环境岩土工程学课件东南大学潘华良环境岩土工程学概论8人类工程活动造成的环境岩土工程问题

第8章章人人类类工工程程活活动动造造成成的的环环境境岩岩土土工工程程问问题题解决决工程程与与环环境境之之间间的的矛矛盾盾的几点点原原则则：：(1)环境境补补偿偿的的原原则则(2)工程程避避让让的的原原则则(3)环境境治治理理的的原原则则8.1打桩桩对对周周围围环环境境的的影影响响预制制桩桩及及沉沉管管灌灌注注桩桩等等挤挤土土桩桩，，在在沉沉桩桩过过程程中中，，桩桩周周地地表表土体隆起起，桩周土土体受到到强烈挤挤压扰动动，土体结构构被破坏坏。探讨受打打桩扰动动后桩周周土的工工程特性性，对合合理进行行桩基设计计具有重要要意义。。8.1.1桩挤土效效应的理理论分析析1.小孔扩张张理论塑性区的的应力变化对饱和软软土，其其塑性区区任一点点的应力力两个方方向(径向、、切向向)上的总总应力力增量量：R--塑性区区半径径；cu--土的不不排水水强度度；ρ--离桩心心距离离；弹性区区的应应力变化R--塑性区区半径径；cu--土的不不排水水强度度；ρ--离桩心心距离离；塑性区区边界界上径径向位位移、、塑性性区半半径及及桩土土界面面的挤挤压力力Pu--桩土界界面径径向挤挤压应应力；；cu--土的不不排水水强度度；up--塑性区区边界界上的的径向向位移移；E--土的弹弹性模模量；；μ--土的泊泊松比比。2.强扰动动区的的范围围当土体体确定定后，，土的的力学学指标标E、μ、c、φ不变，塑性性区半径与与小孔直径呈线性关系系。8.1.3沉桩对周围围环境的影影响(1)噪音的影响响。打桩时柴油油锤产生的的噪音可高高达120dB以上，一根根长桩至少少要锤击几几百次乃至至几千次。。这对附近近的学校、、医院、居居民、机关关等都具有有一定的干干扰作用，，打桩产生生的噪音影影响人们学学习、工作作和休息。。(2)振动的影响响。打桩时会产产生一定的的振动波向向四周扩散散。振动对对人来说，，较长时间间处在一个个周期性微微振动作用用下，会感感到难受。。特别是住住在木结构构房屋内的的居民，地地板、家具具都会不停停地摇晃，，对年老有有病的人影影响尤大。。在通常情况况下，振动动对建筑物物不会造成成破坏性的的影响。点点振源，迅速衰减,精密机床床、仪器仪仪表的正常常操作有影响(3)挤土效应的的影响。桩打入地下时，桩桩身将置换换同体积的的土。因此此在打桩区区内和打桩桩区外一定定范围内的的地面，会会发生坚向向和水平向向的位移。。大量土体的的移动常导导致邻近的的建筑物发发生裂缝、、道路路面面损坏、水水管爆裂、、煤气泄漏漏：边坡失失稳等等一一系列事故故。上海外白渡渡桥立剖面面图按桩的挤土土效应，桩桩可分为：：排挤土桩如混凝土预预制桩、木木桩等；排排土的体积积与桩的外外包体积相相等；非排挤土桩桩排挤土的体体积为零。。如钻孔灌灌注桩、挖挖孔桩等；；低排挤土桩桩排挤土的体体积小于桩桩的外包体体积，如开开口的钢管管桩，工字字钢桩等。。Y型沉管灌注注桩减少挤土影影响的措施施：(1)预钻孔取土土打桩。先在打桩的的位置上用用螺旋钻钻钻成一直径径不大于桩桩径2／3、深度不大大于桩长2／3的孔，然后后在孔位上上打桩；(2)设置防挤孔孔。在打桩区内内或在打桩桩区外，打打设若干个个出土的孔孔。出土孔孔的数量可可按挤土平平衡的原理理估算；(3)合理安排打打桩顺序和和方向。对着建筑物物打桩比背背着建筑物物打桩的挤挤土效应要要不利得多多；(4)控制打桩速速率。打桩速度越越快，挤土土效应越显显著；(5)设置排水措措施。促使由打桩桩挤压引起起的超孔隙隙水应力消消散；(6)其他。如设置防振振沟等等。。加强监测。。8.2基坑开挖造造成地面移移动或失稳稳随着经济建建设的发展展，高层建建筑的基坑坑面积越来来越大，深深度也越来来越深。开挖基坑坑，大量量卸荷，，由于应力释放放，即使有有刚度很很大的支支护体系系，坑周周土体仍仍难于避避免会发发生水平平方向和和竖直方方向的位位移。再再由于地下水的的渗流，基坑施施工期长长，坑周周土体移移动对建筑物、道路交通通、供水供气气管线、通讯等造成很很大的威威胁。8.2.1深、大基基坑工程程及其环环境土工工问题地表沉降降与土层层位移(1)墙体弹性性变位；；(2)基坑卸载载回弹、、塑性隆隆起、降降水不当当引起的的管涌、、翻砂；；(3)墙外土层层固结沉沉降；(4)井点或深深井降水水带走土土砂(也是一种种地层损损失)；(5)墙段接头头处土砂砂漏失；；(6)槽壁开挖，地地层向槽内变变形。3.地铁车站深大大基坑的施工工技术要求(1)撑后挖，留土土堤；(2)对支撑施加设设计轴力(30％～70％)的预应力；(3)每步开挖及支支撑的时限tr≤24h；(4)坑内井点降水以固结土体、、改善土性，，减少土的流流变发展。5.变形监控(1)施工工况实施施情况跟踪观观察；(2)日夜不中断的的现场监测与与险情及时预预测和预报；；(3)定量反馈分析析，信息化设设计施工；(4)及时修改、调调整施工工艺艺参数；(5)及时提出、检检验、改进设设计施工技术术措施。6.减少沉降的措措施(1)采取刚度较大大的地下连续续结构；(2)分层分段开挖挖，并设置支支撑；(3)基底土加固；；(4)坑外注浆加固固；(5)增加维护结构构入土深度和和墙外帷幕；；(6)尽量缩短基坑坑施工时间；；(7)降水时，应合合理选用井点点类型，优选选滤网，适当当放缓降水漏漏斗线坡度，，设置隔水帷帷幕；(8)在保护区内设设置回灌系统统；(9)尽量减少降水水次数。8.2.2.深基基坑坑开开挖挖对对临临近近地地下下管管线线的的影影响响1.地下下管管线线位位移移计计算算地下下管管线线位位移移计计算算可可按按竖竖向向和和水水平平两两个个方方向向的的位位移移分分别别计计算算。。(2)地下下管管线线竖竖向向位位移移计计算算沉陷陷区区的的竖竖向向位位移移方方程程y(x)：地下下管管线线水水平平位位移移方方程程y(x)8.3软土土隧隧道道推推进进时时的的地地面面移移动动在软软土土地地层层中中，，地地铁铁、、污污水水隧隧道道等等常常采采用用盾盾构构法法施施工工。。盾盾构构在在地地下下推推进进时时，，地地表表会会发发生生不不同同程程度度的的变变形形。。地表的变形与与隧道的埋深、盾构的直径、软土的特性、盾构的施工方法、衬砌背面的压压浆工艺等因素有关。。8.3.1盾构掘进中的的环境问题由于盾构掘进进引起地层扰扰动，诸如土土体地表沉降和分层土体移动、土体应力、含水量、孔隙水压力、弹性模量、泊松比、强度和承载力等物理力学参参数的变化是是不可避免的的。武警战士正用用黄沙填堵凹凹陷的地面2003年7月2日凌晨，上海海地铁四号线线发生地面沉沉陷事故，楼楼房倒塌，外外滩防汛墙被被破坏。8.3.3盾构掘进引起起的土体沉降降机理1.水和泥浆的扰扰动盾构经过的地地区，可能引引起地下水含量和和紊流运动状态的改变。。2.对不良土层的的影响盾构法施工刀刀盘的切削旋旋转振动引起起饱和砂土或砂质粉粉土的部分液液化。3.周围土体应力力状态的变化化盾构掘进对土土体的影响范范围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岩土土工程问题1.浅基础地基承承载力降低2.砂土地震液化化加剧3.建筑物震陷加加剧4.土壤沼泽化、、盐渍化5.岩土体产生变变形、滑移、、崩塌失稳等等6.地下水位冻胀胀作用的影响响7.对湿陷性黄土土、崩解性岩岩土、盐渍岩岩土的影响8.膨胀性岩土产产生胀缩变形形8.4.2抽汲地下水产产生的环境问问题1.地表塌陷2.地面沉沉降3.海(咸)水入侵侵4.地裂缝缝的复复活与与产生生5.地下水水源枯枯竭，，水质质恶化化7.抽汲地下水水出现环境境问题的现现状据最新统计计(中国日报报，2004年7月23日)我国已有有50多个城市市由于过过量的抽抽汲地下下水造成成48655km2的地面沉沉降。8.4.4人工回灌灌与地面面回弹1.回灌对地地面沉降降的影响响抽汲地下下水导致致地面沉沉降，是是由于地下水位位下降，导致孔隙水压压力降低低，土中有效效应力增增加，地层发生生压密变变形的外在表表现。回灌，则则有利于于稳定地地下水位位，并促促使地下水位位回升，使土中中孔隙水压压力增大大，土颗粒粒间的接接触应力力减小，，土层发生生膨胀，从而导致地地面回弹可控控制地面沉降降。在地下水集中中开采地区，，如沪东工业业区，回灌前前1959年10月至1966年9月，地面累计计下沉0.5～1m，回灌后1965年9月至1974年9月，地面累累计上升18～36mm；同一时期，，沪西工业业区回灌前前地面累计计下沉43～59cm，回灌后地面面累计上升升26～~44mm。申昆毛纺厂厂位于昆山山市区、长长江三角洲洲冲积平原原。境内水网密密集，水利利资源丰富富，主要河河、湖有吴吴淞江、娄娄江、阳澄澄湖、淀山山湖，水面面占全市总总面积22％。。申昆昆毛毛纺纺厂厂自自1989年开开始始已已连连续续6年采用深深井回灌灌。如2号井剖面面，孔深深68m以上为粉粉砂、粉粉细砂潜潜水、微微承压水水含水层层，68m～96m为第一承承压水，，细砂含含水层厚厚度16m，滤水管位位置73m～89m，承压水位位埋深7.5m，水温20℃，出水水量56m3／d申昆毛纺纺厂深井井回灌量量每年2万t左右，用用水量<1.6万t，回灌时问问100d～105d。夏灌冬用用井一般般从6、7月份自来来水水温温高于25.6℃时开始始回灌，，到9月份水温温低于25.6℃时停止止。冬灌夏用用井在12月份自来来水水温温低于12.6℃时开始始回灌，，到翌年年3、4月水温升升至12.6℃停灌。。2号井试验验曲线，，夏灌期期回灌水水量2.39万t，平均水温温28.2℃，冬用用期用水水量0.44万t，平均水温温25.4℃，9个月采灌灌期中在在含水层层中温差差3℃。3号井试验验曲线可可以看出出：冬灌灌期回灌灌水量2.03万t，平均水温温9.2℃，夏用用期水量量1.63万t，平均水温温11.4℃，10个月采灌灌期中在在含水层层中温差差2.2℃。2.地面回弹弹模型的的建立与与求解相对于含含水层(组)的抽水压压密过