范在20世紀80年代,為了適應新的要求,都作了修訂,現在大家要執行的是它們的修訂本。
由於建設大西南,建設大三線,這個時候,作為特殊土的膨脹土地基,也引起了建築工程界的重視,由國家建委於1978年下達任務,由城鄉建築環境保護部會同有關部門編制《膨脹土地區建築技術規范》,它是在20世紀70年代編成的《膨脹土地區建築技術規定》的基礎上,經其修訂後編製成的,在1988年才批准為正式規范,這個規范的內容包括勘察、設計、施工和維護,也是綜合性的。
隨著國家的改革開放,發展沿海戰略,作為特殊土的軟土也提到了日程上來。1986年由城鄉建設環境保護部下文,由中國建築科學研究院主編《軟土地區工程地質勘察規范》,具體就落到我的身上,於是會同上海勘察院、天津市勘察院和天津市規劃局等單位的科技人員共同編這本規范,他們長期在軟土地區工作,有著豐富的經驗和資料,我們地基基礎研究所在20世紀60年代也有一個軟土組進行軟土地基的調研,積累了一定的經驗和資料,更重要的是在編制組成立以後,我們進行了大量的調查研究,從東北的遼寧到南方的廣西的11個沿海省、自治區和直轄市都進行了軟土的調查研究,完成了初稿、徵求意見稿和送審稿,經過5年,最後完成了這本規范。
在20世紀80~90年代完成的建築方面的規范,還有《建築地基處理規范》和《建築樁基規范》等,其他如建築規程和地方的地基基礎規范規程就更多了。
從以上對有關建築地基基礎規范的編制背景和過程來看,可以看到以下3點:
1)規范是國家根據一定時期的發展戰略而編制的。由特殊土的編制情況看,從建設大西北的《濕陷性黃土地區建築規范》、建設大西南的《膨脹土地區建築技術規范》到發展沿海戰略的《軟地地區工程地質勘察規范》的編制過程來看,是很清楚的。其他的規范也是如此。
2)作為特殊土的《軟土地區工程地質勘察規范》與其他兩本特殊土的規范,如《濕陷性黃土地區建築規范》和《膨脹土地區建築技術規范》是不同的,它們都是綜合性的,而本規范是專業性的,只指勘察,且與一般地基土的《岩土工程勘察規范》、《建築地基基礎設計規范》和《地基基礎工程施工及驗收規范》有密切的關系。本規范是從原《工業與民用建築工程地質勘察規范》中獨立出來編制的,是勘察規范,而軟土地基基礎的設計仍留在《建築地基基礎設計規范》內,軟土地基基礎的施工,如降水、樁基,地下連續牆等,仍是《地基基礎工程施工及驗收規范》的主要內容。因此,作為特殊地基土的軟土,如果要想與其他特殊地基土一樣,成為綜合性的建築規范,也就是把軟土地區的勘察、設計、施工和維護綜合在一起,成為一個科學的體系,還有很遠的路要走。
3)本規范雖然目前只指勘察,但它已經不是傳統的勘察,是工程建築工作的一個階段,只提供工程地質資料,而是包括了評價、探測、施工降水等工作,服務於工程建設的全過程,已經有一定的綜合性了,這些內容和情況,在介紹正文時,將會講到。
二、名詞
1.軟土
軟土或者淤泥是一種特殊的地質地理現象,一種特殊的地基土,《岩土工程勘察規范》的判定是「天然孔隙比大於或等於1.0,且天然含水量大於液限的細粒土應判定為軟土,包括淤泥、淤泥質土、泥炭、泥炭質土等,其壓縮系數宜大於0.5M Pa-1,不排水抗剪強度宜小於30kPa。」軟土這一名詞,最初是人們在工程實踐中產生的,是顧名思義的產物,就是軟弱的意思,那麼軟弱到什麼程度呢?就是《岩土工程勘察規范》中的力學標准。《建築地基基礎設計規范》的判定是「淤泥應為在靜水或緩慢的流水環境中沉積,並經生物化學作用形成,其天然含水量大於液限,天然孔隙比大於或等於1.5的黏性土,當天然孔隙比小於1.5但大於1.0的土應為淤泥質土。」本規范的判別簡化成3條:①外觀以灰色為主的細粒土;②天然含水量大於或等於液限;③天然孔隙比大於或等於1.0。這3本規范在概念或判別上是基本一致的,但也有一些微小的差別,且主要是表達上的差別。從物理指標來看,共同點,3個規范都規定了天然含水量大於液限,天然孔隙比大於1.0。差別點,《岩土工程勘察規范》指出了力學指標,但說得靈活,只是「宜」。《建築地基基礎設計規范》中將天然孔隙比1.0~1.5,稱為淤泥質土,1.5以上稱為淤泥。本規范在天然含水量上不僅是大於液限,也可以等於液限,判別一般用物理指標,而評價則要用力學指標,雖然《岩土工程勘察規范》列上了力學指標,只是「宜」,而前面的物理指標就成了判定指標。從地質因素看,《岩土工程勘察規范》指出了軟土包括淤泥、淤泥質土、泥炭、泥炭質土,以淤泥、泥炭顯示沉積環境,並將軟土與淤泥直接聯系起來給出。《建築地基基礎設計規范》指出了淤泥應在靜水或緩慢的流水中沉積,並經生物化學作用形成,是直接說出了沉積環境,但沒有說出軟土。本規范以灰色為主的外觀特徵來顯示沉積環境,沒有說出淤泥。在這里需要討論一下軟土和淤泥兩個名詞的概念及其相互關系,軟土是工程地質學、土力學上的一個名詞,淤泥是沉積岩石學上的一個名詞,兩者既有聯系又有區別,聯系在於它們都是研究同一個地質體,大體上可以互相顯示,區別在於兩個學科的研究目的和任務不同,一個研究地質體的強度和變形等工程特徵;另一個研究地質體的成分和結構等礦產特徵,每個學科都有自己的體系,因此,兩個名詞又不宜混淆,需要加以區別。
2.地區
地區是空間在地球表面的表現,是一種普遍的地質地理現象,在地球表面有各式各樣的地質地理特徵,如果以構成地區的各種不同的地質地理特徵來考察地區,那麼不同的地質地理特徵就構成不同的地區。
3.軟土地區
軟土或者淤泥的地質體或岩土體,它一方面是具有一定物理力學性質,一定物質成分和組織結構的自然體系;另一方面又是在地質歷史過程中形成,且在自然和人為因素影響下,不斷改變的自然地質體,佔有一定的空間,因此,由軟土佔有的空間就是軟土地區。為什麼要講軟土地區呢?是為了說明編制規范過程中的一個問題。在我年輕時參加《濕陷性黃土地區建築規范》的編制,中年時參加《膨脹土地區建築技術規范》的編制,以及這次主編《軟土地區工程地質勘察規范》時,都會出現這樣的問題,稱某種土的規范名稱,或某種土地區的規范名稱,爭論不休。一些人認為稱某種土的規范就行了,比較簡明;另一些人又則認為,採用某種土的規范不全面,容易把地質體作為一種材料去理解,單從力學去考慮,忽視地質因素,如果在土的後面加上地區兩個字就全面了,因為地區是地質地理現象的表現,是地質體,稱某種土地區的概念,也就包括了力學和地質學的內容。爭論的結果,後一種意見佔了上風,濕陷性黃土的膨脹土的規范都採用了稱某種土地區的規范,而不稱某種土的規范。因此,我們在編制本規范時,也出現過這樣問題的討論,最終我們與其他特殊土一樣,採取了《軟土地區工程地質勘察規范》的名稱。
4.工程地質
在編制本規范的過程中,在徵求意見稿時,曾有人提出將《軟土地區工程地質勘察規范》改成《軟土地區岩土工程勘察規范》的意見,我們也作認真考慮,這里就指出什麼是工程地質?什麼是岩土工程?它們之間又是什麼關系?
工程地質是地質學一個應用的分支,是一門研究與工程建築有關的地質體問題的學科,也可以說是研究地質環境與工程建設相互作用、相互適應的學科。
岩土工程是土木工程學的分支,是一門研究與工程建設有關的岩土體問題的學科,也就是說研究岩土的環境與工程建設相互作用、相互適用的學科。
它們之間的關系就容易理解了,岩土體與地質體基本上是一個東西,岩土體的問題,也就是地質體的問題。因此,工程地質學和岩土工程學為工程建設服務最終目的和任務是一致的,只是學科發展的起點,一個從地質向工程走,另一個從工程向地質走,各有自己的知識優勢,只有兩個優勢相加,滲透並融合了,才會有好的效果,才能創造出優異的成績。我們認為,用工程地質可以,用岩土工程也可以,關鍵是內容,我們最後沒有改,採用了工程地質,這里順便說一下,還有一個行政的原因,1986年下達編制任務時,是工程地質,要改的話要打報告,會推遲時間,因為改的意義不大,就不做虛工了。
5.勘察
勘察就是為滿足某一目的和任務所做的調查研究。包括考察、勘探、鑽探、試驗、觀測等。
6.規范
規范是明文規定的標准,如道德規范、技術規范等,屬於標准化學科的范疇。標准化學科目前發展很快,國家非常重視,它是一門橫向綜合性學科,橫跨自然科學和社會科學,滲透到需要統一技術標準的各部門、各行業和各方面,自然也需滲透到建設部門。通過工程建設標準的制訂,包括本技術規范的制訂,使建設部門的工作會建立起最佳的秩序,實現最佳的技術結合和取得最佳的社會經濟效果。
標准化學科的特徵是什麼,也就是規范的特徵是什麼,有下列幾點:
1)政策性,標准規范是根據國家一定時期科學、技術、經濟的發展水平和資源、自然條件等情況,並考慮當前與長遠的需要而制訂的,它具有政策性和指導性。《軟土地區工程地質勘察規范》就是根據國家發展沿海戰略的需要,沿海有廣泛的軟土分布,以及軟土地區在工程建設中已有一定的科技水平和實踐經驗的基礎上,由城鄉建設環境保護部下達任務而編制的,它是在政策的指導下產生和發展的,它自然具有政策性和指導性。
2)抽象性,任何標准規范都是對大量同類事物特性的抽象概括,標准規範本身是科技成果和實踐經驗的結晶,制訂標准規范的過程就是科學的反映過程,制訂一個標准規范要做大量的調查研究和科學試驗的驗證工作,以使標准規范能建立在科學的基礎上,通過認真地執行標准規范,抽象的標准規范就能轉化為物質的工程建設的產品。
3)技術性,標准規范的對象絕大部分是技術性的事物。本規范就是技術性的,方法的標准化佔有很大比例,如鑽探方法、取土方法、試驗方法、評價方法等。
4)經濟性,一項技術要訂為標准規范,不僅要技術先進,還要經濟合理,國家的標准規范,將給全國帶來最佳的經濟效果,本規范也一樣,如果認真執行,對軟土地區的工程建設在克服保守、反對冒進方面,也會帶來顯著的社會經濟效益。
5)約束性,標准規范的產生需要經過一定權威機構的提出和批准。國家的對全國有約束性,地方的對地方有約束性,企業的對企業有約束性。
6)連續性,標准規范是一代一代往下延傳的,每一代的標准規范都是通過整理、選優、固定、簡化工作對策,從混亂、重復、低效的狀態達到科學合理的統一,每一代標准規范一旦確定下來,就要穩定一段時間。當它隨著科學技術水平的提高,落後於生產技術發展時,就要在原有的基礎上修訂出新一代標准規范,只有通過及時修訂,才能保證標准規范的先進性,發揮其對科學技術和國民經濟的促進作用。
(本文是作者於1996年4月8日在山東省煙台市舉辦的「軟土地區工程地質勘察規范」的講習班上,講課的前言部分)
⑼ 工程地質知識:軟土地基的處理方法有哪幾種
軟土的工程地質復問題和防制治措施軟土地基的變形破壞主要是承載力低,地基變形大或發生擠出,造成建築物的破壞。且易產生不均勻沉降。在軟土地基設計中,經常採取以下措施:1. 輕基淺埋; 2. 減小建築物作用於地基的壓力; 3. 側向約束地基土,在四周打板樁基礎; 4. 設置反壓護道; 5. 若軟土層<2m,可採用換土法;6. 另外,還有其它的一些方法,如:砂井、排水砂墊層、爆破排淤、石灰砂樁、柴排、電滲排水等。在軟土地區修建鐵路,主要存在地基的沉降和地基的穩定性問題。
⑽ 軟土工程地質
軟土是指天然含水量大、壓縮性大、承載力低的一種軟塑到流塑狀態的黏性土;如淤泥、淤泥質土以及其他高壓縮性飽和黏性土、粉土等。黃河三角洲地處渤海之濱,具有軟土的沉積環境,鑽探資料也表明區內呈片狀分布著軟土。
(1)軟土的劃分標准
本次劃分軟土採用如下標准:當滿足下列條件之一時,並且厚度大於0.50m,將其確定為軟土層。
1)承載力標准值fk<80kPa;
2)標貫錘擊數N63.5≤2;
3)靜力觸探錐頭阻力qc<0.5MPa;
4)流塑狀態。
(2)軟土的空間分布
利用工程地質鑽孔資料和相應試驗數據的分析,圈定出軟土的分布范圍及埋藏條件,繪制軟土分布圖(圖4.4)。
軟土主要分布於黃河三角洲東北部濱海地帶、河口—刁口碼頭一帶、利津縣羅鎮—黃河故道西、墾利縣下鎮東部,另外在利津縣明集—廣南水庫一線呈不連續片狀、碟狀分布。
(3)軟土的成因及主要物理力學性質
研究區軟土具有兩種成因:
1)爛泥灣相沉積:在歷次河口的兩側,沉積的以細粒成分為主的土層,一直處於飽和狀態,排水固結過程進展緩慢,所以土的力學性質很差。顏色以灰褐色為主,流塑態,土質細膩,岩性以粉質黏土為主,夾粉土和黏土薄層。
圖4.4 黃河三角洲軟土分布圖
2)濱海湖沼相沉積:顏色以灰—灰黑色為主,有機質含量較高,具腥臭味,為淤泥或淤泥質土。
黃河三角洲地區軟土的主要物理力學指標統計結果見表4.5,可以看出:區內軟土具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、承載力低等特點,在荷載作用下變形較大,對建築物極為不利。因此,在工程建設規劃時,應盡量避開有軟土分布的地區。在無法避開軟土的情況下,應對區內的軟土有足夠的重視,採取一定的處理措施。
表4.5 軟土主要物理力學指標統計表
註:e—孔隙比,無量綱;IL—液性指數,無量綱。