地下工程施工环境影响与保护.ppt
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1、 地下工程施工地下工程施工环环境境影响与保影响与保护护主主讲讲教教师师:穆保穆保岗岗第10章1.10 地下工程施工地下工程施工环环境境影响与保影响与保护护n10.1 基坑开挖工程的基坑开挖工程的环环境土工境土工问题问题n10.1.1 软土深、大基坑工程及其环境土工问题n1)地表沉降与土)地表沉降与土层层位移位移n多采用多采用地下地下连续墙连续墙或水泥土或水泥土搅搅拌加灌注拌加灌注式排式排桩为桩为坑壁坑壁围护结围护结构构,引起的地表沉,引起的地表沉降与土降与土层层位移,由以下位移,由以下6个部分个部分组组成:成:2.n(1)墙体弹性变位;n(2)基坑卸载回弹、塑性隆起、降水不当引起的管涌、翻砂;
2、n(3)墙外土层固结沉降;n(4)井点或深井降水带走土砂;n(5)墙段接头处土砂漏失;n(6)槽壁开挖,地层向槽内变形。n(1)(3)主要造成了墙后土层位移和地表沉降;n(4)(6)则应从施工技术、经验与管理上加以控制,使之减低到最小的允许限度。3.2)基坑变形控制的环保等级标准基坑变形控制环保等级标准 表10-1保 护等 级地面最大沉降量及围护结构水平位移控制要求环境保护要求特级1.地面最大沉降量0.1%H2.围护墙最大水平位移0.14%H3.Ks2.2基坑周围10m范围内设有地铁、共同沟、煤气管、大型压力总水管等重要建筑及设施、必须确保安全一级1.地面最大沉降量0.2%H2.围护墙最大水平
3、位移0.3%H3.Ks2.0离基坑周围H范围内设有重要的干线水管、对沉降敏感的大型构筑物、建筑物二级1.地面最大沉降量0.5%H2.围护墙最大水平位移0.7%H3.Ks1.5离基坑周围H范围内设有较重要支线管道和建筑物、地下设施三级1.地面最大沉降量1%H2.围护墙最大水平位移0.7%H3.Ks1.2离基填坑周围30m范围内设有需保护的建筑设施和构筑物,地下管线4.3)基坑施工的时空效应问题n(1)基坑施工稳定和变形n基坑施工稳定和变形,与以下各方面密切相关:n基底土方每步开挖的空间尺寸(平面大小和每步挖深)。n开挖顺序。n无支撑情况下,每步开挖土体的暴露时间tr。n围护结构水平位移。KH是因
4、土体流变而折减的被动土压力系数;n基底抗隆起的稳定性。Ks5.(2)基坑施工的时空效应n开挖一支撑原则:分段、分层、分步(分块)、对称、平衡、限时;n对分段、分部捣筑的现浇钢筋混凝土框架支撑,注意局部平衡;n 理论导向,量测定量,经验判断;n摈弃以大量人工加固基坑来控制其变形的传统作法。6.(3)围护结构内、外主动与被动土压力的取值nKH值的确定nKH是可按基坑开挖实测得的变形值,经反演分析;基坑保护等级土性侧压力系数K基坑保护等级土性侧压力系数K特级软粘土硬粘土0.750.550.55.0.40二级软粘土硬粘土0.600.450.400.30一级软粘土硬粘土0.700.500.450.35三
5、级软粘土硬粘土0.600.400.400.20主动侧压力系数取值表 7.施工参数的选择8.4)地铁车站深大基坑的施工技术要求n(1)先撑后挖,留土堤;n(2)对支撑施加设计轴力(30%70%)的预应力;n(3)每步开挖及支撑的时限tr24h;n(4)坑内井点降水以固结土体、改善土性,减少土的流变发展。基坑分段、分层、分步开挖一支撑施工示意9.5)变形监控n变形监控工作的内容主要包括:n (1)施工工况实施情况跟踪观察;n(2)日夜不中断的现场监测与险情及时预测和预报;n(3)定量反馈分析,信息化设计施工;n(4)及时修改、调整施工工艺参数;n(5)及时提出、检验、改进设计施工技术措施。10.软
6、土基坑工程控制变形的设计程序框图11.10.1.2 深基坑周深基坑周围围地表地表沉降分析沉降分析n1)支护结构变位引起地表沉隆估算方法n地表沉降曲线为正态分布:n地表沉降范围为:n墙体水平位移ymax为墙后地表沉降max的1.4倍 n沉降曲线包络面积Fs与支护结构变位曲线包括面积Fw之比为:12.基坑开挖引起支护结构侧移和地表沉降 13.14.地表沉降曲线包括面积Fs 15.支护结构变位曲线包络面积Fw计算n最小二乘原理可理可得下列方程组:16.n若知道支护结构顶点坐标(0,c)和极值点(zm,ym),可由式(10-7)算得:17.2)减少沉降的措施n使。具体措施为:n(1)采取刚度较大的地下
7、连续结构;n(2)分层分段开挖,并设置支撑;n(3)基底土加固;n(4)坑外注浆加固;n(5)增加维护结构入土深度和墙外围幕;n(6)尽量缩短基坑施工时间;n(7)降水时,应合理选用井点类型,优选滤网,适当放缓降水漏斗线坡度,设置隔水帷幕;n(8)在保护区内设回灌系统;n(9)尽量减少降水次数。18.10.1.3 深基坑开挖引起深基坑开挖引起临临近地近地下管下管线线的位移分析的位移分析地下管线位移计算可按竖向和水平两个方向的位移分别计算。19.地表沉陷范围n设沉陷区长度取基坑边长的2倍,宽度取为:20.n纵向沉陷曲面:n纵向沉陷曲面取为抛物面,顶点位于00线(中轴线)上,AA、BB上总的沉陷值
8、为零。21.(2)地下管线竖向位移计算n图10-6地下管线位移曲线n(a)铰支座情况;(b)固定支座情况22.沉陷曲线n地面超载传至地下管线顶部的竖向荷载为q1:23.I区(沉陷区)的竖向位移方程y(x):II区(非沉陷区)y(x):雷洛夫函数 24.竖向位移方程中常系数的确定n应根据边界条件,确定地下管线竖向位移方程中的常系数,边界条件不同,求得的常系数亦不同,从而得到不同的位移方程。25.(3)地下管线水平位移微分方程的求解n地下管线水平位移方程26.(4)地下管线合理计算模型分析进行地下管线竖向位移分析时,按固定支座的弹性地基梁分析是能满足实际要求的,是较合理计算模型。27.本讲要点n地
9、表沉降曲线的分析方法;n地下管地下管线线的位移分析方法;的位移分析方法;28.10.2 地下水地下水对环对环境的影响境的影响n10.2.1 1)地下水位上升的情况)地下水位上升的情况n(1)浅基础地基承载力降低;n(2)砂土地震液化加剧;n(3)建筑物震陷加剧n(4)土壤沼泽化、盐渍化;29.n(5)岩土体产生变形、滑移、崩塌失稳等不良地质现象;n(6)地下水位的冻胀作用的影响;n(7)对建筑物的影响;n(8)对湿陷性黄土、崩解性岩土、盐渍岩土的影响;n(9)膨胀性岩土产生胀缩变形30.10.2.2 地下水位下降的情况地下水位下降的情况n地下水位下降往往会引起地表塌陷、地面沉降、海水入浸,地裂
10、缝的产生和复活以及地下水源枯竭,水质恶化等一系列不良地质问题,并将对建筑物产生不良的影响。31.n1)地表塌陷n2)地面沉降n3)海(咸)水入侵n4)地裂缝的复活与产生n5)地下水源枯竭,水质恶化n6)对建筑物的影响32.33.10.2.3 地下水位与地面沉降地下水位与地面沉降n在天然条件和人为因素的影响之下,区域性地面标高的降低,称为地面沉降。n主要影响因素,可以分为天然影响因素及人为影响因素,其中,地下水位波动对地面沉降具有重要的影响。34.n天然影响因素主要有两类:n 海平面相对上升及土层的天然固结,导致地表沉降;n 地震的冲击作用,引起地面沉降。35.n人为影响因至少主要有三类:n抽汲
11、地下液体及表层排水导致地面沉降的有关因素;n开采地下深处的固体矿藏,也可能引起地面沉降。n岩溶地区,塌陷是导致地面沉降的主要影响因素。36.n因过度开采地下水,中国华北地区出现世界罕见的漏斗区,面积已经达到4万平方公里,目前仍在扩大之中。华北平原形成了30多个小漏斗区。河北省、天津市、山东德州市的漏斗区连成一片,面积为中国之最。37.n在沿海地区,漏斗区域极易引起海水内侵,咸水扩散。秦皇岛市区已经遇到这一问题。n沧州,超采地下水最深已达米,比水平面低七八十米。38.上海n1999年,中心城区平均沉降量为10.74毫米。n引起上海地面沉降的原因主要是开采地下水、市政工程及高层建(构)筑物的建设。
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