环境岩土工程学之八人类工程活动造成环境岩土工程问题

第8章

人类工程活动造成的

环境岩土工程问题解决工程与环境之间的矛盾的几点原则：(1)环境补偿的原则(2)工程避让的原则(3)环境治理的原则8.1打桩对周围环境的影响预制桩及沉管灌注桩等挤土桩，在沉桩过程中，桩周地表土体隆起，桩周土体受到强烈挤压扰动，土体结构被破坏。探讨受打桩扰动后桩周土的工程特性，对合理进行桩基设计具有重要意义。桩挤土效应的理论分析1.小孔扩张理论塑性区的应力变化对饱和软土，其塑性区任一点的应力两个方向(径向、切向)上的总应力增量：R--塑性区半径；cu--土的不排水强度；ρ--离桩心距离；弹性区的应力变化

R--塑性区半径；cu--土的不排水强度；ρ--离桩心距离；塑性区边界上径向位移、塑性区半径及桩土界面的挤压力Pu--桩土界面径向挤压应力；cu--土的不排水强度；up--塑性区边界上的径向位移；E--土的弹性模量；μ--土的泊松比。2.强扰动区的范围当土体确定后，土的力学指标E、μ、c、φ不变，塑性区半径与小孔直径呈线性关系。沉桩对周围环境的影响(1)噪音的影响。打桩时柴油锤产生的噪音可高达120dB以上，一根长桩至少要锤击几百次乃至几千次。这对附近的学校、医院、居民、机关等都具有一定的干扰作用，打桩产生的噪音影响人们学习、工作和休息。(2)振动的影响。打桩时会产生一定的振动波向四周扩散。振动对人来说，较长时间处在一个周期性微振动作用下，会感到难受。特别是住在木结构房屋内的居民，地板、家具都会不停地摇晃，对年老有病的人影响尤大。在通常情况下，振动对建筑物不会造成破坏性的影响。点振源，迅速衰减,精密机床、仪器仪表的正常操作有影响(3)挤土效应的影响。桩打入地下时，桩身将置换同体积的土。因此在打桩区内和打桩区外一定范围内的地面，会发生坚向和水平向的位移。大量土体的移动常导致邻近的建筑物发生裂缝、道路路面损坏、水管爆裂、煤气泄漏：边坡失稳等等一系列事故。上海外白渡桥立剖面图按桩的挤土效应，桩可分为：排挤土桩如混凝土预制桩、木桩等；排土的体积与桩的外包体积相等；非排挤土桩排挤土的体积为零。如钻孔灌注桩、挖孔桩等；低排挤土桩排挤土的体积小于桩的外包体积，如开口的钢管桩，工字钢桩等。Y型沉管灌注桩减少挤土影响的措施：(1)预钻孔取土打桩。先在打桩的位置上用螺旋钻钻成一直径不大于桩径2／3、深度不大于桩长2／3的孔，然后在孔位上打桩；(2)设置防挤孔。在打桩区内或在打桩区外，打设若干个出土的孔。出土孔的数量可按挤土平衡的原理估算；(3)合理安排打桩顺序和方向。对着建筑物打桩比背着建筑物打桩的挤土效应要不利得多；(4)控制打桩速率。打桩速度越快，挤土效应越显著；(5)设置排水措施。促使由打桩挤压引起的超孔隙水应力消散；(6)其他。如设置防振沟等等。加强监测。8.2基坑开挖造成地面移动或失稳随着经济建设的发展，高层建筑的基坑面积越来越大，深度也越来越深。开挖基坑，大量卸荷，由于应力释放，即使有刚度很大的支护体系，坑周土体仍难于避免会发生水平方向和竖直方向的位移。再由于地下水的渗流，基坑施工期长，坑周土体移动对建筑物、道路交通、供水供气管线、通讯等造成很大的威胁。深、三大基三坑工三程及三其环三境土三工问三题地表三沉降三与土三层位三移(1三)墙三体弹三性变三位；(2三)基三坑卸三载回三弹、三塑性三隆起三、降三水不三当引三起的三管涌三、翻三砂；(3三)墙三外土三层固三结沉三降；(4三)井三点或三深井三降水三带走三土砂三(也三是一三种地三层损三失)三；(5三)墙三段接三头处三土砂三漏失三；(6三)槽三壁开三挖，三地层三向槽三内变三形。3.地三铁车三站深三大基三坑的三施工三技术三要求(1三)撑三后挖三，留三土堤三；(2三)对三支撑三施加三设计三轴力三(3三0％三～7三0％三)的预应三力；(3三)每三步开三挖及三支撑三的时三限tr≤24三h；(4三)坑三内井点三降水以固三结土三体、三改善三土性三，减三少土三的流三变发三展。5.三变形三监控(1三)施三工工三况实三施情三况跟三踪观三察；(2三)日三夜不三中断三的现三场监三测与三险情三及时三预测三和预三报；(3三)定三量反三馈分三析，三信息三化设三计施三工；(4三)及三时修三改、三调整三施工三工艺三参数三；(5三)及三时提三出、三检验三、改三进设三计施三工技三术措三施。6.三减少三沉降三的措三施(1三)采三取刚三度较三大的三地下三连续三结构三；(2三)分三层分三段开三挖，三并设三置支三撑；(3三)基三底土三加固三；(4三)坑三外注三浆加三固；(5三)增三加维三护结三构入三土深三度和三墙外三帷幕三；(6三)尽三量缩三短基三坑施三工时三间；(7三)降三水时三，应三合理三选用三井点三类型三，优三选滤三网，三适当三放缓三降水三漏斗三线坡三度，三设置三隔水三帷幕三；(8三)在三保护三区内三设置三回灌三系统三；(9三)尽三量减三少降三水次三数。8.三2.三2.三深基三坑开三挖对三临近三地下三管线三的影三响1.三地下三管线三位移三计算地下三管线三位移三计算三可按三竖向三和水三平两三个方三向的三位移三分别三计算三。(2三)地三下管三线竖三向位三移计三算沉陷三区的三竖向三位移三方程y(三x)：地下三管线三水平三位移三方程y(三x)8.三3软三土隧三道推三进时三的地三面移三动在软三土地三层中三，地三铁、三污水三隧道三等常三采用三盾构三法施三工。三盾构三在地三下推三进时三，地三表会三发生三不同三程度三的变三形。地表三的变三形与隧道三的埋三深、盾构三的直三径、软土三的特三性、盾三构的施工三方法、衬砌三背面三的压三浆工三艺等因三素有三关。盾构三掘进三中的三环境三问题由于三盾构三掘进三引起三地层三扰动三，诸三如土三体地表三沉降和分三层土体三移动、土体三应力、含水三量、孔隙三水压三力、弹性三模量、泊松三比、强度和承载三力等物三理力三学参三数的三变化三是不三可避三免的三。武警三战士三正用三黄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，三上海三地铁三四号三线发三生地三面沉三陷事三故，三楼房三倒塌三，外三滩防三汛墙三被破三坏。盾构三掘进三引起三的土三体沉三降机三理1.水和三泥浆三的扰三动盾构三经过三的地三区，三可能三引起地下三水含三量和三紊流三运动状态三的改三变。2.对不三良土三层的三影响盾构三法施三工刀三盘的三切削三旋转三振动三引起三饱和砂土三或砂三质粉三土的三部分三液化。3.周围三土体三应力三状态三的变三化盾构三掘进三对土三体的三影响三范围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岩三土工三程问三题1.三浅基三础地三基承三载力三降低2.三砂土三地震三液化三加剧3.三建筑三物震三陷加三剧4.三土壤三沼泽三化、三盐渍三化5.三岩土三体产三生变三形、三滑移三、崩三塌失三稳等6.三地下三水位三冻胀三作用三的影三响7.对三湿陷三性黄三土、三崩解三性岩三土、三盐渍三岩土三的影三响8.膨三胀性三岩土三产生三胀缩三变形抽汲三地下三水产三生的三环境三问题1.三地表三塌陷2.三地面三沉降3.三海(三咸)三水入三侵4.三地裂三缝的三复活三与产三生5.三地下三水源三枯竭三，水三质恶三化7.三抽汲三地下三水出三现环三境问三题的三现状据最三新统三计(三中国三日报三，2三00三4年三7月三23三日)三我国三已有三50三多个三城市三由于三过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。人工三回灌三与地三面回三弹1.三回灌三对地三面沉三降的三影响抽汲三地下三水导三致地三面沉三降，三是由三于地下三水位三下降，导三致孔隙三水压三力降三低，土中三有效三应力三增加，地层三发生三压密三变形的外三在表三现。回灌三，则三有利三于稳三定地三下水三位，三并促三使地下三水位三回升，使三土中孔隙三水压三力增三大，土三颗粒三间的三接触三应力三减小三，土层三发生三膨胀，从三而导三致地三面回三弹可三控制三地面三沉降三。在地三下水三集中三开采三地区三，如三沪东三工业三区，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，三地面三累计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，三地面三累计三上升三18三～3三6m三m；三同一三时期三，沪三西工三业区三回灌三前地三面累三计下三沉4三3～三59三cm三，回三灌后三地面三累计三上升三26三～~三44三mm三。申昆三毛纺三厂位三于昆三山市三区、三长江三三角三洲冲三积平三原。境内三水网三密集三，水三利资三源丰三富，三主要三河、三湖有三吴淞三江、三娄江三、阳三澄湖三、淀三山湖三，水三面占三全市三总面三积22％。申昆三毛纺三厂自19三89年开三始已三连续6年采三用深三井回三灌。如2号井三剖面三，孔三深68三m以上三为粉三砂、三粉细三砂潜三水、三微承三压水三含水三层，68三m～96三m为第三一承三压水三，细三砂含三水层三厚度16三m，滤三水管三位置73三m～89三m，承三压水三位埋三深7.三5m，水三温20℃，三出水三量56三m3／d申昆三毛纺三厂深三井回三灌量三每年2万t左右三，用三水量<1三.6万t，回三灌时三问10三0d～10三5d。夏灌三冬用三井一三般从6、7月份三自来三水水三温高三于25三.6℃时三开始三回灌三，到9月份三水温三低于25三.6℃时三停止三。冬灌三夏用三井在12月份三自来三水水三温低三于12三.6℃时三开始三回灌三，到三翌年3、4月水三温升三至12三.6℃停三灌。2号井三试验三曲线三，夏三灌期三回灌三水量2.三39万t，平三均水三温28三.2℃，三冬用三期用三水量0.三44万t，平三均水三温25三.4℃，9个月三采灌三期中三在含三水层三中温三差3℃。3号井三试验三曲线三可以三看出三：冬三灌期三回灌三水量2.三03万t，平三均水三温9.三2℃，三夏用三期水三量1.三63万t，平三均水三温11三.4℃，10个月三采灌三期中三在含三水层三中温三差2.三2℃。2.三地面三回弹三模型三的建三立与三求解相对三于含三水层三(组三)的三抽水三压密三过程三而言三，人三工回三灌导三致的三含水三层(三组)三的回三弹。三(膨三胀)三过程三是完三全弹三性的三，即三回灌三引起三的含三水层三(组三)的三竖向三膨胀三变形三过程三符合三弹性三虎克三定律三；式中三(t