環(huán)境巖土工程學(xué)課件東南大學(xué)潘華良環(huán)境巖土工程學(xué)概論8人類工程活動造成的環(huán)境巖土工程問題

第8章章人人類類工工程程活活動動造造成成的的環(huán)環(huán)境境巖巖土土工工程程問問題題解決決工程程與與環(huán)環(huán)境境之之間間的的矛矛盾盾的幾點點原原則則：：(1)環(huán)境境補補償償?shù)牡脑瓌t則(2)工程程避避讓讓的的原原則則(3)環(huán)境境治治理理的的原原則則8.1打樁樁對對周周圍圍環(huán)環(huán)境境的的影影響響預(yù)制制樁樁及及沉沉管管灌灌注注樁樁等等擠擠土土樁樁，，在在沉沉樁樁過過程程中中，，樁樁周周地地表表土體隆起起，樁周土土體受到到強烈擠擠壓擾動動，土體結(jié)構(gòu)構(gòu)被破壞壞。探討受打打樁擾動動后樁周周土的工工程特性性，對合合理進行行樁基設(shè)計計具有重要要意義。。8.1.1樁擠土效效應(yīng)的理理論分析析1.小孔擴張張理論塑性區(qū)的的應(yīng)力變化對飽和軟軟土，其其塑性區(qū)區(qū)任一點點的應(yīng)力力兩個方方向(徑向、、切向向)上的總總應(yīng)力力增量量：R--塑性區(qū)區(qū)半徑徑；cu--土的不不排水水強度度；ρ--離樁心心距離離；彈性區(qū)區(qū)的應(yīng)應(yīng)力變化R--塑性區(qū)區(qū)半徑徑；cu--土的不不排水水強度度；ρ--離樁心心距離離；塑性區(qū)區(qū)邊界界上徑徑向位位移、、塑性性區(qū)半半徑及及樁土土界面面的擠擠壓力力Pu--樁土界界面徑徑向擠擠壓應(yīng)應(yīng)力；；cu--土的不不排水水強度度；up--塑性區(qū)區(qū)邊界界上的的徑向向位移移；E--土的彈彈性模模量；；μ--土的泊泊松比比。2.強擾動動區(qū)的的范圍圍當(dāng)土體體確定定后，，土的的力學(xué)學(xué)指標(biāo)標(biāo)E、μ、c、φ不變，塑性性區(qū)半徑與與小孔直徑呈線性關(guān)系系。8.1.3沉樁對周圍圍環(huán)境的影影響(1)噪音的影響響。打樁時柴油油錘產(chǎn)生的的噪音可高高達120dB以上，一根根長樁至少少要錘擊幾幾百次乃至至幾千次。。這對附近近的學(xué)校、、醫(yī)院、居居民、機關(guān)關(guān)等都具有有一定的干干擾作用，，打樁產(chǎn)生生的噪音影影響人們學(xué)學(xué)習(xí)、工作作和休息。。(2)振動的影響響。打樁時會產(chǎn)產(chǎn)生一定的的振動波向向四周擴散散。振動對對人來說，，較長時間間處在一個個周期性微微振動作用用下，會感感到難受。。特別是住住在木結(jié)構(gòu)構(gòu)房屋內(nèi)的的居民，地地板、家具具都會不停停地搖晃，，對年老有有病的人影影響尤大。。在通常情況況下，振動動對建筑物物不會造成成破壞性的的影響。點點振源，迅速衰減,精密機床床、儀器儀儀表的正常常操作有影響(3)擠土效應(yīng)的的影響。樁打入地下時，樁樁身將置換換同體積的的土。因此此在打樁區(qū)區(qū)內(nèi)和打樁樁區(qū)外一定定范圍內(nèi)的的地面，會會發(fā)生堅向向和水平向向的位移。。大量土體的的移動常導(dǎo)導(dǎo)致鄰近的的建筑物發(fā)發(fā)生裂縫、、道路路面面損壞、水水管爆裂、、煤氣泄漏漏：邊坡失失穩(wěn)等等一一系列事故故。上海外白渡渡橋立剖面面圖按樁的擠土土效應(yīng)，樁樁可分為：：排擠土樁如混凝土預(yù)預(yù)制樁、木木樁等；排排土的體積積與樁的外外包體積相相等；非排擠土樁樁排擠土的體體積為零。。如鉆孔灌灌注樁、挖挖孔樁等；；低排擠土樁樁排擠土的體體積小于樁樁的外包體體積，如開開口的鋼管管樁，工字字鋼樁等。。Y型沉管灌注注樁減少擠土影影響的措施施：(1)預(yù)鉆孔取土土打樁。先在打樁的的位置上用用螺旋鉆鉆鉆成一直徑徑不大于樁樁徑2／3、深度不大大于樁長2／3的孔，然后后在孔位上上打樁；(2)設(shè)置防擠孔孔。在打樁區(qū)內(nèi)內(nèi)或在打樁樁區(qū)外，打打設(shè)若干個個出土的孔孔。出土孔孔的數(shù)量可可按擠土平平衡的原理理估算；(3)合理安排打打樁順序和和方向。對著建筑物物打樁比背背著建筑物物打樁的擠擠土效應(yīng)要要不利得多多；(4)控制打樁速速率。打樁速度越越快，擠土土效應(yīng)越顯顯著；(5)設(shè)置排水措措施。促使由打樁樁擠壓引起起的超孔隙隙水應(yīng)力消消散；(6)其他。如設(shè)置防振振溝等等。。加強監(jiān)測。。8.2基坑開挖造造成地面移移動或失穩(wěn)穩(wěn)隨著經(jīng)濟建建設(shè)的發(fā)展展，高層建建筑的基坑坑面積越來來越大，深深度也越來來越深。開挖基坑坑，大量量卸荷，，由于應(yīng)力釋放放，即使有有剛度很很大的支支護體系系，坑周周土體仍仍難于避避免會發(fā)發(fā)生水平平方向和和豎直方方向的位位移。再再由于地下水的的滲流，基坑施施工期長長，坑周周土體移移動對建筑物、道路交通通、供水供氣氣管線、通訊等造成很很大的威威脅。8.2.1深、大基基坑工程程及其環(huán)環(huán)境土工工問題地表沉降降與土層層位移(1)墻體彈性性變位；；(2)基坑卸載載回彈、、塑性隆隆起、降降水不當(dāng)當(dāng)引起的的管涌、、翻砂；；(3)墻外土層層固結(jié)沉沉降；(4)井點或深深井降水水帶走土土砂(也是一種種地層損損失)；(5)墻段接頭頭處土砂砂漏失；；(6)槽壁開挖，地地層向槽內(nèi)變變形。3.地鐵車站深大大基坑的施工工技術(shù)要求(1)撐后挖，留土土堤；(2)對支撐施加設(shè)設(shè)計軸力(30％～70％)的預(yù)應(yīng)力；(3)每步開挖及支支撐的時限tr≤24h；(4)坑內(nèi)井點降水以固結(jié)土體、、改善土性，，減少土的流流變發(fā)展。5.變形監(jiān)控(1)施工工況實施施情況跟蹤觀觀察；(2)日夜不中斷的的現(xiàn)場監(jiān)測與與險情及時預(yù)預(yù)測和預(yù)報；；(3)定量反饋分析析，信息化設(shè)設(shè)計施工；(4)及時修改、調(diào)調(diào)整施工工藝藝參數(shù)；(5)及時提出、檢檢驗、改進設(shè)設(shè)計施工技術(shù)術(shù)措施。6.減少沉降的措措施(1)采取剛度較大大的地下連續(xù)續(xù)結(jié)構(gòu)；(2)分層分段開挖挖，并設(shè)置支支撐；(3)基底土加固；；(4)坑外注漿加固固；(5)增加維護結(jié)構(gòu)構(gòu)入土深度和和墻外帷幕；；(6)盡量縮短基坑坑施工時間；；(7)降水時，應(yīng)合合理選用井點點類型，優(yōu)選選濾網(wǎng)，適當(dāng)當(dāng)放緩降水漏漏斗線坡度，，設(shè)置隔水帷帷幕；(8)在保護區(qū)內(nèi)設(shè)設(shè)置回灌系統(tǒng)統(tǒng)；(9)盡量減少降水水次數(shù)。8.2.2.深基基坑坑開開挖挖對對臨臨近近地地下下管管線線的的影影響響1.地下下管管線線位位移移計計算算地下下管管線線位位移移計計算算可可按按豎豎向向和和水水平平兩兩個個方方向向的的位位移移分分別別計計算算。。(2)地下下管管線線豎豎向向位位移移計計算算沉陷陷區(qū)區(qū)的的豎豎向向位位移移方方程程y(x)：地下下管管線線水水平平位位移移方方程程y(x)8.3軟土土隧隧道道推推進進時時的的地地面面移移動動在軟軟土土地地層層中中，，地地鐵鐵、、污污水水隧隧道道等等常常采采用用盾盾構(gòu)構(gòu)法法施施工工。。盾盾構(gòu)構(gòu)在在地地下下推推進進時時，，地地表表會會發(fā)發(fā)生生不不同同程程度度的的變變形形。。地表的變形與與隧道的埋深、盾構(gòu)的直徑、軟土的特性、盾構(gòu)的施工方法、襯砌背面的壓壓漿工藝等因素有關(guān)。。8.3.1盾構(gòu)掘進中的的環(huán)境問題由于盾構(gòu)掘進進引起地層擾擾動，諸如土土體地表沉降和分層土體移動、土體應(yīng)力、含水量、孔隙水壓力、彈性模量、泊松比、強度和承載力等物理力學(xué)參參數(shù)的變化是是不可避免的的。武警戰(zhàn)士正用用黃沙填堵凹凹陷的地面2003年7月2日凌晨，上海海地鐵四號線線發(fā)生地面沉沉陷事故，樓樓房倒塌，外外灘防汛墻被被破壞。8.3.3盾構(gòu)掘進引起起的土體沉降降機理1.水和泥漿的擾擾動盾構(gòu)經(jīng)過的地地區(qū)，可能引引起地下水含量和和紊流運動狀態(tài)的改變。。2.對不良土層的的影響盾構(gòu)法施工刀刀盤的切削旋旋轉(zhuǎn)振動引起起飽和砂土或砂質(zhì)粉粉土的部分液液化。3.周圍土體應(yīng)力力狀態(tài)的變化化盾構(gòu)掘進對土土體的影響范范圍8.4抽汲地下水引引起的地面沉沉降8.4.1地下水位上升升引起的巖土土工程問題1.淺基礎(chǔ)地基承承載力降低2.砂土地震液化化加劇3.建筑物震陷加加劇4.土壤沼澤化、、鹽漬化5.巖土體產(chǎn)生變變形、滑移、、崩塌失穩(wěn)等等6.地下水位凍脹脹作用的影響響7.對濕陷性黃土土、崩解性巖巖土、鹽漬巖巖土的影響8.膨脹性巖土產(chǎn)產(chǎn)生脹縮變形形8.4.2抽汲地下水產(chǎn)產(chǎn)生的環(huán)境問問題1.地表塌陷2.地面沉沉降3.海(咸)水入侵侵4.地裂縫縫的復(fù)復(fù)活與與產(chǎn)生生5.地下水水源枯枯竭，，水質(zhì)質(zhì)惡化化7.抽汲地下水水出現(xiàn)環(huán)境境問題的現(xiàn)現(xiàn)狀據(jù)最新統(tǒng)計計(中國日報報，2004年7月23日)我國已有有50多個城市市由于過過量的抽抽汲地下下水造成成48655km2的地面沉沉降。8.4.4人工回灌灌與地面面回彈1.回灌對地地面沉降降的影響響抽汲地下下水導(dǎo)致致地面沉沉降，是是由于地下水位位下降，導(dǎo)致孔隙水壓壓力降低低，土中有效效應(yīng)力增增加，地層發(fā)生生壓密變變形的外在表表現(xiàn)?；毓?，則則有利于于穩(wěn)定地地下水位位，并促促使地下水位位回升，使土中中孔隙水壓壓力增大大，土顆粒粒間的接接觸應(yīng)力力減小，，土層發(fā)生生膨脹，從而導(dǎo)致地地面回彈可控控制地面沉降降。在地下水集中中開采地區(qū)，，如滬東工業(yè)業(yè)區(qū)，回灌前前1959年10月至1966年9月，地面累計計下沉0.5～1m，回灌后1965年9月至1974年9月，地面累累計上升18～36mm；同一時期，，滬西工業(yè)業(yè)區(qū)回灌前前地面累計計下沉43～59cm，回灌后地面面累計上升升26～~44mm。申昆毛紡廠廠位于昆山山市區(qū)、長長江三角洲洲沖積平原原。境內(nèi)水網(wǎng)密密集，水利利資源豐富富，主要河河、湖有吳吳淞江、婁婁江、陽澄澄湖、淀山山湖，水面面占全市總總面積22％。。申昆昆毛毛紡紡廠廠自自1989年開開始始已已連連續(xù)續(xù)6年采用深深井回灌灌。如2號井剖面面，孔深深68m以上為粉粉砂、粉粉細砂潛潛水、微微承壓水水含水層層，68m～96m為第一承承壓水，，細砂含含水層厚厚度16m，濾水管位位置73m～89m，承壓水位位埋深7.5m，水溫20℃，出水水量56m3／d申昆毛紡紡廠深井井回灌量量每年2萬t左右，用用水量<1.6萬t，回灌時問問100d～105d。夏灌冬用用井一般般從6、7月份自來來水水溫溫高于25.6℃時開始始回灌，，到9月份水溫溫低于25.6℃時停止止。冬灌夏用用井在12月份自來來水水溫溫低于12.6℃時開始始回灌，，到翌年年3、4月水溫升升至12.6℃停灌。。2號井試驗驗曲線，，夏灌期期回灌水水量2.39萬t，平均水溫溫28.2℃，冬用用期用水水量0.44萬t，平均水溫溫25.4℃，9個月采灌灌期中在在含水層層中溫差差3℃。3號井試驗驗曲線可可以看出出：冬灌灌期回灌灌水量2.03萬t，平均水溫溫9.2℃，夏用用期水量量1.63萬t，平均水溫溫11.4℃，10個月采灌灌期中在在含水層層中溫差差2.2℃。2.地面回彈彈模型的的建立與與求解相對于含含水層(組)的抽水壓壓密過