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(dòng)造成的環(huán)境巖土工程問(wèn)題

第8章章人人類類工工程程活活動(dòng)動(dòng)造造成成的的環(huán)環(huán)境境巖巖土土工工程程問(wèn)問(wèn)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(diǎn)點(diǎn)原原則則：：(1)環(huán)境境補(bǔ)補(bǔ)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(duì)對(duì)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(guò)過(guò)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(qiáng)烈擠擠壓擾動(dòng)動(dòng)，土體結(jié)構(gòu)構(gòu)被破壞壞。探討受打打樁擾動(dòng)動(dòng)后樁周周土的工工程特性性，對(duì)合合理進(jìn)行行樁基設(shè)計(jì)計(jì)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(kuò)張張理論塑性區(qū)的的應(yīng)力變化對(duì)飽和軟軟土，其其塑性區(qū)區(qū)任一點(diǎn)點(diǎn)的應(yīng)力力兩個(gè)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)擾動(dòng)動(dòng)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(duì)周圍圍環(huán)境的影影響(1)噪音的影響響。打樁時(shí)柴油油錘產(chǎn)生的的噪音可高高達(dá)120dB以上，一根根長(zhǎng)樁至少少要錘擊幾幾百次乃至至幾千次。。這對(duì)附近近的學(xué)校、、醫(yī)院、居居民、機(jī)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(dòng)的影響響。打樁時(shí)會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生一定的的振動(dòng)波向向四周擴(kuò)散散。振動(dòng)對(duì)對(duì)人來(lái)說(shuō)，，較長(zhǎng)時(shí)間間處在一個(gè)個(gè)周期性微微振動(dòng)作用用下，會(huì)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(huì)不停停地?fù)u晃，，對(duì)年老有有病的人影影響尤大。。在通常情況況下，振動(dòng)動(dòng)對(duì)建筑物物不會(huì)造成成破壞性的的影響。點(diǎn)點(diǎn)振源，迅速衰減,精密機(jī)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(shí)，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(huì)會(huì)發(fā)生堅(jiān)向向和水平向向的位移。。大量土體的的移動(dòng)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(kāi)開(kāi)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(zhǎng)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(gè)個(gè)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(duì)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(qiáng)監(jiān)測(cè)。。8.2基坑開(kāi)挖造造成地面移移動(dòng)或失穩(wěn)穩(wěn)隨著經(jīng)濟(jì)建建設(shè)的發(fā)展展，高層建建筑的基坑坑面積越來(lái)來(lái)越大，深深度也越來(lái)來(lái)越深。開(kāi)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(hù)體系系，坑周周土體仍仍難于避避免會(huì)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(zhǎng)長(zhǎng)，坑周周土體移移動(dòng)對(duì)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(wèn)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(diǎn)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(kāi)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(duì)支撐施加設(shè)設(shè)計(jì)軸力(30％～70％)的預(yù)應(yīng)力；(3)每步開(kāi)挖及支支撐的時(shí)限tr≤24h；(4)坑內(nèi)井點(diǎn)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(shí)施施情況跟蹤觀觀察；(2)日夜不中斷的的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與與險(xiǎn)情及時(shí)預(yù)預(yù)測(cè)和預(yù)報(bào)；；(3)定量反饋分析析，信息化設(shè)設(shè)計(jì)施工；(4)及時(shí)修改、調(diào)調(diào)整施工工藝藝參數(shù)；(5)及時(shí)提出、檢檢驗(yàn)、改進(jìn)設(shè)設(shè)計(jì)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(kāi)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(hù)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(shí)間；；(7)降水時(shí)，應(yīng)合合理選用井點(diǎn)點(diǎn)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(hù)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(kāi)開(kāi)挖挖對(duì)對(duì)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(jì)計(jì)算算地下下管管線線位位移移計(jì)計(jì)算算可可按按豎豎向向和和水水平平兩兩個(gè)個(gè)方方向向的的位位移移分分別別計(jì)計(jì)算算。。(2)地下下管管線線豎豎向向位位移移計(jì)計(jì)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(jìn)進(jìn)時(shí)時(shí)的的地地面面移移動(dòng)動(dòng)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(jìn)進(jìn)時(shí)時(shí)，，地地表表會(huì)會(huì)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(jìn)中的的環(huán)境問(wèn)題由于盾構(gòu)掘進(jìn)進(jìn)引起地層擾擾動(dòng)，諸如土土體地表沉降和分層土體移動(dòng)、土體應(yīng)力、含水量、孔隙水壓力、彈性模量、泊松比、強(qiáng)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(hào)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(jìn)引起起的土體沉降降機(jī)理1.水和泥漿的擾擾動(dòng)盾構(gòu)經(jīng)過(guò)的地地區(qū)，可能引引起地下水含量和和紊流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變。。2.對(duì)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(dòng)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(jìn)對(duì)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(wèn)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(duì)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(wèn)問(wèn)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(wèn)題的現(xiàn)現(xiàn)狀據(jù)最新統(tǒng)計(jì)計(jì)(中國(guó)日?qǐng)?bào)報(bào)，2004年7月23日)我國(guó)已有有50多個(gè)城市市由于過(guò)過(guò)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(duì)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(kāi)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(jì)計(jì)下沉0.5～1m，回灌后1965年9月至1974年9月，地面累累計(jì)上升18～36mm；同一時(shí)期，，滬西工業(yè)業(yè)區(qū)回灌前前地面累計(jì)計(jì)下沉43～59cm，回灌后地面面累計(jì)上升升26～~44mm。申昆毛紡廠廠位于昆山山市區(qū)、長(zhǎng)長(zhǎng)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(yáng)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(kāi)開(kāi)始始已已連連續(xù)續(xù)6年采用深深井回灌灌。如2號(hào)井剖面面，孔深深68m以上為粉粉砂、粉粉細(xì)砂潛潛水、微微承壓水水含水層層，68m～96m為第一承承壓水，，細(xì)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(wàn)t左右，用用水量<1.6萬(wàn)t，回灌時(shí)問(wèn)問(wèn)100d～105d。夏灌冬用用井一般般從6、7月份自來(lái)來(lái)水水溫溫高于25.6℃時(shí)開(kāi)始始回灌，，到9月份水溫溫低于25.6℃時(shí)停止止。冬灌夏用用井在12月份自來(lái)來(lái)水水溫溫低于12.6℃時(shí)開(kāi)始始回灌，，到翌年年3、4月水溫升升至12.6℃停灌。。2號(hào)井試驗(yàn)驗(yàn)曲線，，夏灌期期回灌水水量2.39萬(wàn)t，平均水溫溫28.2℃，冬用用期用水水量0.44萬(wàn)t，平均水溫溫25.4℃，9個(gè)月采灌灌期中在在含水層層中溫差差3℃。3號(hào)井試驗(yàn)驗(yàn)曲線可可以看出出：冬灌灌期回灌灌水量2.03萬(wàn)t，平均水溫溫9.2℃，夏用用期水量量1.63萬(wàn)t，平均水溫溫11.4℃，10個(gè)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(duì)于含含水層(組)的抽水壓壓密過(guò)