2017年造價工程師土建計量講義：防滲和排水

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　　土建計量講義：提高圍巖穩(wěn)定性的措施

　　為了保證地下工程施工的安全和正常運行，應(yīng)該針對巖體的不同條件，采取相應(yīng)的施工方法和一定的工程技術(shù)措施，提高圍巖的穩(wěn)定性。目前，用以提高圍巖穩(wěn)定性的工程措施主要有傳統(tǒng)的支護或襯砌和噴錨支護兩大類。

　　(1)支護與襯砌。支護是在地下工程開挖過程中用以穩(wěn)定圍巖用的臨時性措施。按照選用材料的不同，有木支撐、鋼支撐及混凝土支撐等。在不太穩(wěn)定的巖體中開挖，需及時支撐以防止圍巖早期松動。襯砌是加固圍巖的永久性結(jié)構(gòu)，其作用主要是承受圍巖壓力及內(nèi)水壓力，有混凝土及鋼筋混凝土襯砌，也可以用漿砌條石襯砌。

　　(2)噴錨支護。噴錨支護是在地下工程開挖后，及時地向圍巖表面噴一薄層混凝(一般厚度為5～2Ocm)，有時再增加一些錨桿，從而部分地阻止圍巖向洞內(nèi)變形，以達到支護的目的。

　　噴錨支護能使混凝土噴層與圍巖緊密結(jié)合，并且噴層本身具有一定的柔性和變形特性，因而能及時有效地控制和調(diào)整圍巖應(yīng)力的重分布，地保護巖體的結(jié)構(gòu)和力學性質(zhì)，防止圍巖的松動和坍塌。如果噴混凝土再配合錨桿加固圍巖，則會更有效地提高圍巖自身的承載力和穩(wěn)定性。

　　噴混凝土具備以下幾方面的作用：首先，能緊跟工作面，速度快，因而縮短了開挖與支護的間隔時間，及時地填補了圍巖表面的裂縫和缺損，阻止裂隙切割的碎塊脫落松動，使圍巖的應(yīng)力狀態(tài)得到改善;其次，由于有較高的噴射速度和壓力，漿液能充填張開的裂隙，起著加固巖體的作用，提高了巖體的強度和整體性。此外，噴層與圍巖緊密結(jié)合，有較高的粘結(jié)力和抗剪強度，能在結(jié)合面上傳遞各種應(yīng)力，可以起到承載拱的作用。

　　錨桿有楔縫式金屬錨桿、鋼絲繩砂漿錨桿、普通砂漿金屬錨桿、預(yù)應(yīng)力錨桿及木錨桿等，目前在大中型工程中，常用的是楔縫式金屬錨桿和砂漿金屬錨桿兩種。為了防止錨桿之間的碎塊塌落，可采用噴層和鋼絲網(wǎng)來配合。

　　(3)各類圍巖的具體處理方法。對于堅硬的整體圍巖，巖塊強度高，整體性好，在下工程開挖后自身穩(wěn)定性好，基本上不存在支護向題。這種情況下噴混凝土的作用主要防止圍巖表面風化，消除開挖后表面的凹凸不平及防止個別巖塊掉落，其噴層厚度一般3～5cm.當?shù)叵鹿こ虈鷰r中出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)時，應(yīng)采用錨桿穩(wěn)定圍巖。

　　對于塊狀圍巖，這類圍巖的坍塌總是從個別石塊——“危石”掉落開始，再逐漸發(fā)展擴大，只要及時有效地防止個別“危石”掉落，就能保證圍巖整體的穩(wěn)定性。一般而言，對于此類圍巖，噴混凝土支護即可，但對于邊墻部分巖塊可能沿某一結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)滑動時，應(yīng)該用錨桿加固。

　　對于層狀圍巖，在開挖地下工程時，往往不易打成拱形(或圓形)，爆破后頂面經(jīng)常成平板狀，如不加支護，圍巖常常先發(fā)生彎曲張開，然后逐漸坍塌。因此對于此類圍巖，應(yīng)以錨桿為主要的支護手段。

　　土建計量講義：地下工程位置選則的影響因素

　　地下工程位置的選擇，除取決于工程目的要求外，還需要考慮區(qū)域穩(wěn)定、山體穩(wěn)定及地形、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、地應(yīng)力等因素的影響。

　　(1)地形條件：在地形上要求山體完整，地下工程周圍包括洞頂及傍山側(cè)應(yīng)有足夠的山體厚度。如選擇隧洞位置時，隧洞進出口地段的邊坡應(yīng)下陡上緩，無滑坡、崩塌等現(xiàn)象存在。

　　(2)巖性條件：一般在堅硬完整巖層中開挖，圍巖穩(wěn)定、進度快、造價低。在軟弱、破碎、松散巖層中開挖，頂板易坍塌，邊墻及底板易產(chǎn)生鼓脹擠出變形等事故，且需邊開挖邊支護或超前支護，進而影響工程造價和工期。一般而言，巖漿巖、厚層堅硬的沉積巖及變質(zhì)巖，圍巖的穩(wěn)定性好，適于修建大型的地下工程。凝灰?guī)r、黏土巖、頁巖、膠結(jié)不好的砂礫巖、千枚巖及某些片巖，穩(wěn)定性差，不宜建大型地下工程。松散及破碎的巖石穩(wěn)定性極差，選址時應(yīng)盡量避開。

　　(3)地質(zhì)構(gòu)造條件：

　　①褶皺的影響。原則上應(yīng)避開褶皺核部，若必須在褶皺巖層地段修建地下工程，可以將地下工程放在褶皺的兩側(cè)。在背斜核部，巖層呈上拱形，巖層雖破碎，但像石砌的拱形結(jié)構(gòu)，能將上覆巖層的荷重傳遞至兩側(cè)巖體中，有利于洞頂?shù)姆€(wěn)定。向斜核部巖層呈倒拱形，頂部被張裂隙切割的巖塊上窄下寬，易于塌落。

　?、跀嗔训挠绊?。應(yīng)避免地下工程軸線沿斷層帶布置。而地下工程軸線垂直或近于垂直斷裂帶，所需穿越的不穩(wěn)定地段較短，但也可能產(chǎn)生塌方。因此，在選址時應(yīng)盡量避開大斷層。

　　③巖層產(chǎn)狀的影響。在水平巖層中布置地下工程時，應(yīng)盡量使地下工程位于均質(zhì)厚層的堅硬巖層中。若地下工程必須切穿軟硬不同的巖層組合時，應(yīng)將堅硬巖層作為頂板，避免將軟弱巖層或軟弱夾層置于頂部，后者易于造成頂板懸垂或坍塌。軟弱巖層位于地下工程兩側(cè)或底部也不利，容易引起邊墻或底板鼓脹變形或被擠出。在傾斜巖層中，一般也是不利的。當洞身穿過軟硬相間或破碎的傾斜巖層時，順傾向一側(cè)的圍巖易于變形或滑動，造成很大的偏壓，逆傾向一側(cè)圍巖側(cè)壓力小，有利于穩(wěn)定。

　　(4)地下水。在選址時最好選在地下水位以上的干燥巖體內(nèi)，或地下水量不大、無高壓含水層的巖體內(nèi)。

　　(5)地應(yīng)力。初始應(yīng)力狀態(tài)是決定圍巖應(yīng)力重分布的主要因素。

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　　土建計量講義：防滲和排水

　　防滲和排水是整治滑坡的一種重要手段，只要布置得當、合理，均能取得較好效果。為了防止大氣降水向巖體中滲透，一般是在滑坡體外圍布置截水溝槽，以截斷流至滑坡體上的水流。應(yīng)在大的滑坡體上布置一些排水溝，同時要整平坡面，防止有積水的坑洼，以利于降水迅速排走。針對已滲入滑坡體的水，通常是采用地下排水廊道，截住滲透的水流或?qū)⒒麦w中的積水排出滑坡體以外。另外也可采用鉆孔排水的方法，即利用若千個垂直鉆孔，打穿滑坡體下部的不透水層，將滑坡體中的水流到其下伏的另一個透水性較強的巖層中去。

　　土建計量講義：地下水

　　地下水是影響邊坡穩(wěn)定最重要、最活躍的外在因素，絕大多數(shù)滑坡都與地下水的活動有關(guān)。地下水的作用是很復雜的，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

　　(1)地下水會使巖石軟化或溶蝕，導致上覆巖體塌陷，進而發(fā)生崩塌或滑坡。

　　(2)地下水產(chǎn)生靜水壓力或動水壓力，促使巖體下滑或崩倒。

　　(3)地下水增加了巖體重量，可使下滑力增大。

　　(4)在寒冷地區(qū)，滲入裂隙中的水結(jié)冰，產(chǎn)生膨脹壓力，促使巖體破壞傾倒。

　　(5)地下水產(chǎn)生浮托力，使巖體有效重量減輕，穩(wěn)定性下降。

　　土建計量講義：地層巖性

　　(1)深成侵入巖、厚層堅硬的沉積巖以及片麻巖、石英巖等構(gòu)成的邊坡，一般穩(wěn)定程度是較高的。只有在節(jié)理發(fā)育、有軟弱結(jié)構(gòu)面穿插且邊坡高陡時，才易發(fā)生崩塌或滑坡現(xiàn)象。

　　(2)噴出巖邊坡，如玄武巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖、安山巖等，其原生的節(jié)理，尤其是柱狀節(jié)理發(fā)育時，易形成直立邊坡并易發(fā)生崩塌。

　　(3)含有黏土質(zhì)頁巖、泥巖、煤層、泥灰?guī)r、石膏等夾層的沉積巖邊坡，最易發(fā)生順層滑動，或因下部蠕滑而造成上部巖體的崩塌。

　　(4)千枚巖、板巖及片巖，巖性較軟弱且易風化，在產(chǎn)狀陡立的地段，臨近斜坡表部容易出現(xiàn)蠕動變形現(xiàn)象。當受節(jié)理切割遭風化后，常出現(xiàn)順層(或片理)滑坡。

　　(5)具有垂直節(jié)理且疏松透水性強的黃土，浸水后易崩解濕陷。當受水浸泡或作為水庫岸邊時，極易發(fā)生崩塌或塌滑現(xiàn)象。

　　(6)崩塌堆積、坡積及殘積層地區(qū)，其下伏基巖面常常是一個傾向河谷的斜坡面。當有地下水在此受阻，并有黏土質(zhì)成分沿其分布時，極易形成滑動面，從而使上部松散堆積物形成滑坡。

　　土建計量講義：動水壓力產(chǎn)生流砂和潛蝕

　　流砂是一種不良的工程地質(zhì)現(xiàn)象。在建筑物深基礎(chǔ)工程和地下建筑工程的施下中遇到的流砂現(xiàn)象，按其嚴重程度可分下列三種：輕微流砂，當基坑圍護樁排的間隙處隔水措施不當或施工質(zhì)量欠缺時，或當?shù)叵逻B續(xù)墻接頭的施工質(zhì)量不佳時，有些細小的土顆粒會隨著地下水滲漏一起穿過縫隙而流入基坑，增加坑底的泥濘程度;中等流砂，在基坑底部，尤其是靠近圍護樁墻的地方，常會出現(xiàn)一堆粉細砂緩緩冒起，仔細觀察，可以看到粉細砂堆中形成許多小小的排水溝，冒出的水夾帶著細小土粒在慢慢地流動;嚴重流砂，基坑開挖時如發(fā)生上述現(xiàn)象而仍然繼續(xù)往下開挖，流砂的冒出速度會迅速增加，有時會像開水初沸時的翻泡，此時基坑底部稱為流動狀態(tài)，給施工帶來極大困難，甚至影響鄰近建筑物的安全。如果在沉井施工中產(chǎn)生嚴重流砂，那么沉井就突然下沉，無法用人力控制，以致沉井發(fā)生傾斜，甚至發(fā)生重大事故。

　　如果地下水滲流產(chǎn)生的動水壓力小于土顆粒的有效重度，即滲流水力坡度小于臨界水力坡度，雖然不會發(fā)生流砂現(xiàn)象，但是土中細小顆粒仍有可能穿過粗顆粒之間的孔隙被滲流攜帶而走。時間長了，將在土層中形成管狀空洞，使土體結(jié)構(gòu)破壞，強度降低，壓縮性增加，這種現(xiàn)象稱之為機械潛蝕。