環(huán)境巖土工程學(xué)之八人類工程活動(dòng)造成環(huán)境巖土工程問題

第8章

人類工程活動(dòng)造成的

環(huán)境巖土工程問題解決工程與環(huán)境之間的矛盾的幾點(diǎn)原則：(1)環(huán)境補(bǔ)償?shù)脑瓌t(2)工程避讓的原則(3)環(huán)境治理的原則8.1打樁對周圍環(huán)境的影響預(yù)制樁及沉管灌注樁等擠土樁，在沉樁過程中，樁周地表土體隆起，樁周土體受到強(qiáng)烈擠壓擾動(dòng)，土體結(jié)構(gòu)被破壞。探討受打樁擾動(dòng)后樁周土的工程特性，對合理進(jìn)行樁基設(shè)計(jì)具有重要意義。樁擠土效應(yīng)的理論分析1.小孔擴(kuò)張理論塑性區(qū)的應(yīng)力變化對飽和軟土，其塑性區(qū)任一點(diǎn)的應(yīng)力兩個(gè)方向(徑向、切向)上的總應(yīng)力增量：R--塑性區(qū)半徑；cu--土的不排水強(qiáng)度；ρ--離樁心距離；彈性區(qū)的應(yīng)力變化

R--塑性區(qū)半徑；cu--土的不排水強(qiáng)度；ρ--離樁心距離；塑性區(qū)邊界上徑向位移、塑性區(qū)半徑及樁土界面的擠壓力Pu--樁土界面徑向擠壓應(yīng)力；cu--土的不排水強(qiáng)度；up--塑性區(qū)邊界上的徑向位移；E--土的彈性模量；μ--土的泊松比。2.強(qiáng)擾動(dòng)區(qū)的范圍當(dāng)土體確定后，土的力學(xué)指標(biāo)E、μ、c、φ不變，塑性區(qū)半徑與小孔直徑呈線性關(guān)系。沉樁對周圍環(huán)境的影響(1)噪音的影響。打樁時(shí)柴油錘產(chǎn)生的噪音可高達(dá)120dB以上，一根長樁至少要錘擊幾百次乃至幾千次。這對附近的學(xué)校、醫(yī)院、居民、機(jī)關(guān)等都具有一定的干擾作用，打樁產(chǎn)生的噪音影響人們學(xué)習(xí)、工作和休息。(2)振動(dòng)的影響。打樁時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)波向四周擴(kuò)散。振動(dòng)對人來說，較長時(shí)間處在一個(gè)周期性微振動(dòng)作用下，會(huì)感到難受。特別是住在木結(jié)構(gòu)房屋內(nèi)的居民，地板、家具都會(huì)不停地?fù)u晃，對年老有病的人影響尤大。在通常情況下，振動(dòng)對建筑物不會(huì)造成破壞性的影響。點(diǎn)振源，迅速衰減,精密機(jī)床、儀器儀表的正常操作有影響(3)擠土效應(yīng)的影響。樁打入地下時(shí)，樁身將置換同體積的土。因此在打樁區(qū)內(nèi)和打樁區(qū)外一定范圍內(nèi)的地面，會(huì)發(fā)生堅(jiān)向和水平向的位移。大量土體的移動(dòng)常導(dǎo)致鄰近的建筑物發(fā)生裂縫、道路路面損壞、水管爆裂、煤氣泄漏：邊坡失穩(wěn)等等一系列事故。上海外白渡橋立剖面圖按樁的擠土效應(yīng)，樁可分為：排擠土樁如混凝土預(yù)制樁、木樁等；排土的體積與樁的外包體積相等；非排擠土樁排擠土的體積為零。如鉆孔灌注樁、挖孔樁等；低排擠土樁排擠土的體積小于樁的外包體積，如開口的鋼管樁，工字鋼樁等。Y型沉管灌注樁減少擠土影響的措施：(1)預(yù)鉆孔取土打樁。先在打樁的位置上用螺旋鉆鉆成一直徑不大于樁徑2／3、深度不大于樁長2／3的孔，然后在孔位上打樁；(2)設(shè)置防擠孔。在打樁區(qū)內(nèi)或在打樁區(qū)外，打設(shè)若干個(gè)出土的孔。出土孔的數(shù)量可按擠土平衡的原理估算；(3)合理安排打樁順序和方向。對著建筑物打樁比背著建筑物打樁的擠土效應(yīng)要不利得多；(4)控制打樁速率。打樁速度越快，擠土效應(yīng)越顯著；(5)設(shè)置排水措施。促使由打樁擠壓引起的超孔隙水應(yīng)力消散；(6)其他。如設(shè)置防振溝等等。加強(qiáng)監(jiān)測。8.2基坑開挖造成地面移動(dòng)或失穩(wěn)隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，高層建筑的基坑面積越來越大，深度也越來越深。開挖基坑，大量卸荷，由于應(yīng)力釋放，即使有剛度很大的支護(hù)體系，坑周土體仍難于避免會(huì)發(fā)生水平方向和豎直方向的位移。再由于地下水的滲流，基坑施工期長，坑周土體移動(dòng)對建筑物、道路交通、供水供氣管線、通訊等造成很大的威脅。深、三大基三坑工三程及三其環(huán)三境土三工問三題地表三沉降三與土三層位三移(1三)墻三體彈三性變?nèi)唬?2三)基三坑卸三載回三彈、三塑性三隆起三、降三水不三當(dāng)引三起的三管涌三、翻三砂；(3三)墻三外土三層固三結(jié)沉三降；(4三)井三點(diǎn)或三深井三降水三帶走三土砂三(也三是一三種地三層損三失)三；(5三)墻三段接三頭處三土砂三漏失三；(6三)槽三壁開三挖，三地層三向槽三內(nèi)變?nèi)巍?.地三鐵車三站深三大基三坑的三施工三技術(shù)三要求(1三)撐三后挖三，留三土堤三；(2三)對三支撐三施加三設(shè)計(jì)三軸力三(3三0％三～7三0％三)的預(yù)應(yīng)三力；(3三)每三步開三挖及三支撐三的時(shí)三限tr≤24三h；(4三)坑三內(nèi)井點(diǎn)三降水以固三結(jié)土三體、三改善三土性三，減三少土三的流三變發(fā)三展。5.三變形三監(jiān)控(1三)施三工工三況實(shí)三施情三況跟三蹤觀三察；(2三)日三夜不三中斷三的現(xiàn)三場監(jiān)三測與三險(xiǎn)情三及時(shí)三預(yù)測三和預(yù)三報(bào)；(3三)定三量反三饋分三析，三信息三化設(shè)三計(jì)施三工；(4三)及三時(shí)修三改、三調(diào)整三施工三工藝三參數(shù)三；(5三)及三時(shí)提三出、三檢驗(yàn)三、改三進(jìn)設(shè)三計(jì)施三工技三術(shù)措三施。6.三減少三沉降三的措三施(1三)采三取剛?cè)容^三大的三地下三連續(xù)三結(jié)構(gòu)三；(2三)分三層分三段開三挖，三并設(shè)三置支三撐；(3三)基三底土三加固三；(4三)坑三外注三漿加三固；(5三)增三加維三護(hù)結(jié)三構(gòu)入三土深三度和三墻外三帷幕三；(6三)盡三量縮三短基三坑施三工時(shí)三間；(7三)降三水時(shí)三，應(yīng)三合理三選用三井點(diǎn)三類型三，優(yōu)三選濾三網(wǎng)，三適當(dāng)三放緩三降水三漏斗三線坡三度，三設(shè)置三隔水三帷幕三；(8三)在三保護(hù)三區(qū)內(nèi)三設(shè)置三回灌三系統(tǒng)三；(9三)盡三量減三少降三水次三數(shù)。8.三2.三2.三深基三坑開三挖對三臨近三地下三管線三的影三響1.三地下三管線三位移三計(jì)算地下三管線三位移三計(jì)算三可按三豎向三和水三平兩三個(gè)方三向的三位移三分別三計(jì)算三。(2三)地三下管三線豎三向位三移計(jì)三算沉陷三區(qū)的三豎向三位移三方程y(三x)：地下三管線三水平三位移三方程y(三x)8.三3軟三土隧三道推三進(jìn)時(shí)三的地三面移三動(dòng)在軟三土地三層中三，地三鐵、三污水三隧道三等常三采用三盾構(gòu)三法施三工。三盾構(gòu)三在地三下推三進(jìn)時(shí)三，地三表會(huì)三發(fā)生三不同三程度三的變?nèi)?。地表三的變?nèi)闻c隧道三的埋三深、盾構(gòu)三的直三徑、軟土三的特三性、盾三構(gòu)的施工三方法、襯砌三背面三的壓三漿工三藝等因三素有三關(guān)。盾構(gòu)三掘進(jìn)三中的三環(huán)境三問題由于三盾構(gòu)三掘進(jìn)三引起三地層三擾動(dòng)三，諸三如土三體地表三沉降和分三層土體三移動(dòng)、土體三應(yīng)力、含水三量、孔隙三水壓三力、彈性三模量、泊松三比、強(qiáng)度和承載三力等物三理力三學(xué)參三數(shù)的三變化三是不三可避三免的三。武警三戰(zhàn)士三正用三黃沙三填堵三凹陷三的地三面20三03三年7三月2三日凌三晨，三上海三地鐵三四號三線發(fā)三生地三面沉三陷事三故，三樓房三倒塌三，外三灘防三汛墻三被破三壞。盾構(gòu)三掘進(jìn)三引起三的土三體沉三降機(jī)三理1.水和三泥漿三的擾三動(dòng)盾構(gòu)三經(jīng)過三的地三區(qū)，三可能三引起地下三水含三量和三紊流三運(yùn)動(dòng)狀態(tài)三的改三變。2.對不三良土三層的三影響盾構(gòu)三法施三工刀三盤的三切削三旋轉(zhuǎn)三振動(dòng)三引起三飽和砂土三或砂三質(zhì)粉三土的三部分三液化。3.周圍三土體三應(yīng)力三狀態(tài)三的變?nèi)軜?gòu)三掘進(jìn)三對土三體的三影響三范圍8.三4抽三汲地三下水三引起三的地三面沉三降地下三水位三上升三引起三的巖三土工三程問三題1.三淺基三礎(chǔ)地三基承三載力三降低2.三砂土三地震三液化三加劇3.三建筑三物震三陷加三劇4.三土壤三沼澤三化、三鹽漬三化5.三巖土三體產(chǎn)三生變?nèi)?、三滑移三、崩三塌失三穩(wěn)等6.三地下三水位三凍脹三作用三的影三響7.對三濕陷三性黃三土、三崩解三性巖三土、三鹽漬三巖土三的影三響8.膨三脹性三巖土三產(chǎn)生三脹縮三變形抽汲三地下三水產(chǎn)三生的三環(huán)境三問題1.三地表三塌陷2.三地面三沉降3.三海(三咸)三水入三侵4.三地裂三縫的三復(fù)活三與產(chǎn)三生5.三地下三水源三枯竭三，水三質(zhì)惡三化7.三抽汲三地下三水出三現(xiàn)環(huán)三境問三題的三現(xiàn)狀據(jù)最三新統(tǒng)三計(jì)(三中國三日報(bào)三，2三00三4年三7月三23三日)三我國三已有三50三多個(gè)三城市三由于三過量三的抽三汲地三下水三造成三48三65三5k三m2的地三面沉三降。人工三回灌三與地三面回三彈1.三回灌三對地三面沉三降的三影響抽汲三地下三水導(dǎo)三致地三面沉三降，三是由三于地下三水位三下降，導(dǎo)三致孔隙三水壓三力降三低，土中三有效三應(yīng)力三增加，地層三發(fā)生三壓密三變形的外三在表三現(xiàn)?；毓嗳?，則三有利三于穩(wěn)三定地三下水三位，三并促三使地下三水位三回升，使三土中孔隙三水壓三力增三大，土三顆粒三間的三接觸三應(yīng)力三減小三，土層三發(fā)生三膨脹，從三而導(dǎo)三致地三面回三彈可三控制三地面三沉降三。在地三下水三集中三開采三地區(qū)三，如三滬東三工業(yè)三區(qū)，三回灌三前1三95三9年三10三月至三19三66三年9三月，三地面三累計(jì)三下沉三0.三5～三1m三，回三灌后三19三65三年9三月至三19三74三年9三月，三地面三累計(jì)三上升三18三～3三6m三m；三同一三時(shí)期三，滬三西工三業(yè)區(qū)三回灌三前地三面累三計(jì)下三沉4三3～三59三cm三，回三灌后三地面三累計(jì)三上升三26三～~三44三mm三。申昆三毛紡三廠位三于昆三山市三區(qū)、三長江三三角三洲沖三積平三原。境內(nèi)三水網(wǎng)三密集三，水三利資三源豐三富，三主要三河、三湖有三吳淞三江、三婁江三、陽三澄湖三、淀三山湖三，水三面占三全市三總面三積22％。申昆三毛紡三廠自19三89年開三始已三連續(xù)6年采三用深三井回三灌。如2號井三剖面三，孔三深68三m以上三為粉三砂、三粉細(xì)三砂潛三水、三微承三壓水三含水三層，68三m～96三m為第三一承三壓水三，細(xì)三砂含三水層三厚度16三m，濾三水管三位置73三m～89三m，承三壓水三位埋三深7.三5m，水三溫20℃，三出水三量56三m3／d申昆三毛紡三廠深三井回三灌量三每年2萬t左右三，用三水量<1三.6萬t，回三灌時(shí)三問10三0d～10三5d。夏灌三冬用三井一三般從6、7月份三自來三水水三溫高三于25三.6℃時(shí)三開始三回灌三，到9月份三水溫三低于25三.6℃時(shí)三停止三。冬灌三夏用三井在12月份三自來三水水三溫低三于12三.6℃時(shí)三開始三回灌三，到三翌年3、4月水三溫升三至12三.6℃停三灌。2號井三試驗(yàn)三曲線三，夏三灌期三回灌三水量2.三39萬t，平三均水三溫28三.2℃，三冬用三期用三水量0.三44萬t，平三均水三溫25三.4℃，9個(gè)月三采灌三期中三在含三水層三中溫三差3℃。3號井三試驗(yàn)三曲線三可以三看出三：冬三灌期三回灌三水量2.三03萬t，平三均水三溫9.三2℃，三夏用三期水三量1.三63萬t，平三均水三溫11三.4℃，10個(gè)月三采灌三期中三在含三水層三中溫三差2.三2℃。2.三地面三回彈三模型三的建三立與三求解相對三于含三水層三(組三)的三抽水三壓密三過程三而言三，人三工回三灌導(dǎo)三致的三含水三層(三組)三的回三彈。三(膨三脹)三過程三是完三全彈三性的三，即三回灌三引起三的含三水層三(組三)的三豎向三膨脹三變形三過程三符合三彈性三虎克三定律三；式中三(t