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工程地质软土

发布时间: 2021-01-21 00:50:04

⑴ 如何理解黄土,膨胀土,软土和冻土在工程地质中的排水问题

在黄土、膨胀土、软土和冻士等特殊士中,在其工程性质和工程地质问题所表现出来的特殊性均与水的作用有关。如黄土遇水产生湿陷性,由黄土自重湿陷和地下水沅蚀形成的黄土陷穴常引起工程建筑物的破坏及上覆土层或工程建筑物突然陷落等问题;.
膨胀土遇水膨胀失水收缩的胀缩性问题,如果多次胀缩使建筑物强度很快衰减,导致修建在膨胀土上的工程建筑物开裂下沉、失稳等问题,因此只要膨胀土中水分发生变化就能引起胀缩变形;软士自身由于天然含水量高,透水性差、压缩性高,其承载力和抗剪强度很低呈软塑-流塑状态,修建在软土地基上的建筑物因软土的变形大,透水性差,承载力低而引起破坏;冻土的形成必须有水的参与,冻土地区病害主要是冻胀融沉,使冻土工程性质变化较大,性质不良,例如多年冻土区开挖路堑,使多年冻土上限下降,则可产生基底下沉,边坡滑塌等问题。
以上特殊土的工程地质问题均与水的因素有关。因此作为对这些特殊土的工程地质问题的有效解决措施之一就 是排水。通过排水可以有效地缓解或抑制黄土的湿陷性和黄土陷穴的发生;通过排水或保持水分可以有效缓解或抑制膨胀土的胀缩性质;通过排水可以提高软土的固结强度,提高承载力,改善软土的不良性质;通过排水可以抑制冻士的发生,改善冻土地区岩土的工程质。
总之,特殊士的工程性质及工程地质问题与水的因素有着密切的直接的关系,而解决这些工程地质问题,提高改善特殊土的工程性质,排除水的因素是至关重要的。.

⑵ 土石方工程中,软土,软质岩、较硬岩,坚硬岩的比例是按照什么来确定地质勘测吗

清单中,是按地质勘察资料来定的。

⑶ 常见的工程地质问题和对工程危害程度的评述

一、常见的工程地质问题

深圳地区常见的工程地质问题有软土地基不均匀沉降,岩溶地面塌陷,砂页岩互层软弱地层的崩塌、滑坡和对工程桩的影响,中生代晚期花岗岩中北西向断裂对工程桩的影响,北东向断裂对工程的影响。

二、对工程危害程度的评述

(一)软土地基不均匀沉降对工程的影响

深圳湾沿岸、珠江口东岸的沙井-妈湾、盐田港区、坝光西岸等地广泛分布着浅海相或海-陆交互相淤泥、淤泥质黏性土、泥炭、泥炭质土等,一般厚度为5~10m,部分为10~16m,最厚达22 m,加上填海造地时填土为5~10m,总厚度为15~25m。软土的特点是含水量高,压缩性高、强度低、透水性差,具有流变性和不均匀性,其工程特性远不能满足建筑物的变形和承载力及地面使用要求,必须进行加固处理。深圳地区近十多年来进行了皇岗口岸、福田保税区、深港西部通道口岸、后海填海区、滨海大道及其北部填海区、前海湾填海区、铜鼓航道填海区、深圳国际机场、盐田港填海区、坝光化工基地等大面积的填海造地,已经或将要填海总面积60km2以上,必须对厚5~22m的淤泥或淤泥质土进行加固处理,否则将会出现地基沉降或不均匀沉降,总变形量达软土总厚度的20%~30%。目前填海造陆普遍采用的方法是先抛石挤淤或爆破挤淤形成海堤或隔堤,然后抽排海水,晾晒淤泥、铺砂垫层、插塑料排水板,堆载预压或强夯加固等方法处理。

工程实例一福田保税区的赛意法(超大)厂区软土地基不均匀沉降对工程的影响

该厂位于福田保税区西部,地貌单元为海积平原,软土厚度10~15m。在进行保税区大面积软基处理时,未对该厂区的软基进行插塑料排水板,堆载预压或强夯加固处理,直接进行桩基础和上部建筑物施工,建筑物竣工后出现室内外地面不均匀沉降,造成室内隔墙严重变形开裂、设备倾斜下陷、室外道路严重下沉,管线变形断裂,无法按期交付使用。经国内外岩土专家论证分析,认为是因桩间软土未进行加固处理引起地面不均匀沉降。

工程实例二益田中学软土地基不均匀沉降对工程的影响

益田中学位于益田村东侧,地貌单元为海积平原、软土厚度5~10m。设计建筑地面采用搅拌桩处理,设计桩长均为14m,上部建筑基础采用桩基础,以残积土中下部或强风化岩为持力层。建筑物竣工后,在使用的初期,礼堂、部分教室及连廊地面出现不均匀下沉、倾斜、开裂,无法按期提供使用。经检测,部分搅拌桩未穿过淤泥层,桩底残留淤泥1~3m,因淤泥的沉降变形引发部分地面下沉。

(二)岩溶及岩溶地面塌陷对工程的影响

深圳市龙岗区的横岗、龙岗、坪地、坪山、坑梓、葵涌等地面覆盖层下,广泛分布有石炭系下统石磴子组灰岩、白云质灰岩、大理岩,多为厚层状、质纯。分布面积100km2以上。可分为覆盖型和埋藏型两种,覆盖型岩溶分布于横岗-龙岗-坪地河谷平原,碧岭-坪山-坑梓河谷平原和葵涌盆地中,覆盖层厚度一般10~25m,部分5~10m,覆盖层上部为第四系冲洪积粉质黏土,厚度8~20m,下部为含卵石砾砂,厚度1.0~5.0m。埋藏型岩溶分布于上述河谷平原的两侧及葵涌盆地周边,埋藏于石炭系下统测水组砂页岩的下部,多呈假整合接触,即石磴子组海相灰岩形成后,地壳上升,灰岩露出地表,接受风化剥蚀,地表水的冲刷溶蚀,形成溶沟、溶槽、石芽、石笋和石柱等岩溶地貌,并在沟槽中堆积了坡积物。地壳又缓慢下降形成浅海,接受浅海相砂泥质沉积,形成测水组砂岩、页岩、炭质页岩、泥岩等互层。埋藏深度一般大于30 m。据大量工程场地岩土工程勘察资料,钻孔见溶洞率为40%~80%,溶洞高度一般为0.5~3.0m,个别大于20m,可分为3~5层,上部溶洞大多为开口型,多被冲洪积或坡洪积含碎石粉质黏土全充填,分析可能属溶沟或溶槽堆积。下部溶洞较小,多为闭合型,半充填,深部溶洞为无充填。沿断裂带溶洞更为发育,溶洞和溶蚀裂隙中含丰富的岩溶裂隙水,且一般连通性好,与地表水联系密切。据志联佳、龙跃大夏场地群孔抽水试验,水位降深1.58~11.90m时,单井涌水量173.15~4968.00m3/d,渗透系数28.3~83.1m/d。

强岩溶发育区因地下岩溶和土层内土洞的不断发育和抽取地下水,引发地面塌陷。从1990年起该区发生多起地面塌陷灾害。例如:1990年冬在坑梓镇深汕公路两侧约10km范围陆续发生10余处大小不一的突发性地面塌坑;人民大道塌陷约10m2,深5m,造成一辆正在行驶的汽车掉入坑内;田心村在建的四层民居的中心柱下突然塌陷,陷坑面积30 m 2,深度4 m。1992年3月4日晚,龙岗镇巫屋村商业一条街刚封顶不到一个月的一栋三层楼的一角墙基突然塌陷,陷坑直径3 m,1994年6月龙岗镇盛平村一栋施工到三层的宿舍楼,突然倒塌,造成数十人伤亡。

上述强岩溶发育区为建设用地适宜性差区,被判定为不适宜建高层、超高层建筑区,如要兴建高层建筑则地基处理难度大,处理费用相当高。

工程实例一 龙岗中心城志联佳大厦岩溶塌陷对工程的影响

志联佳大厦原设计地上27层,地下2层,采用挖孔桩基础,先挖两层地下室基坑,再进行挖孔桩施工,基坑挖至冲洪积含卵石砾砂层时涌水量并不大,可用明沟及集水井和常用水泵排除。当各挖孔桩至灰岩顶板时则涌水,水头高约4m,一般涌水量5~20m3/h,最大50m3/h,整个基坑总涌水量大于3000 m 3/d,基坑很快被水淹,深约4 m。后采用封闭式降水井方案,在基坑周边布置18口大口径降水井,19个观测井,先进行试验性抽水试验,最大水位降深7.5m,观测井水位降低1.58~4.96m,平均3.72m,涌水量4968.0m3/d,降落漏斗半径约40m。然后选5口降水井,采用大排量水泵同时抽水,21个观测井,水位降低5.9~11.9m,平均8.28m,观测井水位降低1.71~7.58m,平均5.95m,总涌水量10841m3/d,平均单井涌水量2168.26m3/d,降落漏斗半径50m。数天后,基坑底及降水井周围出现5处地面塌陷,塌陷面积0.84~14.8m2,体积0.72~36.0m3。为了将地下水位降下去,满足挖孔桩施工要求,持续降水近一个月,每天排水量保持在11000m 3/d左右,后来引发场地南部800m处的西瓜铺村中道路突然塌陷,直径约15m,深度大于3m,四周30~40m范围内的房屋出现不同程度裂缝和倾斜。在村民集体向龙岗区政府强烈要求下,区建设局下令志联佳大厦停止降水。就此宣告志联佳大厦人工挖孔桩失败,直接经济损失400多万元人民币,间接经济损失难于估量,延误工期1年多。此后龙岗区政府一直未批准过在龙岗中心区(强岩溶发育区)超过20层的建筑物。

工程实例二 深圳市东部供水地下干线横岗西坑段地面塌陷对工程的影响

深圳市东部供水网格干线工程用于统筹解决深圳市的缺水问题,是深圳市城市供水系统的重要组成部分。取水点设在东江的惠州市东部水口镇,经惠阳县的马安、永湖、秋长、至龙岗区坑梓,引入松子坑水库。干线起点在松子坑水库11号坝下部,终点为南山区的西丽水库和宝安区的铁岗水库。输水建筑以隧洞为主,全线采用重力流输水方式。一号隧洞从碧岭谷地南缘汤坑村附近进洞,在深圳水库沙湾大望桥北侧出洞,全长17958m。隧洞断面净宽4.2m,净高5.3m。隧洞穿越横岗镇西坑村北侧,该段地面标高82.0m,设计隧洞底板标高40.2m,埋深42.0m。隧洞顶部地层自上而下为第四系全新统冲洪积砂卵石层,厚度1.3~11.2m;上更新统冲洪积含砾粉质黏土,厚度2.9~23.8m;石炭系下统测水组绢云母片岩、泥质粉砂岩风化残积土;石炭系下统石磴子组大理岩化灰岩或大理岩,西坑段隧洞位于灰岩部位。一号隧洞由东向西掘进至西坑村东北部F38断裂破碎带时(2000年5月3日)洞内突然涌水,涌水量约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干枯,大面积地面下沉开裂,民居墙壁倾斜开裂,一处民居突然倒塌,地面塌陷、陷坑直径大于4m,深度不详,总变形面积约7.3×104m2,地面普遍下沉2~5cm。塌陷出现在晚上,“轰”的一声巨响,振动新老屋村几平方公里范围,当地居民以为是发生地震。村、镇领导立即将老屋村村民紧急疏散,撤离到高处空旷地带,涌水事件震动了省、市政府各部门及大、小报媒体。市领导责令市水务局邀请在深圳的地质专家,研讨涌水原因和处理方法。并请深圳市勘察研究院对西坑盆地隧道段和老屋村受影响范围进行详勘,布置钻孔46个,群孔抽水试验2组,隧道段钻孔结合跨孔CT进行探测。请深圳市地质建设工程公司进行地表地质测绘和地面物探。总勘察费用80多万元人民币,隧洞停止施工长达半年以上,后采用径向全断面小导管超前注浆加固的堵水方法,逐段掘进,获得成功。直接经济损失近千万元人民币,延误工期近一年。

(三)软弱地层的崩塌、滑坡对工程的影响

深圳市龙岗区的横岗、平湖、龙岗、坪地、坪山、坑梓及葵涌镇等广泛分布的石炭系下统测水组泥质粉砂岩、石英砂岩、泥岩、页岩、炭质页岩互层。地貌单元一般为低丘陵或残丘谷地。当道路建设和开发建设用地的削坡坡度大于30°时则极容易出现崩塌或滑坡,多为顺层(顺层面或裂隙面)崩塌或滑坡,支护治理很困难,工程费用高,且难于根治,在台风暴雨季节极易复发。

工程实例 深圳市龙岗区坑梓街道北通道市政工程的主道和匝道路堑边坡,分东西两侧边坡,坡长180m,坡高12~42m,分3~5级,每级高约8m,坡角45°~60°。除坡顶有薄层坡残积土层外,均为强-中风化泥质粉砂岩、泥岩、页岩、炭质页岩互层。在道路建设中已采用浆砌石格构梁+植草进行支护。在交付使用前又出现多处崩塌及滑坡(图2-2-17至图2-2-20)。崩塌及滑坡长15~24m,高10~15m,厚2~3m,总体积300~500m3,多为顺层或顺裂隙面滑动或崩塌。

图2-2-17 北通道匝道区东侧边坡崩塌

图2-2-18 北通道匝道区西侧边坡崩塌

图2-2-19 北通道匝道区东侧边坡顺节理面崩塌

图2-2-20 北通道主道路堑北段沿炭质岩崩塌

(四)石炭系下统测水组砂页岩对工程桩的影响

深圳市龙岗区大面积分布石炭系下统测水组石英砂岩、泥质粉砂岩、泥岩、页岩和炭质页岩互层。因各种岩性的矿物成分不同,其风化程度相差悬殊。石英砂岩难于风化,一般呈中风化状态,泥质粉砂岩呈强风化状态;泥岩、页岩、炭质页岩容易风化,多呈泥状、土状软弱夹层,相互组成软硬互层。软岩风化深度大,深达百米,硬夹层难于风化,呈中等风化夹层。有的场地地表就见到中风化石英砂岩,但钻穿后数米,甚至上百米见不到中风化地层,造成一栋建筑物的桩长相差很大,甚至找不到稳定的中风化地层。

工程实例 深圳市龙岗区欧景花园三期10、11号楼石炭系下统测水组砂页岩对工程桩的影响

欧景花园三期10、11号楼位于龙岗区中心城,龙岗区人民医院与妇幼保健院之间,建筑物高度为地上17~28层,地下3层的商住楼。场地原始地貌为残丘坡地。地层岩性:①第四系残积粉质黏土,层厚3.05~36.00m,由炭质粉砂岩、页岩风化残积而成,普遍夹强—中风化石英砂岩;②石炭系下统测水组炭质粉砂岩、页岩全风化带,厚度4.00~15.70m,夹较多强—中风化石英砂岩薄层;③强风化炭质粉砂岩、页岩,厚度3.20~36.00m,夹中风化石英砂岩;④中风化炭质粉砂岩,厚度2.30~20.10m,层顶埋深0.00~39.00m;⑤微风化炭质粉砂岩,揭露厚度1.74~13.30m,顶板埋深3.20~40.80m;⑥石炭系下统石磴子组灰岩,层顶埋深14.00~55.00m。场地处于构造小背斜的轴部,背斜轴为北东向。场地属埋藏型岩溶区,其轴部埋藏浅,场地东西两侧(两翼)埋藏深,由轴部向两翼逐渐加深,深达55.00m以下。两翼岩层倾角约75°,且地层挠曲现象明显。灰岩中岩溶发育,其中有13个钻孔见溶洞,洞高0.60~5.40m,大部分为无充填溶洞。

该工程采用冲孔桩基础,以微风化灰岩或微风化炭质粉砂岩作持力层,施工前进行了施工勘察,基本上采用一桩一孔,复杂部位为一桩2~3个超前钻孔。发现同一根桩各超前孔见微风化灰岩顶板埋深一般相差1~3m,多者相差5.0~7.2m;见微风化炭质粉砂岩顶板埋深相差12.6~13.4m。说明同一根桩的微风化灰岩或微风化炭质粉砂岩顶板埋深相差悬殊,起伏变化很大,极难将桩端嵌入稳定完整的微风化基岩中。各桩在终桩时均检验岩样后才下钢筋和浇灌混凝土。达到规范规定的龄期后才进行钻心法抽心检测,检查结果发现桩身混凝土质量完好,但有40多根桩的桩底持力层没有达到设计持力层(微风化灰岩或微风化炭质粉砂岩)要求,甚至部分桩底基岩仍为强风化或全风化炭质粉砂岩。后采用补桩处理,基本上是一根不合格桩补二根桩,增加基础费用200多万元人民币。综上所述,证实在石炭系下统测水组砂页岩分布区不适宜采用端承桩和以微风化砂岩夹层为持力层,宜采用摩擦桩或摩擦端承桩,应尽量采用天然地基基础或复合地基,以避开下伏灰岩强岩溶发育带对基础的影响。

(五)中生代晚期花岗岩中的北西向断裂对工程桩的影响

中生代晚期花岗岩中的北西向断裂一般规模较小,且多被第四系掩盖,地表很难见到露头,但对山间溪谷有较明显的控制作用。断裂走向多为北西30°~50°,大部分倾向北东,个别倾向南西,倾角60°~75°。该组断裂形成于晚中生世以后和喜马拉雅期,几乎切截了北东向和东西向断裂,水平断距一般50~200m,多属张扭性断裂,构造岩为压碎岩、碎裂岩、角砾岩夹薄层糜棱岩,视厚度10~35m,为富水断裂。构造岩风化强烈,上部为土状,中部为砂砾状,下部为碎石状。断裂破碎带部位中、微风化岩埋深比断裂两侧正常基岩埋深大10~35m,对高层建筑工程桩持力层选取造成很大困难,且施工难度大,造价高。

工程实例一 深圳市国通大厦(原名无线大厦)北西向断裂对工程桩的影响

国通大厦位于深圳市福田区滨河大道与新洲二路交汇处的西南侧。设计建筑为四足鼎立的单体塔楼,主塔楼43层(其中地下3层),正方形、边长45m×45m,框架结构,基础砌置深度10m,单位荷重7500kN,属一级建筑物,对差异沉降敏感;副楼9层,矩形,框架结构,基础砌置深度5m,单位荷重180kN。场地地貌为残丘坡地,地面标高7.10~10.10m,下伏基岩为中生代晚期粗粒花岗岩。据详勘资料,主楼微风化花岗岩顶板埋深大部分地段为32.5~46.9m,标高-22.17~-38.3m。主楼的西南角见北西向断裂破碎带,断裂倾向南西,倾角约65°,构造岩为压碎岩,角砾岩夹薄层糜棱岩,厚度11.0~17.3m,铅直厚度24.3~38.2m,构造岩中可见绿泥石化和挤压现象,构造岩自上而下可分为土状、砾状和块状。主楼基础设计为人工挖孔桩,90%桩端以微风化岩作持力层,有效桩长23.0~36.5m,西南角位于断裂破碎带之上,完整基岩埋深81.0m,地下室底板以下埋深为71.0m,无法采用人工挖孔桩。经勘察、设计单位论证,借鉴已建成高层建筑在构造岩中的成桩处理经验,将西南角的桩端置于砾状构造岩之上,桩长40.0~45.0m,砾状构造岩的桩端承载力标准值取3700kPa。主楼西南角可节约桩长25~30 m,节约基础投资数百万元人民币。建筑物早已建成,安全使用近10年,主楼四角沉降量12.0~15.0mm,相差3.0mm,核心筒沉降量13.8~19.7mm,相差5.9mm,绝对沉降量及沉降差均满足规范要求。

工程实例二 深圳市福田区赛格群星广场北西向断裂对工程桩的影响

赛格群星广场位于深圳市华强北商业街北部,华强北路与红荔路交汇处的东南侧,建筑物由一栋40层写字楼及两栋32层商住楼组成,裙楼4层,局部8层,设3层地下室,基础埋深14.5m,建筑结构采用框剪-核心筒结构。建筑结构荷载大且差异大,单柱单桩荷载10000~152500 kN。场地地貌为残丘坡地,地面标高13.1~14.5m,下伏基岩为中生代晚期粗粒花岗岩、微风化基岩顶板埋深一般为27.5~38.8m,标高-14.0~-34.8m。写字楼西侧受北西向断裂影响,微风化基岩顶板埋深50.8~60.5m,标高-36.9~-46.6m,微风化基岩面与一般地段微风化基岩面相差22.9~11.8m,构造岩厚度10.0~14.2m。设计采用人工挖孔桩基础,一般桩端以微风化岩作持力层,写字楼西侧桩端以砾状构造岩带作持力层,取桩端承载力标准值3500kPa,经设计计算可满足单桩承载力及布桩要求,缩短了桩长,节约了基础投资400万元人民币。建筑物已建成使用7年,沉降量20~32mm,建筑物东西端沉降差6mm,绝对沉降量及沉降量差均满足规范要求。

⑷ 常见的不良地基土有哪些其工程地质问题是什么

变形控制原则比按强度控制原则更为重要。
软土地基主要受力层中的倾斜基岩或其他倾斜坚硬地层,是软土地基的一大隐患。其可能导致不均匀沉降,以及蠕变滑移而产生剪切破坏,因此对这类地基不但要考虑变形,而且耍考虑稳定性。若主要受力层中存在砂层,砂层将起排水通道作用,有利于地基承载力的提高。
水文地质条件对软土地基影响较大,如抽降地下水形成降水漏斗将导致附近建筑物产生沉降或不均匀沉降;基坑迅速抽水会使基坑周围水力坡度增大而产生较大的附加应力,致使坑壁坍塌;承压水头改变将引起地面的明显沉降等。这些在岩土工程评价中应引起重视。此外,沼气逸出对地基稳定和变形也有影响,通常应查明沼气带的埋藏深度、含气量和压力的大小,以此评价对地基的影响程度。建筑施工的加荷速率的适当控制,或改善土的排水固结条件可提高软土地基的承载力及稳定性。即随着荷载的施加地基土强度逐渐增大,承载力得以提高;反之,若荷载过大,加荷速率过快,将出现局部塑性变形,甚至产生整体剪切破坏。
8.3.3软土地基工程应注童事项
在软土地区修建桥梁或其他建筑物,首先应对地质、水文状况进行详尽的勘察,查明欲建场地软土的地质及工程特性,掌握全面的、翔实的第一手资料,这是正确设置桥跨或其他结构物,选择适当结构类型的首要条件,也是设计和施工能紧密结合实际情况,采取有针对性工程措施的关键环节。
软土地基的强度、变形和稳定是工程中必须全面充分注意的问题,是造成桥梁或其他建筑物产生过大或差异沉降、位移、倾斜、开裂和失稳等严重损坏事故的主要原因。国内外从实践中对软土地基上的基础工程设计技术、施工方法、地基加固等方面已积累了不少成功经验和科研成果,只要对这些成果借鉴和使用得当,则软土地基上的桥梁或其他建筑物的安全是能得到保证的。以下着重介绍有关软土地区桥梁基础工程应注意的事项,其他建筑物也可参考。
1.合理布设桥涵
在软土地区,桥梁位置既要与线路走向协调,又要特别注意桥梁建筑物对工程地质的要求,如果地基土层深,厚软黏土,特别是流动性的淤泥、泥炭和高灵敏度的软土,不仅设计技术条件复杂,而且将给施工、养护、运营带来许多困难,应力求避免。另选择软土较薄、均匀、灵敏度较低的地段应更为有利。对于小桥涵,可优先考虑地表硬壳层较厚,下卧层为一般均匀软土处,以争取采用明挖刚性扩大基础,降低造价,方便施工。
在确定桥梁总长、桥台位置时,除应考虑泄洪、通航要求外,究竟应将桥台覆于何处,不能拘泥于在一般地质状况下的习惯做法,应考虑合理的利用地形,地质条件,适当的延长桥长,使桥台置于地基土质较好或软土较薄处,用桥梁代替高路堤,减少桥台和填土高度,会有利于桥台、路堤的稳定,在造价、占地、运营条件和养护费用等通盘考虑后,往往在技术上、经济上都是合理的。
软土地基上桥梁宜采用轻型结构,尽量减轻上部结构及墩台自重。由于地基易产生较大不均匀不变,一般以采用静定结构或整体性较好的结构为宜,如桥跨结构可采用钢筋混凝土箱形梁,桥台采用十字形、U形桥台,桥墩采用空心薄壳结构等。桥洞宜用钢筋混凝土管涵、整体基础钢筋混凝土盖板涵、箱涵以保障桥身刚度和整体性。
设计时所用到的软土的有关物理力学性质参数,应尽可能通过现场原位试验取得。并应注意,我国沿海、内陆等地的软土由于沉积年代,环境的差异,成因的不同,他们的成层条件,粒度组成,矿物成分有所不同。有时其物理力学性质指标虽相近,但工程性质并不相近,故不应相互借用。
2.软土地基桥梁基础设计应注意事项
为保证地基稳定并控制沉降在容许范围内,作为设计者应从减轻荷载和提高地基承载力两方面着手。对于上部结构设计来说,控制建筑物的长高比,采用轻型材料,充分利用硬壳土层作持力层,加强基础的刚度和强度等都是有利地基稳定,减少沉降和不均匀沉降的有益措施。对于基础设计来说,首先要确定天然地基的承载能力和由于施加荷栽可能产生的最大沉降量、沉降差,并据以确定地基是否需要加固。如软土地基上的路堤就有“填筑临界高度”的规定,即指天然地基上用快速施工方法修筑一般断面路堤所能填筑的最大高度。并非凡是软土地基,就一定加固处理。
软土地区的桥梁基础,常用的是刚性扩大基础和桩基础,也有用沉井基础的,在软土地基上设置上述类型基础时,应注意以下几个问题:
(1)刚性扩大浅基础。在较稳定、均匀、有一定强度的软土上修建结构简单、对地基沉降要求不严的短跨径桥梁,常争取采用天然地基(或配合砂砾垫层)上的刚性扩大浅基础。但常产生诸如:因软土的局部塑性变形而使墩台发生不均匀沉降,由于台后填土的影响使桥台前后端沉降不均而发生后仰,有时还同时使桥台向前滑移等工程事故,因此,在设计时应注意对基础受力不同的边缘(如桥台的前趾、后踵)沉降的检算及其抗倾覆、滑动检算。
防治措施:可采用人工地基,如有针对性的布设砂砾垫层,对地基进行加载预压以减少地基的沉降和调整沉降差,或

⑸  区域环境工程地质评价

4.3.1区域稳定性分析

黄河三角洲是在基底构造甚为破碎、济阳凹陷的一个次级负向构造单元上发育形成的。由于区内东北部位于北西向的燕山——渤海地震带及北东向的沂沫断裂地震带的交汇部位,因而与新构造运动有关的构造地震异常活跃。据山东省地震局1985年10月布设的东营—垦利、陈家庄—河口的现代形变及牛庄—新刁口的两次a径迹测量结果,埕子口断裂、孤北断裂、陈南断裂、胜北断裂和东营断裂的现代活动都有显示,说明区内的区域稳定性较差。区内新生代以来的断裂活动表现为具有继承性脉动活动的特点。尤其是5号桩,桩西至海港一带位于上述两条活动断裂地震带的交汇复合部位,新生代以来断陷幅度最大,历史上曾发生过3次7~7.5级地震,区域稳定性差。根据以上的地震预测,影响烈度一般都在Ⅶ度以上,5号桩一带为Ⅷ度。根据我国建筑规范规定,一切建筑物都应设防加固,以保安全。

区内饱和砂土、饱和粉土具有液化的宏观条件。在历史地震发生时,曾有喷水冒砂、地面裂缝等现象发生。其液化程度受以下因素影响:土的颗粒特征、密度、渗透性、结构、压密状态、上覆土层、地下水位埋深、排水条件、应力历史、地震强度和地震持续时间等。

由于黄河三角洲地质体物质组成主要是粉砂,且孔隙度较高,加之形成期堆积速率快,造成地质体中含水量高。随着时间推移,在上覆沉积物挤压下,孔隙中水逐渐被挤压,造成地质体压缩,导致地面下沉。根据1988年在黄河海港地区实测,该地区压实下沉速率可达6cm/a,因此由于地面下沉所引起的海面相对上升则更加剧了海岸侵蚀。

另外,近几十年来的人为活动加剧了本区地面沉降的发展,如:建筑地基承载力不足引起的土体压缩,地下水、石油、卤水的开采所引起的含水层、储油层压缩等。

由此可见,黄河三角洲地区环境工程地质问题颇多,本节将对直接影响东营市经济发展和规划的地表下25m土体工程地质类型及其物理力学性质、工程地质性质的区域性变化等进行深入研究。

4.3.2土体的工程地质分类及工程地质特征

区内小清河以北为黄河三角洲平原,小清河以南多为山前冲洪积平原,基岩埋深在数百米以下,表层均为第四系松散沉积物,鉴于一般工业与民用建筑物地基持力层一般均在15m以上,一般中高层建筑物持力层一般在25m以上的特点,下面仅以0~25m的土体为对象,进行分析和研究(图4-6)。

图4-6地表土体类型示意图

1.土体的岩性与结构特征

(1)土体岩性分类

区内0~25m深度内的地层多为第四系全新统地层,其沉积环境受黄河和海洋交互或共同影响,形成了以细颗粒为主的地层。所表现出的岩性以粉土最为广泛,其次为粉质粘土、粉砂、粘土,局部有细砂,其主要岩性特征见表4-6。

表4-6黄河三角洲0~25m地层岩性分类及主要特征表

(2)土体结构特点

区内土体结构无单层结构,多为多层结构,(多层结构是指一定深度内由3层或3层以上的地层构成),这也是区内的沉积环境所决定的,该区濒临渤海,是河流的最下游段,河道游荡较频繁,古地貌特点反复变化,携带泥、砂的水动力特点也随之变化,因此,区内一般无巨厚的单层岩性沉积。

2.土体工程地质特征

(1)山前冲洪积平原区土体工程地质特征该区地面下25m的沉积物为第四系全新统冲积、洪积(

)物,岩性以土黄—灰黄色粉质粘土、粉土为主,古河道带有粉砂、细砂分布,湖沼相沉积的灰黑色淤泥、淤泥质土比较少见。土层物理力学性质较好,承载力较高。

(2)古黄河三角洲区土体工程地质特征该区地面下25m的沉积物为第四系全新统冲积、海积、湖沼相沉积(

),上部多以土黄色—褐黄色粉土、粉质粘土为主,古河道带有粉砂分布;中部多有灰黑色淤泥质粉质粘土分布;局部有粉砂分布,下部以土黄色粉土、粉砂为主。土层的物理力学性质在水平和垂向上均有较大的变化,局部有小片的软土和高盐渍土分布。

(3)现代黄河三角洲平原区土体工程地质特征

该区地面下25m的沉积物为第四系全新统冲积海积物(

),上部多以土黄—灰黄色粉土、粉质粘土;中部为灰黑色粉质粘土或淤泥质土,具腥味;下部多为浅灰色粉砂土层的物理力学性质在水平和垂向上均有较大的变化,软土分布面积较大,盐渍土呈片状分布,为弱—中等盐渍土。

3.地表下0~25m土体物理力学指标的变化规律

(1)古黄河三角洲区的物理力学性质总体上好于现代黄河三角洲,这正是由于现代黄河三角洲的成陆时间晚于古黄河三角洲,其自重固结的程度差于前者。

(2)无论是古黄河三角洲区还是现代黄河三角洲区各类岩性土层的物理力学指标显示出一个较明显的规律,即从地表向下随深度的增加土层的物理力学指标以较好—较差—好发生变化。一般较差的深度段在5~10m和10~15m。这一变化规律也与区内的沉积环境相吻合,力学指标较差的深度段为1855年黄河改道以前沉积的冲湖积、冲海积相为主的地层。

4.3.3天然地基承载力、饱和砂土液化及软土与盐渍土

1.天然地基承载力

黄河三角洲地区基土承载力在不同位置、不同层位均有较大变化,从小于80kPa到大于300kPa。天然地基承载力指自地表算起的第一层或第二层基土(当第一层厚度小于3m,且第二层基土承载力高于第一层时,取第二层承载力数据)的承载力。区内天然地基承载力可分为4个等级(表4-7),其分布与变化规律与地貌单元有较密切的相关关系(图4-7)。

(1)承载力低区(fk<80kPa)的分布

① 呈条带状分布于现代黄河三角洲工程地质区内。如利津县虎滩乡西南—河口区义和镇南部、河口东南孤河水库—渤海农场总场北以及现代黄河入海口北侧等地,以上各地带多为1855年以后成陆,且位于滨海低地或洼地内,排水条件差,自重固结程度低。

表4-7天然地基承载力分区特征表

② 呈小片状分布于古黄河三角洲平原区。如东营区胜利乡南部,利津县王庄乡南部等。

(2)承载力较低区(80≤fk<100kPa)的分布

① 沿海岸线分布,宽度不一。

② 沿黄河泛流主流带边缘、前缘和洼地展布。如利津县大赵乡—虎滩—罗镇—河口区一带、集贤乡—渤海农场总场、孤北水库北部、利津前刘乡—东营区西城,以及东营区龙居乡—西范乡一带。

(3)承载力中等区(100≤fk<120kPa)的分布

① 分布于决口扇的顶部及缓平坡地区。如利津县南宋—北宋—明集,东营区龙居乡—油郭乡—六户镇—广饶县丁庄乡以及胜坨乡—高盖乡等地。

② 分布于现代黄河三角洲顶点附近。如宁海乡—汀河乡、宁海乡—傅窝乡一带。

③ 分布于现代黄河三角洲北部、东部。如河口区新户—刁口乡、孤东水库—五号桩、垦利县建林乡—孤东水库、建林—西宋乡。

(4)承载力较高区(fk>120kPa)的分布

① 分布于古黄河三角洲的南部。如牛庄—陈官—小清河一带。

② 分布于小清河以南的山前冲洪积平原区。

③ 零星分布于近代黄河三角洲平原区的地势较高处。

2.饱和砂土液化

砂土液化是指处于地下水位以下松散的饱和砂土,受到震动时有变得更紧密的趋势。但饱和砂土的孔隙全部为水充填,因此,这种趋于紧密的作用将导致孔隙水压力骤然上升,而在地震过程的短暂时间内,骤然上升的孔隙水压力来不及消散,这就使原来由砂粒通过其接触点所传递的压力(有效压力)减少,当有效压力完全消失时,砂层会完全丧失抗剪强度和承载能力,变得像液体一样的状态,即通常所说有砂土液化现象。

区内的饱和砂土、饱和粉土具有液化的宏观条件,在历史地震发生时,曾有喷水冒砂、地面裂缝等现象发生。其液化程度受以下因素影响:土的颗粒特征、密度、渗透性、结构、压密状态、上覆土层、地下水位埋深、排水条件、应力历史、地震强度和地震持续时间等。

液化判别就是根据土的物理力学性质及其他工程地质条件,对土层在地震过程中发生液化的可能性的判别。国家标准《建筑基础抗震设计规范》(GBJ11-89)中规定了饱和砂土、饱和粉土的液化判别方法,在对区内饱和砂土、饱和粉土的液化判别时,即依照了前述规范提供的方法,在液化势宏观判定的基础上,采用了原位测试资料——标准贯入试验进行了液化临界值和液化指数的计算。根据液化指数对地基液化等级的划分见表4-8。区内液化砂土的分布规律见图4-8。

(1)严重液化区

① 分布于现代黄河三角洲顶点,向北向东呈扇形展布的黄河泛流主流带的中上游部位,主要在陈庄镇—六合乡、虎滩乡—义和镇一带。

图4-7天然地基承载力分区示意图

表4-8地基液化等级表

② 零星分布于废弃河道带和决口扇,如下述地带:东营区永安乡—广北水库一线,呈条带状分布,为废弃河道带;利津县店子乡—前刘乡,呈片状分布,为决口扇的中部;东营区史口乡附近、东营区六户镇西侧、河口区新户乡东北等地。

该区内的饱和粉土、饱和粉砂颗粒均匀,粘粒含量低,沉积厚度较大,形成年代新,固结程度差,因此是最易发生液化的地区。

(2)中等液化区

① 分布于较大的决口扇及决口扇前缘坡地地带,利津县城东—明集乡—大赵乡、东营区胜利乡—董集乡—油郭乡一带。

② 分布于黄河泛流主流带或其边缘地带。宁海乡—垦利县城;陈庄镇—傅窝乡;渤海农场总场东—建林乡—新安乡;义和水库南—河口区。

③ 在滨海低地带内有零星片状分布,五号桩及以东地区;刁口码头东北—孤北水库北部;新户乡以西及以北的近海地带。该区一般位于严重液化区的外围及决口扇顶部位或零星分布于小规模的黄河主流带,饱和粉土、粉砂的粘粒含量较低,固结程度较差,因此是较易发生液化的地区。

(3)轻微液化区

① 分布于古黄河三角洲泛滥平原及决口扇边缘,如下述地带:利津县南宋乡—北宋乡;东营区龙居乡—广饶县陈官乡—丁庄乡。

② 分布于现代黄河三角洲的非黄河泛流主流带区,如下述地带:利津县王庄乡—垦利县胜坨乡;利津县集贤乡—垦利县城东部;河口区太平乡—义和水库。

该区粉土、粉砂的沉积厚度较小,粘粒含量较高,因此液化程度较轻。

(4)非液化区

① 分布于工作区小清河以南的山前冲洪积平原,该区地下水位埋藏深,水位以下的饱和粉土,粉砂密实程度较好,因此不易液化。

② 分布于沿海地带的滨海低地,该区除河口相沉积外,地层粘粒含量较高或以粘性土为主,因此不易液化。

3.软土与盐渍土

(1)软土

软土一般是指天然含水量高、压缩性大、承载力低的一种软塑到流塑状态的粘性土。如淤泥、淤泥质土以及其他高压缩性饱和粘性土、粉土等。黄河三角洲地区地处渤海之滨,具有软土的沉积环境,钻探资料亦证明,区内呈片状分布着软土。

① 软土的划分标准

本次划分软土时采用如下方法:当满足下列条件之一时,并且厚度大于0.50m,将其确定为软土:承载力标准值fk<80kPa;标贯锤击数N63.5≤2;静力触探锥头阻力qc<0.5MPa;流塑状态。

② 软土的空间分布

软土主要分布于区内的东北部滨海地带、河口—刁口码头一带。利津县罗镇—黄河故道西、垦利县下镇乡东部,另外在利津县明集乡—广南水库一线呈不连续片状、碟状分布。

③ 软土的成因及主要物理力学性质

区内的软土具有两种成因:①烂泥湾相沉积:在历次河口的两侧,沉积的以细粒成分为主的土层,一直处于饱和状态,排水固结过程进展缓慢,所以土的力学性质很差。颜色以灰褐色为主,流塑态,土质细腻,岩性以粉质粘土为主,夹粉土和粘土薄层。②滨海湖沼相沉积:颜色以灰—灰黑色为主,有机质含量较高,具腥臭味,为淤泥或淤泥质土。

图4-8地基砂土液化分区示意图

表4-9软土的主要物理力学指标统计表

从表4-9中可以看出:区内软土具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、承载力低的特点,在荷载作用下变形较大,对建筑物极为不利。因此,在工程建设规划时,应尽量避开有软土分布的地区。在无法避开软土的建筑物,应对区内的软土有足够的重视,采取一定的处理措施,对于一般工业民用建筑可采取粉喷桩法进行处理,对于高层重型建筑物应采取深基础,如沉管灌注桩等,以避开软土的不利影响(图4-9)。

(2)盐渍土

当土中的易溶盐含量大于0.5%,且具有吸湿、松胀等特性的土称为盐渍土。区内的盐渍土为滨海盐渍土,按含盐性质则大部分属氯盐渍土,局部为硫酸盐渍土,盐渍土按含盐量可分为弱盐渍土(0.5%~1%),中盐渍土(1%~5%)、强盐渍土(5%~8%)和超盐渍土(>8%),区内的盐渍土主要为弱盐渍土,局部地段有中盐渍土(见图4-10)。

4.3.4工程地基适宜性评价

工程建筑地基适宜性受多种因素的影响,为达到评价结果清晰简洁、合理反映出区内建筑适宜性等级的目的,选用了专家聚类法(亦称总分法)进行评价。评价过程为:首先拟定评价因子,对各评价因子量化、分级并给定各级别的标准分,其次用傅勒三角形法确定各评价因子的权重,然后计算各勘测点单项因子分值和总分值,再按各点的总分值进行分区。最终的评价结果见表4-10、4-11、4-12、4-13。

图4-9软土分布示意图

图4-10盐碱土分布示意图

表4-10一般工业与民用建筑地基适宜性评价方案(评价深度10m)

① 沉降因子

式中:Mi——土层i的厚度;Zi——土层i的埋深;eli——土层i的天然孔隙比。

② D——山前冲洪积平原;D——古黄河三角洲平原;D——现代黄河三角洲平原。

表4-11一般工业与民用建筑地基适宜性评价分区说明表

表4-12高层重型建筑物地基适宜性评价方案(评价深度25~30m)

表4-13高层重型建筑物地基适宜性评价分区说明表

一般建筑、高层建筑物地基适应性评价分区见图4-11、4-12。

图4-11一般建筑物地基适宜性评价分区示意图

图4-12高层建筑物地基适宜性评价分区示意图

⑹ 中国沿海全新世软土的工程地质特征

随着我国全新世的环境和海岸演变研究的加强,详细的第四纪研究资料不断出现。目前要紧的是将工程地质研究与第四纪研究有机地结合起来,以加深对沿海软土的认识,从而更好地为国家建设服务。

一、软土的概念

软土的概念或判别是新中国成立以后在工程地质界和土力学界逐步形成的,它是以形成的地质过程和存在的物理状态两个方面加以规定的,且后者是主要的。《软土地区工程地质勘察规范》( 1992)对软土的规定具体化为3条:①外观以灰色为主的细粒土;②天然含水量大于或等于液限;③ 天然孔隙比大于或等于1.0。《岩土工程勘察规范》(1995)将软土规定为“天然孔隙比大于或等于1.0,且天然含水量大于液限的细粒土应判定为软土,包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等,其压缩系数宜大于0.5M Pa-1,不排水抗剪强度值小于30K Pa。”这两本规范对软土在概念和判别上的规定基本一致,但也有微小的差别。从物理力学指标看,前者指出了天然含水量不仅大于液限,也可等于液限;后者指出了力学指标,但说得灵活,只是“宜”,而它的两项物理指标则是必须满足的判定指标。从地质因素来看,前者指出了以灰色为主的细粒土的外观特征来显示沉积环境;后者直接使用了淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等的地质名词。这里需要讨论一下软土与淤泥、泥炭两类名词的概念及其相互关系。软土是土力学、工程地质学上的一个名词,淤泥、泥炭是沉积岩石学上的一个名词,两者既有区别又有联系。两者的区别在于两个学科的研究目的和任务不同,一个主要研究地质体的强度和变形等特征;另一个主要研究地质体的成分和结构等特征:联系在于它们都是研究同一个地质体,在浅层的条件下,两个名词几乎指的是同一东西,大体上可以互相预示。也正是这种预示,才能架起工程地质研究和第四纪研究的桥梁。

二、沿海全新世软土的分布

赵希涛教授在《中国沿海全新世海面变化的基本特征》一文中有关泥炭层的一段:“在我国沿海地区与近岸陆架地区下数米或二三十米,往往发现全新世潟湖相或与海水有某种水力联系的湖沼相(或河漫滩洼地型)泥炭或富含有机质淤泥。它们紧贴第一海相层之下或之上分布,上、下泥炭层向陆逐渐合一。下泥炭层多形成于距今10000~8000a间,上泥炭层多形成于距今5000~2000a间,在海侵影响区之外,全新世泥炭发育时期几乎连续,而以中全新世发育最好”。这里指的泥炭或富有机质淤泥,以及第一海相层都可初步判别为软土,可见沿海全新世的软土分布较广,成因和地层也多样。这些第四纪地质研究成果可作为工程地质研究的基础。

三、沿海全新世软土的工程地质

1.一般物理力学性质指标

淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等一般可初步判别为软土,但最终判定还要靠物理指标。因此,将我们多年来在编制规范过程中所积累起来的工程地质资料,主要是生产实践资料,结合我们能够掌握的第四纪地质资料,经过分析和判断,列出我国沿海全新世软土的一般物理力学指标(表1),供建设中参考。

表1 中国沿海全新世软土一般物理力学指标

2.全新世沉积物的工程地质特点

早全新世甚至晚更新世已有软土存在。但中全新世是暖期,有利于软土的发育,是形成软土的主要时期,且其距今较近,地层埋藏甚浅,是工程建筑经常作用的不良地层。至晚全新世时,气候变成干凉,在软土之上逐渐形成了一层较密实的地层。这在气候带的变迁下,在东北、华北、华中的沿海一带更为明显,工程界称之为“硬壳层”。此层在地表分布甚广,是沿海地区一层较好的持力层,“轻基浅埋”就是针对这种地层的特点总结出来的经验。所谓轻基就是基础及其上部结构物采用轻型结构,浅埋即基础埋置深度应尽量放浅。有时硬壳层很薄,但也不宜全部挖除,可以作为保护层而保留,以防止施工时其下的软土扰动。

四、结语和讨论

1)软土是一种特殊土,在一定的自然条件下形成,具有一定的物理力学性质。如果单以判别指标判定,饱和黄土和饱和红土都可以达到判别指标,但不能成为软土,因为它们形成的地质过程不同,呈现的工程地质特点也不同。用以灰色为主的外部特征来表征软土,会很容易将具有同样物理指标的以黄色为主的饱和黄土和以红色为主的饱和红土迅速区别开,这对软土的判别无疑是有意义的。

2)中全新世软土,因其埋藏甚浅,是工程建筑普遍作用到的不良地层。由于其压缩性高,透水性低,具有触变性、流变性和不均匀性,除应正确判别沉积物、评价其具体特点外,更重要的是如何将其改良加固,以满足工程建设的需求。晚全新世的沉积物,覆盖在地表,与工程建筑的活动更加密切。由于它是一层中压缩性或低压缩性的黏质砂土等较密实的地层,它不仅能够作为一层较好的持力层,而且可以作为保护层,以免其下的软土扰动、丧失软土的结构强度和出现稀释状态。

3)沿海的第四纪研究,对软土的工程地质意义重大。随着测年资料的增多、古环境的重建,第四纪研究成果会有效地应用于工程建设中。以往沿海软土的工程地质研究,因生产要求的时间紧迫,常习惯于用工程措施,深入考虑第四纪地质较少,常造成不必要的损失和遗憾。两者的相互结合和渗透定会产生好的效果。

参考文献

[1]建设部.1992.软土地区工程地质勘察规范.北京:中国建筑工业出版社.

[2]建设部.1995.岩土工程勘察规范.北京:中国建筑工业出版社.

[3]赵希涛.1984.中国沿海全新世海面变化的基本特征.中国海岸演变研究.福州:福建科学技术出版社.

[4]孙更生,郑大同.1984.软土地基与地下工程.北京:中国建筑工业出版社.

(本文原载:《中国应用第四纪研究——全国第二届应用第四纪学术会议论文集》,成都:成都科技大学出版社,2000年5月,94~97页)

⑺ 软土的工程地质问题防治措施有哪些

软土的工程地质问题和防治措施软土地基的变形破坏主要是承载力低,地回基变形大或发生答挤出,造成建筑物的破坏。且易产生不均匀沉降。在软土地基设计中,经常采取以下措施:1. 轻基浅埋; 2. 减小建筑物作用于地基的压力; 3. 侧向约束地基土,在四周打板桩基础; 4. 设置反压护道; 5. 若软土层<2m,可采用换土法;6. 另外,还有其它的一些方法,如:砂井、排水砂垫层、爆破排淤、石灰砂桩、柴排、电渗排水等。在软土地区修建铁路,主要存在地基的沉降和地基的稳定性问题。

⑻ 编制《软土地区工程地质勘察规范》的背景和名词

一、背景

为了更好地了解和掌握《软土地区工程地质勘察规范》,需要简单追溯一下我国有关建筑方面的工程地质、岩土工程和地基基础等规范的编制背景和过程,这样可以从历史和从较广阔的视野来认识本规范编制的一些基本情况。

新中国成立以前,我们国家没有工程地质规范,没有岩土工程规范,没有地基基础规范。盖房子,洋的用洋办法,像大都市的建筑,如上海的国际饭店等,是外国人盖的;土的用土办法,像广大的村镇建筑,是散布在各地的能工巧匠盖的,称为没有建筑师的建筑;也有不洋不土,或土洋结合的,像中小城市的建筑等,是当时的土木工程师和建筑师盖的。不论洋的土的,或土洋结合的,都没有形成条文的形式,更没有形成规范规程。

新中国成立以后,随着社会主义建设的需要,建设工程得到了蓬勃的发展。20世纪50年代苏联来了许多建筑工程专家,也带来了苏联的建筑法规,如127—55地基基础规范,6—48黄土(大孔土)建筑规范,我们自己没有,自然要用人家的,但用的过程中也要思考,也要注意调查研究,注意总结经验教训。为什么我们这样做呢?因为这样做是符合毛泽东思想的,国外的一些学说、理论和经验必须与我国的具体实践相结合,才能取得成功,国外的一些工程地质学、土力学和岩土工程学的某些理论和方法,某些规范规程,当用到我国的建筑工程时,也必须与我国的具体实践相结合,才能取得成功。因此,我们一方面在无自己规范的情况下,借用苏联的规范;另一方面在用的过程中总结经验教训,开展科学研究工作。

由于国家的战略需要,20世纪50年代主要建设大西北,西北是黄土地区,1955年国家科委将黄土作为研究重点项目,组织各方面的力量进行研究,其中编制黄土地区建筑规范的任务就下达到当时的建筑工程部,具体由部属的建筑技术研究所土壤组承担。1955年我从南京大学地质系水文地质工程地质专业毕业后,就被分配到建筑工程部建筑技术研究所的土壤组工作,在黄强先生主持下,参加黄土地区建筑规范的研究和编制工作,这个研究所就是现在的中国建筑科学研究院的前身,这个土壤组就是现在的地基基础研究所的前身。由于工作的指导思想明确,既要掌握世界先进的理念和方法,又要抓住我国的特点不放,经过几年的调查研究和重点地区的试验研究,点面结合,在20世纪60年代初就基本完成了,但国家正式批准在1966年,它名为《湿陷性黄土地区建筑规范》,这是我国第一本规范,第一本综合性的规范,内容包括勘察、设计、施工和维护。在编制过程中,大孔土(湿陷性黄土)的学者,阿比列夫.Ю.M.曾作为苏联专家到中国来,他坚持他的,在中国用他的就行,但我们还是按照我国实际情况,加以编制,加以规定。

1960年,随着全国普遍建设的需要,除黄土外,针对其他地基土的勘察、设计、施工的规范也需要编制,在当时的建筑工程部系统,工程地质勘察规范由建筑工程部综合勘察院负责草拟了若干条,我参加过几次讨论,地基基础设计规范由我们地基基础研究所负责,开了协作会,制定了协作计划,为了抓我国地基土的特点,在计划中列出了“中国区域建筑条件的研究”,由我负责协调各单位的研究,我曾到西南、中南、华东等地做地基土的调查,但因许多原因,特别是受“文化大革命”的影响,建筑业的工程地质勘察规范和地基基础的设计规范都未在60年代编成,只有地基基础工程施工及验收规范,在上海建委的主持下,经各协作单位,包括我们地基基础研究所参加人员的努力,于1966年完成了我国第一本《地基基础工程及验收规范》。

到了20世纪70年代,在基本建设中,地基基础方面出了不少问题,国家建委这时下文进行地基基础设计规范和工程地质勘察规范的编制,由国家建委建筑科学研究院会同有关单位于1971~1974年完成了《工业与民用建筑地基基础设计规范》的编制,由河北省革命委员会基本建设委员会会同有关单位于1973~1977年完成了《工业与民用建筑工程地质勘察规范》的编制。这样,我国的建筑行业有关一般土的地基基础方面的勘察、设计和施工的规范都有了。以后这些规范在20世纪80年代,为了适应新的要求,都作了修订,现在大家要执行的是它们的修订本。

由于建设大西南,建设大三线,这个时候,作为特殊土的膨胀土地基,也引起了建筑工程界的重视,由国家建委于1978年下达任务,由城乡建筑环境保护部会同有关部门编制《膨胀土地区建筑技术规范》,它是在20世纪70年代编成的《膨胀土地区建筑技术规定》的基础上,经其修订后编制成的,在1988年才批准为正式规范,这个规范的内容包括勘察、设计、施工和维护,也是综合性的。

随着国家的改革开放,发展沿海战略,作为特殊土的软土也提到了日程上来。1986年由城乡建设环境保护部下文,由中国建筑科学研究院主编《软土地区工程地质勘察规范》,具体就落到我的身上,于是会同上海勘察院、天津市勘察院和天津市规划局等单位的科技人员共同编这本规范,他们长期在软土地区工作,有着丰富的经验和资料,我们地基基础研究所在20世纪60年代也有一个软土组进行软土地基的调研,积累了一定的经验和资料,更重要的是在编制组成立以后,我们进行了大量的调查研究,从东北的辽宁到南方的广西的11个沿海省、自治区和直辖市都进行了软土的调查研究,完成了初稿、征求意见稿和送审稿,经过5年,最后完成了这本规范。

在20世纪80~90年代完成的建筑方面的规范,还有《建筑地基处理规范》和《建筑桩基规范》等,其他如建筑规程和地方的地基基础规范规程就更多了。

从以上对有关建筑地基基础规范的编制背景和过程来看,可以看到以下3点:

1)规范是国家根据一定时期的发展战略而编制的。由特殊土的编制情况看,从建设大西北的《湿陷性黄土地区建筑规范》、建设大西南的《膨胀土地区建筑技术规范》到发展沿海战略的《软地地区工程地质勘察规范》的编制过程来看,是很清楚的。其他的规范也是如此。

2)作为特殊土的《软土地区工程地质勘察规范》与其他两本特殊土的规范,如《湿陷性黄土地区建筑规范》和《膨胀土地区建筑技术规范》是不同的,它们都是综合性的,而本规范是专业性的,只指勘察,且与一般地基土的《岩土工程勘察规范》、《建筑地基基础设计规范》和《地基基础工程施工及验收规范》有密切的关系。本规范是从原《工业与民用建筑工程地质勘察规范》中独立出来编制的,是勘察规范,而软土地基基础的设计仍留在《建筑地基基础设计规范》内,软土地基基础的施工,如降水、桩基,地下连续墙等,仍是《地基基础工程施工及验收规范》的主要内容。因此,作为特殊地基土的软土,如果要想与其他特殊地基土一样,成为综合性的建筑规范,也就是把软土地区的勘察、设计、施工和维护综合在一起,成为一个科学的体系,还有很远的路要走。

3)本规范虽然目前只指勘察,但它已经不是传统的勘察,是工程建筑工作的一个阶段,只提供工程地质资料,而是包括了评价、探测、施工降水等工作,服务于工程建设的全过程,已经有一定的综合性了,这些内容和情况,在介绍正文时,将会讲到。

二、名词

1.软土

软土或者淤泥是一种特殊的地质地理现象,一种特殊的地基土,《岩土工程勘察规范》的判定是“天然孔隙比大于或等于1.0,且天然含水量大于液限的细粒土应判定为软土,包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等,其压缩系数宜大于0.5M Pa-1,不排水抗剪强度宜小于30kPa。”软土这一名词,最初是人们在工程实践中产生的,是顾名思义的产物,就是软弱的意思,那么软弱到什么程度呢?就是《岩土工程勘察规范》中的力学标准。《建筑地基基础设计规范》的判定是“淤泥应为在静水或缓慢的流水环境中沉积,并经生物化学作用形成,其天然含水量大于液限,天然孔隙比大于或等于1.5的黏性土,当天然孔隙比小于1.5但大于1.0的土应为淤泥质土。”本规范的判别简化成3条:①外观以灰色为主的细粒土;②天然含水量大于或等于液限;③天然孔隙比大于或等于1.0。这3本规范在概念或判别上是基本一致的,但也有一些微小的差别,且主要是表达上的差别。从物理指标来看,共同点,3个规范都规定了天然含水量大于液限,天然孔隙比大于1.0。差别点,《岩土工程勘察规范》指出了力学指标,但说得灵活,只是“宜”。《建筑地基基础设计规范》中将天然孔隙比1.0~1.5,称为淤泥质土,1.5以上称为淤泥。本规范在天然含水量上不仅是大于液限,也可以等于液限,判别一般用物理指标,而评价则要用力学指标,虽然《岩土工程勘察规范》列上了力学指标,只是“宜”,而前面的物理指标就成了判定指标。从地质因素看,《岩土工程勘察规范》指出了软土包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土,以淤泥、泥炭显示沉积环境,并将软土与淤泥直接联系起来给出。《建筑地基基础设计规范》指出了淤泥应在静水或缓慢的流水中沉积,并经生物化学作用形成,是直接说出了沉积环境,但没有说出软土。本规范以灰色为主的外观特征来显示沉积环境,没有说出淤泥。在这里需要讨论一下软土和淤泥两个名词的概念及其相互关系,软土是工程地质学、土力学上的一个名词,淤泥是沉积岩石学上的一个名词,两者既有联系又有区别,联系在于它们都是研究同一个地质体,大体上可以互相显示,区别在于两个学科的研究目的和任务不同,一个研究地质体的强度和变形等工程特征;另一个研究地质体的成分和结构等矿产特征,每个学科都有自己的体系,因此,两个名词又不宜混淆,需要加以区别。

2.地区

地区是空间在地球表面的表现,是一种普遍的地质地理现象,在地球表面有各式各样的地质地理特征,如果以构成地区的各种不同的地质地理特征来考察地区,那么不同的地质地理特征就构成不同的地区。

3.软土地区

软土或者淤泥的地质体或岩土体,它一方面是具有一定物理力学性质,一定物质成分和组织结构的自然体系;另一方面又是在地质历史过程中形成,且在自然和人为因素影响下,不断改变的自然地质体,占有一定的空间,因此,由软土占有的空间就是软土地区。为什么要讲软土地区呢?是为了说明编制规范过程中的一个问题。在我年轻时参加《湿陷性黄土地区建筑规范》的编制,中年时参加《膨胀土地区建筑技术规范》的编制,以及这次主编《软土地区工程地质勘察规范》时,都会出现这样的问题,称某种土的规范名称,或某种土地区的规范名称,争论不休。一些人认为称某种土的规范就行了,比较简明;另一些人又则认为,采用某种土的规范不全面,容易把地质体作为一种材料去理解,单从力学去考虑,忽视地质因素,如果在土的后面加上地区两个字就全面了,因为地区是地质地理现象的表现,是地质体,称某种土地区的概念,也就包括了力学和地质学的内容。争论的结果,后一种意见占了上风,湿陷性黄土的膨胀土的规范都采用了称某种土地区的规范,而不称某种土的规范。因此,我们在编制本规范时,也出现过这样问题的讨论,最终我们与其他特殊土一样,采取了《软土地区工程地质勘察规范》的名称。

4.工程地质

在编制本规范的过程中,在征求意见稿时,曾有人提出将《软土地区工程地质勘察规范》改成《软土地区岩土工程勘察规范》的意见,我们也作认真考虑,这里就指出什么是工程地质?什么是岩土工程?它们之间又是什么关系?

工程地质是地质学一个应用的分支,是一门研究与工程建筑有关的地质体问题的学科,也可以说是研究地质环境与工程建设相互作用、相互适应的学科。

岩土工程是土木工程学的分支,是一门研究与工程建设有关的岩土体问题的学科,也就是说研究岩土的环境与工程建设相互作用、相互适用的学科。

它们之间的关系就容易理解了,岩土体与地质体基本上是一个东西,岩土体的问题,也就是地质体的问题。因此,工程地质学和岩土工程学为工程建设服务最终目的和任务是一致的,只是学科发展的起点,一个从地质向工程走,另一个从工程向地质走,各有自己的知识优势,只有两个优势相加,渗透并融合了,才会有好的效果,才能创造出优异的成绩。我们认为,用工程地质可以,用岩土工程也可以,关键是内容,我们最后没有改,采用了工程地质,这里顺便说一下,还有一个行政的原因,1986年下达编制任务时,是工程地质,要改的话要打报告,会推迟时间,因为改的意义不大,就不做虚工了。

5.勘察

勘察就是为满足某一目的和任务所做的调查研究。包括考察、勘探、钻探、试验、观测等。

6.规范

规范是明文规定的标准,如道德规范、技术规范等,属于标准化学科的范畴。标准化学科目前发展很快,国家非常重视,它是一门横向综合性学科,横跨自然科学和社会科学,渗透到需要统一技术标准的各部门、各行业和各方面,自然也需渗透到建设部门。通过工程建设标准的制订,包括本技术规范的制订,使建设部门的工作会建立起最佳的秩序,实现最佳的技术结合和取得最佳的社会经济效果。

标准化学科的特征是什么,也就是规范的特征是什么,有下列几点:

1)政策性,标准规范是根据国家一定时期科学、技术、经济的发展水平和资源、自然条件等情况,并考虑当前与长远的需要而制订的,它具有政策性和指导性。《软土地区工程地质勘察规范》就是根据国家发展沿海战略的需要,沿海有广泛的软土分布,以及软土地区在工程建设中已有一定的科技水平和实践经验的基础上,由城乡建设环境保护部下达任务而编制的,它是在政策的指导下产生和发展的,它自然具有政策性和指导性。

2)抽象性,任何标准规范都是对大量同类事物特性的抽象概括,标准规范本身是科技成果和实践经验的结晶,制订标准规范的过程就是科学的反映过程,制订一个标准规范要做大量的调查研究和科学试验的验证工作,以使标准规范能建立在科学的基础上,通过认真地执行标准规范,抽象的标准规范就能转化为物质的工程建设的产品。

3)技术性,标准规范的对象绝大部分是技术性的事物。本规范就是技术性的,方法的标准化占有很大比例,如钻探方法、取土方法、试验方法、评价方法等。

4)经济性,一项技术要订为标准规范,不仅要技术先进,还要经济合理,国家的标准规范,将给全国带来最佳的经济效果,本规范也一样,如果认真执行,对软土地区的工程建设在克服保守、反对冒进方面,也会带来显著的社会经济效益。

5)约束性,标准规范的产生需要经过一定权威机构的提出和批准。国家的对全国有约束性,地方的对地方有约束性,企业的对企业有约束性。

6)连续性,标准规范是一代一代往下延传的,每一代的标准规范都是通过整理、选优、固定、简化工作对策,从混乱、重复、低效的状态达到科学合理的统一,每一代标准规范一旦确定下来,就要稳定一段时间。当它随着科学技术水平的提高,落后于生产技术发展时,就要在原有的基础上修订出新一代标准规范,只有通过及时修订,才能保证标准规范的先进性,发挥其对科学技术和国民经济的促进作用。

(本文是作者于1996年4月8日在山东省烟台市举办的“软土地区工程地质勘察规范”的讲习班上,讲课的前言部分)

⑼ 工程地质知识:软土地基的处理方法有哪几种

软土的工程地质复问题和防制治措施软土地基的变形破坏主要是承载力低,地基变形大或发生挤出,造成建筑物的破坏。且易产生不均匀沉降。在软土地基设计中,经常采取以下措施:1. 轻基浅埋; 2. 减小建筑物作用于地基的压力; 3. 侧向约束地基土,在四周打板桩基础; 4. 设置反压护道; 5. 若软土层<2m,可采用换土法;6. 另外,还有其它的一些方法,如:砂井、排水砂垫层、爆破排淤、石灰砂桩、柴排、电渗排水等。在软土地区修建铁路,主要存在地基的沉降和地基的稳定性问题。

⑽ 软土工程地质

软土是指天然含水量大、压缩性大、承载力低的一种软塑到流塑状态的黏性土;如淤泥、淤泥质土以及其他高压缩性饱和黏性土、粉土等。黄河三角洲地处渤海之滨,具有软土的沉积环境,钻探资料也表明区内呈片状分布着软土。

(1)软土的划分标准

本次划分软土采用如下标准:当满足下列条件之一时,并且厚度大于0.50m,将其确定为软土层。

1)承载力标准值fk<80kPa;

2)标贯锤击数N63.5≤2;

3)静力触探锥头阻力qc<0.5MPa;

4)流塑状态。

(2)软土的空间分布

利用工程地质钻孔资料和相应试验数据的分析,圈定出软土的分布范围及埋藏条件,绘制软土分布图(图4.4)。

软土主要分布于黄河三角洲东北部滨海地带、河口—刁口码头一带、利津县罗镇—黄河故道西、垦利县下镇东部,另外在利津县明集—广南水库一线呈不连续片状、碟状分布。

(3)软土的成因及主要物理力学性质

研究区软土具有两种成因:

1)烂泥湾相沉积:在历次河口的两侧,沉积的以细粒成分为主的土层,一直处于饱和状态,排水固结过程进展缓慢,所以土的力学性质很差。颜色以灰褐色为主,流塑态,土质细腻,岩性以粉质黏土为主,夹粉土和黏土薄层。

图4.4 黄河三角洲软土分布图

2)滨海湖沼相沉积:颜色以灰—灰黑色为主,有机质含量较高,具腥臭味,为淤泥或淤泥质土。

黄河三角洲地区软土的主要物理力学指标统计结果见表4.5,可以看出:区内软土具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、承载力低等特点,在荷载作用下变形较大,对建筑物极为不利。因此,在工程建设规划时,应尽量避开有软土分布的地区。在无法避开软土的情况下,应对区内的软土有足够的重视,采取一定的处理措施。

表4.5 软土主要物理力学指标统计表

注:e—孔隙比,无量纲;IL—液性指数,无量纲。

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