基坑工程中土水问题的基本认识课件

基坑工程中土、水问题的基本认识2015年6月目录一、概述二、土的物理性质三、土的力学性质四、水的问题五、基坑岩土工程勘察六、岩土工程勘察报告的理解与认识七、总结一、概述土→分类体系和标准不尽相同。国内建筑基坑工程应以《岩土工程勘察规范》GB50021和建筑工程方面的地方标准为准。水→各种形式的水，分为液态水、气态水、固态水。水的作用土的性质特别是黏性土性质的多变性，主要就是由于土中水含量的变化及其固体颗粒相互作用的结果。①土中水通过物理及化学的作用改变了土体结构，影响了土体状态和物理力学性质参数；②通过土体孔隙水压力作用，使土体有效应力减小、抗剪强度值降低；③土体孔隙内地下水的渗流也会改变固体颗粒的应力状态，影响土的工程性状。外界条件的改变，如基坑开挖会使基坑周围土体的原有水土应力平衡受到破坏、暴雨或地下水管漏水引起的地下水位突升易造成基坑失稳、卸荷诱发的负孔压消散对坑底回弹的影响、基坑降水引起的周围地面沉降等都是明显的例子。昆明北市区圆砾与我们有关的常见的土滇池湖沼相、冲湖积相地层蒙自盆地泥灰岩玄武岩定义结构构造微观意义——由土粒单元的大小、形状、相互排列及其联结关系等因素形成的综合特征宏观意义——在同一土层中的物质成分和颗粒大小等都相近的各部分之间的位置与充填空间关系的特征基本类型单粒蜂窝状絮状层状散粒状裂隙结核状可能土类砂土、碎石土粉土、黏性土黏性土砂土、黏性土均可能砂土、碎石土粉土、黏性土砂土、黏性土颗粒：大—小特点及对工程性质的可能影响散粒体，自重堆积，粒间联结弱，分为疏松和紧密。疏松：孔隙大、不稳定、变形大；密实：稳定、强度大，良好地基粒间引力大于自重，颗粒依靠引力联结，孔隙大，变形大自重不起作用，长期悬浮或絮状沉积。孔隙大，又多封闭，透水性差，固结慢，强度低，灵敏度高各向异性，如Eh≥EvKh≥kv各向同性土层无整体性，裂隙面是软弱结构面力学性状主要取决于细粒土部分；取样代表性受结核数量影响：结核富集时工程性质较好及具有良好的透水性土的结构与构造小结：碎石土和砂土的物理状态主要受控于其密实程度，而黏性土的软硬状态受含水率的影响更大。二、土的物理性质基坑施工与土的物理性质的变化基坑施工→影响土体的物理力学性质及其指标。如：基坑开挖→坑底和坑周土体回弹→改变部分土体的孔隙比和密度等指标；基坑降水→土体含水率和饱和度的降低及软硬物理状态的改变；基坑局部渗漏或意外水体作用→浸润湿化作用→改变土体的含水率等宏观物理指标→诱发黏性土微结构失稳等微观结构特性发生变化；基坑开挖和降水→土体内渗流和负孔隙水压力的消散→改变土体的物理性质指标，随开挖和降水作用强度的不同而不同。小结：在基坑工程中，应该重视基坑开挖对土体物理性质的影响。但是，目前有关这方面的定量研究还很少，还处于定性评价阶段。三、土的力学性质1、有效应力原理：总应力→①孔隙水压力②有效应力，它们构成了饱和土体内部的受力和传力机制，在总应力不变的条件下，二者共同承担又相互转换。土体的强度变化和变形→有效应力变化，与土体内的孔隙水压力无直接关系。有效应力原理在基坑工程中的应用①土体固结理论；②有效应力指标的应用；③负孔隙水压理论。特别指出：在软基坑中，基坑开挖在坑底和周围土体中产生超静孔隙水压力，基坑开挖到设计标高时坑底的隆起变形并不随之同时完成，另外，超静孔隙水压力的消散也会减小土的有效应力，影响支护结构受力和基坑的稳定性。小结：在实际基坑开挖施工时，应尽量减少扰动以保护坑底土体，并在开挖完成后及时浇筑基坑底板，另外，也可以根据实际需要加固坑底土体。

2、土的渗透性土的渗透性和渗流对基坑工程的影响主要表现在两方面：（1）对土的物理和力学性质变化的影响，如黏性土状态、土的重度、对土体抗剪强度指标和变形指标的影响等；（2）与基坑工程设计与施工的安全稳定和对周围环境的影响程度密切相关，如施工排水、隔水或降水等。

更多关切：渗流力对基坑稳定和变形的影响及其控制措施。引起的问题：流砂、管涌和突涌。（1）流砂水头差大→渗流力大→使松散颗粒产生悬浮流动的现象。多发生在基坑底部或侧壁。（2）管涌细颗粒移动或被带走→土孔隙增大→渗流通道→掏空土体变形、失稳。可能发生在渗流逸出处，也可能在土体内部，是一种渐进性的破坏。（3）突涌承压含水层→开挖减小上覆压力→临界值→顶裂或冲毁基坑底板失稳。通常过程很快，来不及补救，危害极大。4、土的强度特性抗剪强度理论：如主要使用摩尔-库伦理论。抗剪强度指标选择方法：行业规程（住建部）行业规程（冶金部）上海规程深圳规程武汉指南合算使用条件粉土、黏性土黏性土（有经验时）不透水黏土层水泥土围护结构黏性土黏性土合算计算指标天然重度总应力指标1饱和重度总应力指标2天然重度、固结快剪峰值指标或经验土压力系数饱和重度、总应力指标1饱和重度总应力指标1分算适用条件碎石土、砂土普遍适用砂土、粉土、粉质粘土碎石土、砂土、粉土砂类土分算计算指标天然重度总应力指标1浮重度有效应力指标3水下重度总应力指标4有效重度有效应力指标浮重度有效应力指标水压力计算小于静水压力区别有无渗流区别有无渗流静水压力考虑坑内外水头差1、一般宜采用三轴固结不排水剪试验，有可靠经验时，也可采用直剪固结快剪试验；2、一般取三轴固结不排水剪试验的总应力强度指标，并应乘以0.70的折减系数；3、当无法获得有效应力强度指标时，也可采用三轴固结不排水剪试验的总应力强度指标；4、一般可采用三轴固结不排水试验或直剪固结快剪试验峰值指标，一级基坑宜采用三轴固结不排水剪有效应力指标或直剪慢剪指标。

5、土的流变特性（1）土的流变性及其影响因素土的流变性是指土体在外力作用下发生变形和流动的性质→蠕变和应力松弛。

蠕变→应力不变，应变增长；

应力松弛→应变不变，应力变小。（2）基坑工程中土流变性的影响无论是无黏性土和黏性土都存在着流变问题，在软黏土中尤甚。①对土压力的影响基坑开挖→土应力松弛→抗剪强度衰减→主动土压力增加→被动土压力减小。通常，应力松弛占优势：主动区土压力＞主动土压力，而被动区土压力＜被动土压力。（可能导致与设计工况不一致）

②对基坑变形的影响：对于深大基坑，开挖后土的应力水平较高，此时如果不及时进行支撑或者坑底暴露时间过长，由于土的流变性影响，作用在围护结构上的土压力会随时间变化，导致基坑围护结构和坑底土体会产生明显的位移和变形，也会促使墙后土体沉降持续发展，进而影响到基坑本身和周围设施的变形和稳定。开挖深度越深，开挖面积越大，流变对基坑围护结构变形和周围环境的影响就越大。小结：基坑开挖过程中，应及时进行支护结构的施工，不然会形成一个变形和受力向不利方向发展不可逆的过程。（5）勘察工作注意事项水文地质勘察孔应统一对地层划分及描述；水文地质勘察孔钻探在穿过第一层地下水后宜先跟进套管，后进行取土，以保证闭水效果；钻孔垂直度为每百米小于1°；钻探完成后应进行回填，当钻孔穿过多个含水层，回填要保证上下层水不会连通；与预测条件对比分析，判断是否需要及如何进行水文地质勘察方案的调整与补充。

小结：基坑工程一定要重视“水”的问题，而“无水不滑，十滑九水”更是体现了水对基坑边坡的“重要贡献”。一份对“水”分析完善的基坑勘察资料，是确保设计和施工安全的重要前提！2、地下水对基坑工程的危害增加支护结构上的水土压力作用引起土的抗剪强度降低抽（排）水引起地层不均匀沉降与地面沉陷基坑涌水渗透破坏：流土、管涌、坑底突涌砂层达二十多米，采用钻孔灌注桩，水泥搅拌桩止水，结果发生大面积管涌

流土坑底钻孔漏水4、减小与控制降水引起地面沉降的措施（1）减小与控制降水引起地面沉降的措施①在降水前认真做好对周围环境的调研工作；②合理使用井点降水，尽可能减少对周围环境的影响；③降水场地外侧设置隔水帷幕，减小降水影响范围；④降水场地外缘设置回灌水系统。（2）地下会回灌技术①回灌井点②回灌砂沟、砂井③回灌管井五、基坑岩土工程勘察《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-2012)3.2.1基坑工程的岩土勘察应符合下列规定：（1）勘探点范围应根据基坑开挖深度及场地的岩土工程条件确定；基坑外宜布置勘探点，其范围不宜小于基坑深度的1倍；当需要采用锚杆时，基坑外勘探点的范围不宜小于基坑深度的2倍；当基坑外无法布置勘探点时，应通过调查取得相关勘察资料并结合场地内的勘察资料进行综合分析；（2）勘探点应沿基坑边布置，其间距宜取15～25m；当场地存在软弱土层、暗沟或岩溶等复杂条件时，应加密勘探点并查明其分布和工程特性；（3）基坑周边勘探孔的深度不宜小于基坑深度的2倍；基坑面以下存在软弱土层或承压水含水层时，勘探孔深度应穿过软弱土层或承压水含水层；（4）应按现行国家标准《岩土工程勘察规范》GB50021的规定进行原位测试和室内试验并提出各层土的物理性质指标和力学指标；对主要土层和厚度大于3m的素填土，应按本规程第3.1.14条的规定进行抗剪强度试验并提出相应的抗剪强度指标；（5）当有地下水时，应查明各含水层的埋深、厚度和分布，判断地下水类型、补给和排泄条件；有承压水时，应分层测量其水头高度；（6）应对基坑开挖与支护结构使用期内地下水位的变化幅度进行分析；（7）当基坑需要降水时，宜采用抽水试验测定各含水层的渗透系数与影响半径；勘察报告应提出各含水层的渗透系数；（8）当建筑地基勘察资料不能满足基坑支护设计与施工要求时，应进行补充勘察。常见基坑专项勘察报告模式Ⅰ、文字部份序言（一）、工程概况及设计条件（二）、勘察目的和任务（三）、勘察工作执行的规范和技术标准（四）、勘察方法及完成工作量一、场地工程及水文地质条件（一）、自然、地理环境（二）、区域地质条件（三）、气象水文条件（四）、场地地形、地貌条件（五）、地质岩性构成（六）、土的物理力学性质指标（七）、水文地质条件（八）、不良地质评述二、场地及地基的岩土工程评价（一）、场地稳定性及适宜性评价（二）、地基土的工程性质评价（三）、基坑土体的均匀性评价（四）、特殊性岩土评价（五）、场地地震效应评价三、基坑岩土工程评价（一）、基坑周边环境条件（二）、基坑支护结构的安全等级划分（三）、基坑整体稳定性及可能的破坏模式（四）、基坑底抗渗流及抗隆起稳定性分析（五）、地下水控制方案（六）、基坑支护方案建议（七）、地下室的抗浮评价四、基坑监测及施工注意事项（一）、基坑监测工作（二）、基坑施工注意事项五、结论与建议（一）、结论（二）、建议序号附表名称1勘探点主要数据一览表2土的物理力学性质主要数据一览表3固结试验成果统计表4土颗粒分析电算成果统计表5标准贯入试验统计表6重型动力触探试验统计表7十字板剪切试验成果表8扁铲侧胀试验成果表9旁压试验成果表序号附件名称1土工试验报告2抽水试验报告3静力触探试验报告4其他相关质量文件图号图名1基坑勘探点平面布置图2基坑工程地质剖面图3基坑钻孔柱状图4钻孔简易抽水试验综合图六、岩土工程勘察报告的理解与认识1、概述拟建工程项目的勘察成果应包括基坑工程设计、施工所需的场地、岩土地层和地下水等基础资料及有关技术参数，对基坑工程与支护方案设计与施工提供技术建议。当项目详细勘察资料不能满足基坑工程设计及施工要求时，应进行专门的补充勘察。当场地水文地质条件复杂，在基坑开挖过程中需要对地下水进行控制，且已有资料不能满足需要时，应进行专门的水文地质勘察。

小结：岩土工程勘察成果是工程建设项目基坑工程方案设计与施工质量控制的法定依据。2、岩土工程勘察成果的使用序号信息、数据成果内容和材料需注意事项1场地、拟建物平面位置坐标1总平面图2坐标数据表1比例尺应符合工作阶段的要求，坐标数据应为绝对坐标；2不同地区采用的坐标系可能不同；3应有现状地形信息和现状地物；2周围建成环境情况正文（专门章或节叙述）1供考虑新建项目基坑工程与环境相互影响问题；2宜包括对紧邻建（构）筑物与基础设施的结构类型、基础类型和埋置深度等调查得到的信息资料，特别是地下管线相关资料3场区岩土层空间分布1工程地质剖面图2正文（专门章或节叙述）1应包括绝对高程数据；2钻孔间地层界面（线）通过专业准则和经验推断生成或绘制；3地层图例可能因地区而异；4勘察条件具备时，应包括基坑外一定范围的地层分布情况；5岩土层编号因地区而异4场区岩土层工程性质指标1地层岩性及其物理力学性质指标综合统计表2正文中的专项分类汇总表3岩土试验成果分层汇总表1岩土层描述一般包括成因、地质年代、岩性、颜色的描述，部分有特定的代表性含有物、粒径和级配情况；2综合统计表一般包括分层试验、原位测试的统计结果，应注意样本数的充分性、分层指标及其他重要指标的变异性。3综合统计表可包括地基与基坑工程设计分析所需强度、变形参数的建议值或建议范围值，部分参数为经验值或经验统计值；4综合统计表可包括渗透系数等水文地质参数经验值或试验值；5抗剪强度指标与试验方法密切相关，工程分析计算应结结合相关规范选择与分析工况（破坏模式）条件相近的试验结果；6基坑变形计算参数：侧向基床系数kh及其系数m，以及坑底地基土的回弹模量Eur或回弹指数Cs，应结合基坑开挖深度合理确定5勘探点位处地层构成及岩土参数钻孔柱状图1钻孔记录的分层及原位测试、室内试验数据；2包含地层特征描述；3应包含地下水位量测情况（初见水位应深于稳定水位）；4可用于特定（不利）位置的设计校核岩土工程勘察成果中与基坑工程密切相关的内容及其用途

序号信息、数据成果内容和材料需注意事项6地下水1正文（专门章或节叙述）2专项汇总表1应明确地下水性质（上层滞水、潜水、承压水），注意含水层和承压水对基坑工程的影响；2应包含初见水位、稳定水位的标高值；3需注意勘察期间水位量测的时间（季节），判断是否是年内高水位；4应提供调查的历史高水位记录和各层地下水近年动态变化情况，以考虑在预计的基坑工程施工期内采取潜在风险的技术防范措施7地下水对基坑工程的影响正文（专门章或节叙述）应提供地下水控制方法的建议8基坑支护方案选择正文（专门章或节叙述）一般为在工程的详细设计条件尚不完全具备的条件下，基于地区经验或在一定的简化或假定条件下分析提出的支护方案建议9基坑工程与周边环境的相互影响正文（专门章或节叙述）1应提供设计、施工应注意的事项和必要的保护措施的建议；2对施工过程中形成的流砂、流土、管涌及整体失稳等现象的可能性进行评价并提出预防措施的建议；3对特殊性岩土应分析其对基坑工程的影响，并提供对设计施工的相应措施建议10基坑工程开挖监控方案建议正文（专门章或节叙述）对监控的目的、监测的项目、监控的重点部位等提出建议3、室内试验基本知识基坑工程中稳定性分析、土压力和变形计算等所依据的岩土的主要指标：密度ρ，孔隙比е，天然含水量ω，界限含水量ωl、

ωp，抗剪强度指标с、φ，变形模量E等。目前多数通过室内试验取得，但室内试验与原位测试应当是相互补充、相辅相成的，对于取样困难、易受扰动的土类，宜通过原位测试确定有关指标。抗剪强度主要试验方法有三轴试验和直剪试验。三轴试验宜根据不同的工况需要进行，合理选用试验成果。CD→粗粒土，CU和UU→正常固结的黏性土，欠固结土进行稳定分析中，不应采用CU试验指标，应采用UU指标。种类方法可测定指标说明三轴压缩试验CDｃ＇，φ＇取得有效应力指标的相对最可靠方法。适用于渗透性好的土，施工速度慢，在施工期不产生超孔隙水压力或其可充分消散CUｃcu，φcu固结不排水强度指标ｃ＇，φ＇有效应力强度指标ｃu不排水抗剪强度固结不排水强度指标适用于在一定应力条件下已固结排水、但剪应力增加时不排水的土体UUｃu不排水抗剪强度适用于渗透系数小的饱和黏土在施工加荷速度快、超孔隙水压力难以消散的情况（例如坑壁地面上的近期建筑和施工引起的超载）；以及欠固结土直剪试验强迫试样产生水平破坏面，取得不同加荷速率下的抗剪强度指标。方法测定指标试验条件说明快剪ｃq，φq在施加竖向压力后，立即快速施加水平剪应力固定的破坏边界条件，排水不可控，土层破裂面方位与试验破裂面相同时可参考使用。固结快剪ｃcq，φcq允许试样在竖向压力下排水固结，然后快速施加水平剪应力可用于砂土，对软黏土不适用。慢剪ｃs，φs，φsr（残余抗剪强度）允许试样在竖向压力下排水固结，然后在规定速率下缓慢地施加水平剪应力适用于测