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1、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GB 50021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。,土的三相组成,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。 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；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；
2、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,嵩明灰岩地区地层,蒙自盆地泥灰岩,玄武岩,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,土的固相,土的三相构成与特性,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
3、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：总应力孔隙水压力有效应力，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
4、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土体固结理论；有效应力指标的应用；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
5、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。,3、土的变形特性,土的基本变形特性：（1）非线性（
6、2）弹塑性（3）剪胀（缩）性（4）压硬性（5）各向异性（6）应力路径和应力史的影响 土的压缩和固结土在压力作用下体积变化（压缩和膨胀）非常复杂，一部分土立即完成（粗颗粒土），一部分随时间逐步发展（细颗粒土），最总固结和流变。小结：土体具体的压缩（固结）和流变特性是地基沉降发生的内在原因。,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：,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
7、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。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）对基坑变形的影响：对于深大基坑，开挖后土的
8、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。,四、水的问题,1、地下水勘察的问题有许多基坑工程施工中的事故都直接或间接地与地下水有关系，场地水文地质勘察主要查清场地及其周边区域的水文地质条件，获取与施工降水有关的各含水层的水文地质参
9、数，了解地表水体与地下水之间的关系等，为施工降水方案设计提供准确的水文地质资料。（1）地下水勘察的工作内容和要求岩土工程勘察：深度不大，水文地质简单，资料丰富专门水文地质勘察：深度较深，水文地质复杂，资料不丰富（2）地下水勘察工作量的布置（3）含水层的确定和划分与供水含水层差异含水层与隔水层互层二（多）元结构含水层含水透镜体（4）地下水的量测和动态分析遇地下水时应量测水位稳定水位的量测：砂土和碎石土0.5h，粉土和黏性土8h多层含水层的量测：止水措施，被测含水层隔开,（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，
10、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,管涌,
11、流土,坑底钻孔漏水,突涌,3、基坑工程降排水作用 目的： 保证施工安全和减少基坑开挖对周围环境的影响；防止坑壁土体坍塌；避免产生流砂、管涌、坑底突涌。 具体作用：防止基坑底面与坡面渗水，保证坑底干燥，便于施工；增加边坡和坑底的稳定性，防止边坡或坑底的土层颗粒流失，防止流砂发生；减少被开挖土体含水量，便于机械挖土、土方外运、坑内施工作业；有效提高土体的抗剪强度与基坑稳定性。放坡提高边坡稳定性；支护开挖增加被动区土抗力，减少主动区土体侧压力，从而提高支护体系的稳定性和强度保证，减少支护体系的变形。减少承压水头对基坑底板的顶托力，防止坑底突涌。,小结：基坑降排水效果是保证基坑安全的关键之一，施工要求
12、需细化。,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 在降水前认真做好对周围环境的调研工作； 合理使用井点降水，尽可能减少对周围环境的影响； 降水场地外侧设置隔水帷幕，减小降水影响范围； 降水场地外缘设置回灌水系统。 （2）地下会回灌技术 回灌井点 回灌砂沟、砂井 回灌管井,五、基坑岩土工程勘察,建筑基坑支护技术规程（JGJ 120-2012) 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；
13、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1525m；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GB 50021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
14、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,、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
15、）、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
16、作 （二）、基坑施工注意事项 五、结论与建议 （一）、结论 （二）、建议,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,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,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，孔隙比 ，天然含水量，界限含水量l、 p，抗剪强度指标、 ，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。,
