软土常见的工程地质问题有哪些
A. 简述软土地基的工程问题主要有哪些
以下内容均为引用,成果不归本人,希望对您的提问有所帮助
软土地基处理方法概述
杜艳花(中交一公局第五工程有限公司京密项目部)
摘要:本文介绍了软土及软土地基的定义及特点,探讨了软土地基在公路工程中造成的危害,并介绍了几种软土地基的处理措施,对软土地基的施工具有一定的指导意义。
关键词:软土地基 喷粉桩法 土工格栅 换土垫层法
改革开放以来,我国的公路运输事业经历了一次前所未有的发展机遇,取得了辉煌的成就。随着国民经济的发展,公路对经济的发展产生了越来越大的影响,也越来越受到国家的重视。虽然东南沿海地区的高速公路建设水平居国内前列,但是软土路基公路病害也时有发生。尤其桥头跳车现象严重,影响高速公路使用功能。由于桥头与路堤沉降差异太大,造成行车事故,不得不反复根治,不仅耗费资金,还造成严重的社会影响。为了保证道路的安全运行,对软土路基进行处理就显得尤为重要。
1 软土及软土地基
1.1 软土
软土是指滨海、湖沼、谷地、河滩沉积的天然含水量高、孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低的细粒土。具有天然含水量高、天然孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低、固结系数小、固结时间长、灵敏度高、扰动性大、透水性差、土层层状分布复杂、各层之间物理力学性质相差较大等特点。
1.2 软土地基
我国公路行业规范对软土地基未作定义。日本高等级公路设计规范将其定义为:主要由粘土和粉土等细微颗粒含量多的松软土、孔隙大的有机质土、泥炭以及松散砂等土层构成。地下水位高,其上的填方及构造物稳定性差且发生沉降的地基。日本规范还对软土地基做了分类,提出了类型概略判断标准。在给出软土地基定义时指出:软土地基不能简单地只按地基条件确定,因填方形状及施工状况而异,有必要在充分研究填方及构造物的种类、形式、规模、地基特性的基础上,判断是否应按软土地基处理。
2 软土地基在公路工程中造成的危害
(1) 勘察设计不详细或不准确,导致对应该做软基处理的地段未做处理设计。
(2) 已知是软土地基,但是未做好软土地基处理,造成路堤失稳或危及线外建筑物。
(3) 虽然做了软土地基处理,但是措施不力,施工不当造成路堤失稳。
(4) 堆料不当,未按规定分层填筑,填土过快,碾压不当,造成路堤失稳。
(5) 扰动“硬壳层”或填筑不当,使“硬壳层”遭受破坏,导致路堤失稳。
3软土地基的处理方法
地基处理的方法很多,高速公路软基处理与其它如房建等地基处理相比,有其自身的特点。一般处理路基的地质稳定问题从以下几个方面进行考虑:
(1)改善剪切特性
路基的剪切破坏以及在土压力作用下的稳定性取决于路基土的抗剪强度。因为了防止剪切破坏以及减轻土压力,需要采取一定措施以增加路基土的抗剪度。
(2)改善压缩特性
需采取措施提高地基土的压缩模量,以减少地基土的沉降。
(3)改善透水特性
由于是在地下水的运动中所出现的问题,因此,需要采取措施使地基土变成不透水或减轻其水压力。
(4)改善动力特性
地震时饱和松散粉细砂(包括一部分粉土)将会产生液化,因此,需要采取某种措施避免地基土液化,并改善其振动特性以提高地基的抗震性能。
(5)改善特殊土的不良地基的特性
主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩性等特殊土的不良地基特性。
地基处理的方法可以从不同角度来分类,一般是根据地基处理的原理来进行分类,大致可以分为以下几种方法。
3.1换土垫层法
当软弱土地基的承载力或变形满足不了设计要求,而软弱土层的厚度又不是很大时,将基础地面下处理范围内的软弱土层部分或全部挖除,然后分层换填强度较大的砂或其它性能稳定、无侵蚀性的材料,并压实至要求的密度为止,这种地基处理方法称为换土垫层法,简称为换填法。它适用于处理淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基。
换填法的加固机理是:将软弱土层利用人工、.机械或其他方法清除,分层置换强度较高的砂、碎石、素土、灰土以及其他性能稳定和无侵蚀性的材料,并夯实(或振实)至要求的密实度。对软土厚度小于3米的情况,一般可采用全部挖除换填的方法。对厚度大于3米的情况,通常只采取部分挖除换填的方法。全部挖除换填从根本上改善了地基,不留后患,效果最佳,是最为彻底的措施。当高速公路路线通过的软弱土层位于地表、厚度较薄(小于3米)且呈局部分布的软土或泥沼地段,常宜采用全部挖除换填法处理地基。
此种方法又可以分为:机械换土法、爆破挤淤法、抛石挤淤法、砂垫层法。
3.2强夯法
强夯法是20世纪60年代末、70年代初首先在法国发展起来的,国外称之为动力固结法,以区别于静力固结法。它一般是用50吨左右的强夯机,将大吨位(100~400KN)的夯锤起吊到6~40米的高度自由落下,对地基土施加强大的冲击能,在地基土中形成冲击波和动应力,使地基土压密和振密,以加固地基土,达到提高强度、降低压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性目的。
强夯法主要适用于加固砂土和碎石土、低饱和度粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。因其加固效果显著,设备简单,施工方便、快捷,经济易行和节省材料,有利于环境保护等特点,很快传到世界各地
3.3约束法
在路堤两侧坡脚附近打入木桩、钢筋混凝土桩或者设置片石齿墙等,可限制基底软土的挤动,从而保证基底的稳定。地基在实行侧向约束后,路堤的填筑速度可不加控制,且较反压护道节省土方,少占耕地,但需耗费一定数量的三材,成本较高。此法适用于软土层较薄、底部有较硬土层且施工期紧迫的情况,下卧层面具有横向坡度时尤其适合。
3.4土工织物加固法
通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等,使这种人工复合的土体,可承受抗拉、抗压、抗剪或抗弯作用,以提高地基承载力,减少沉降和增加地基的稳定。它适用于各种软弱地基。
加固法的基本原理是通过土体与筋体间的摩擦作用,使土体中的拉应力传递到筋体上,筋体承受拉力,而筋间土承受压应力及剪应力,使加筋土中的筋体和土体能较好发挥各自的作用。
常见的土工织物有土工格栅、土工带及土工格室,其中土工格室除了能够像土工带和土工格栅一样,能延缓或者切断地基破坏的滑动面,从而使地基承载能力提高。而且,土工格室能对处于格室内的土粒给予三维约束,,使土粒与格室成为一个刚度远大于地基的整体,它能较好分布施加在它上面的荷载,使地基受力较为均匀,从而提高地基承载力。
3.5粉喷桩法
粉喷桩法,是用特制的设备和机具,将加固剂粉体材料(水泥或石灰)通过压缩空气的传送,与地基土强行拌和,使之产生充分的物理、化学反应后,形成一定强度的桩体(简称粉喷桩)。这是一种改善土质,提高地基强度的软土地基加固方法,可以广泛地适用于淤泥质土,杂填土,软粘土等地基加固。
粉喷桩处理软基属于深层搅拌法中的一种,它是利用压缩空气向软弱土层中输送石灰、水泥等粉状加固料,使其与原位软弱土混合、压密,通过加固料与软弱土之间的离子交换作用、凝聚作用、化学结合作用等一系列物理化学作用,使软弱土硬结成具有整体性、水稳性和一定强度的柱状加固土,它与原位软弱土层组成复合地基,提高软土地基承载力,减少地基沉降量。
3.6高压喷射注浆法
我国简称为高喷法或旋喷法,这种方法是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻到设计深度的土层,将浆液或水从喷嘴中高压喷射出来,形成喷射流冲击破坏土层。当能量大、速度快呈脉动状的射流,其动压大于土层结构强度时,土颗粒便从土层中剥落下来,一部分细颗粒随浆液或水冒出,其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力等力的作用下,与浆液搅拌混合,并按一定的浆土比例和质量大小,有规律的重新排列,浆液凝固后,便在土层中形成一个固结体,可提高地基承载力,减少沉降,还可起到支挡与防渗的作用。它适用于淤泥、淤泥质土、粘性土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基。
3.7轻质路基粉煤灰处理法
粉煤灰是一种质轻、多孔隙、颗粒均匀、具有一定水稳性的无粘性材料。由于粉煤灰中含有一定量的CaO,SiO2,MgO等成份,它们在粉煤灰水化过程中体积产生膨胀,可利用这一膨胀率来增加软基加固效果。其路用性能满足公路中的技术要求。
Ø 粉煤灰重量轻,最大干容重1.19/耐左右,比一般土的最大干容重轻40%左右,在软土路基上填筑粉煤灰时,可有效地减轻路堤重量,减少路基沉降及工后沉降量,从而影响路基处理方案,降低地基处理费用。
Ø 粉煤灰强度高、磨擦系数大,在路面设计时,由于粉煤灰提高了软土的回
弹模量值,相应减薄路面设计厚度。
Ø 击实试验表明,粉煤灰和软土混合物具有更好的干密度,含水量和最大干
密度的关系曲线较平缓,更利于在野外的施工
3.8水泥土搅拌法
是通过搅拌机械将水泥或(石灰)等材料与地基的软土搅拌成桩柱体,这种桩柱体成为水泥粘土桩、石灰粘土桩或某胶结物粘土桩,它具有一定的强度和水稳性。搅拌桩柱体与四周软土组成复合地基,可以提高地基承载力、提高地基强度、增大地基变形模量。因此,经搅拌法加固的软弱地基能提高地基承载力,减少地基沉降,阻止水体流动,增强地基的稳定性,还能阻止地下水的渗透。水泥土搅拌法分为深层搅拌法(湿法)和粉体喷搅法。
处理正常固结的淤泥、淤泥质土和含水量较高的粘性土、粉土等软土地基,用于处理泥炭土或地下水具有侵蚀性时宜通过试验确定其适用性。
在软土地基上修筑公路和桥梁并不都会发生问题、只要设计和施工措施得当,就可以保证路堤、桥梁的稳定和使用效果。软土地基上路堤的设计与施工方案,应结合当地工程地质条件、材料供应、投资环境、工期要求和环境保护等因素,按照因地制宜、就地取材、分期修建、综合处治的原则进行充分论证,使设计和施工方案达到技术上先进、经济上合理。
软土地基的处理方法很多,总之,软土地基处理的目的是增加地基稳定性,减少施工后的不均匀沉陷,所以施工的技术人员必须意识到软土地基的危害性,坚决以数据说话,认真测定基底的承载力,并根据不同的地质情况,不同的投资和工期要求,采用切实可行的处理方案,同时一定要采集桥涵施工后的工后沉降数据,积累经验,为今后的施工打下坚实的基础。
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B. 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
C. 软土地区会出现哪些工程地质问题
凹陷,塌方,泥石流。
D. 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。
E. 精选:软土基坑的主要地质问题有哪些
基坑整体稳定性,基底隆起稳定性
F. 一级建造师复习资料:软土基坑的主要地质问题有哪些
软土基坑工程地质问题主要包括两个方面:土质边坡稳定和基坑降排水。
在软专土基坑施工中属,为防止边坡失稳,保证施工安全,通常采取的措施有:采取合理坡度、设置边坡护面、基坑支护、降低地下水位等。
软土基坑降排水的目的主要有:增加边坡的稳定性;对于细砂和粉砂土层的边坡,防止流砂和管涌的发生;对下卧承压含水层的黏性土基坑,防止基坑底部隆起;保持基坑土体干燥,方便施工。软土基坑开挖的降排水一般有两种途径:明排法和人工降水。其中人工降水经常采用轻型井点或管井井点降水两种方式。
G. 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。
H. 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内低,地基变形大或发生挤出容,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。
I. 常见的不良地基土有哪些其工程地质问题是什
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。
J. 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。