2020年一级造价工程师《土建工程》备考讲义：第一章第三节

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第三节 常见工程地质问题及其处理方法

一、特殊地基

地基对建筑物的影响很大，工程建设难免遇到一些特殊地基必须加以处理。

(一)松散、软弱土层。对不满足承载力要求的松散土层，如砂和砂砾石地层等，可挖除，也可采用固结灌浆、预制桩或灌注桩、地下连续墙或沉井等加固;对不满足抗渗要求的，可灌水泥浆或水泥黏土浆，或地下连续墙防渗;对于影响边坡稳定的，可喷射混凝土或用土钉支护。

对不满足承载力的软弱土层，如淤泥及淤泥质土，浅层的挖除，深层的可以采用振冲等方法用砂、沙砾、碎石或块石等置换。

(二)风化、破碎岩层。风化一般在地基表层，可以挖除。破碎岩层有的较浅，可以挖除。有的埋藏较深，如断层破碎带，可以用水泥浆灌浆加固或防渗;风化、破碎处于边坡影响稳定的，可根据情况采用喷混凝土或挂网喷混凝土护面，必要时配合灌浆和锚杆加固。

(三)断层、泥化软弱夹层。对充填胶结差，影响承载力或抗渗要求的断层，浅埋的尽可能清除回填，深埋的灌水泥浆处理;泥化夹层可能影响承载能力，浅埋的尽可能清除回填，深埋的一般不影响承载能力。

断层、泥化软弱夹层可能是基础或边坡的滑动控制面，对于不便清除回填的，根据埋深和厚度，可采用锚杆、抗滑桩、预应力锚索等进行抗滑处理。

在滑坡体上方修筑截水设施，在滑坡体下方筑好排水设施;经过论证方可以在滑坡体的上部刷方减重以防止滑坡，未经论证不要轻易扰动滑坡体。不能在上部刷方减重的，可考虑在滑坡体坡脚采用挡土墙、抗滑桩等支挡措施，也可采用固结灌浆等措施改善滑动面和滑坡体的抗滑性能。

(四)岩溶与土洞。岩溶是可溶性岩层被水长期溶蚀而形成的各种地质现象和形态，又称喀斯特。选择岩溶地区地基处理方法时，应考虑地基、基础和上部结构的共同作用。岩溶地区地基处理与施工时，应根据岩溶发育特征和地表水径流、地下水赋存条件制定截流、防渗，堵漏或疏排措施。

对塌陷或浅埋溶(土)洞宜采用挖填夯实法、跨越法、充填法、垫层法进行处理;对深埋溶(土)洞宜采用注浆法、桩基法、充填法进行处理。对落水洞及浅埋的溶沟(槽)、 溶蚀(裂隙、漏斗)等，宜采用跨越法、充填法进行处理。对于岩溶地区地貌、地质、水文条件复杂及塌陷量大、影响范围大的地段，可采用多种方法综合处理。岩溶地基处理与施工时，应对岩溶水进行疏导或封堵，减少淘蚀、潜蚀。

二、地下水

地下水最常见的问题主要是对岩体的软化、侵蚀和静水压力、动水压力作用及其渗透破坏等。

(一)地下水对土体和岩体的软化

地下水使土体尤其是非黏性土软化，降低强度、刚度和承载能力。有侵蚀性的地下水使岩石发生化学变化，也可能导致岩石的强度降低，尤其是地下水使结构面的粘结力 C 降低和摩擦角φ减小，使结构面的抗剪强度降低，造成岩体的承载力和稳定性下降。

(二)地下水位下降引起软土地基沉降

一般在沿海软土层中进行基础施工时，需要人工降低地下水位。若降水措施不当，轻者造成邻近建筑物或地下管线的不均匀沉降，重者使建筑物基础下的土体颗粒流失，甚至掏空，导致建筑物开裂，进而危及安全使用。

(三)动水压力产生流沙和潜蚀

当地下水的动水压力大于土粒的浮容重或地下水的水力坡度大于临界水力坡度时，就会产生流沙。其严重程度按现象可分三种：

1.轻微流沙，细小的土颗粒会随着地下水渗漏穿过缝隙而流入基坑;

2.中等流沙，在基坑底部，尤其是靠近围护桩墙的地方，出现粉细砂堆及其许多细小土粒缓慢流动的渗水沟纹;

3.严重流沙，流沙冒出速度增加，甚至像开水初沸翻泡。

流沙易产生在细沙、粉沙，粉质黏土等土中，致使地表塌陷或建筑物的地基破坏，能给施工带来很大困难，或直接影响工程建设及附近建筑物的稳定。因此，必须进行处治。

常用的处置方法有人工降低地下水位和打板桩等，特殊情况下也有采取化学加固法、爆炸法及加重法等。在基槽开挖的过程中局部地段突然出现严重流沙时，可立即抛入大块石等阻止流沙。

潜蚀作用可分为机械潜蚀和化学潜蚀两种。

如果地下水渗流产生的动水压力小于土颗粒的有效重度，即渗流水力坡度小于临界水力坡度，虽然不会发生流沙现象，但是土中细小颗粒仍有可能穿过粗颗粒之间的孔隙被渗流携带流失。在土层中将形成管状空洞，使土体结构破坏，强度降低，压缩性增加，这种现象称之为机械潜蚀。

化学潜蚀是指地下水溶解土中的易溶盐分，破坏土粒间的结合力和土的结构，土粒被水带走，形成洞穴的作用。这两种作用一般是同时进行的。在地基土层内如具有地下水的潜蚀作用时，将会破坏地基土的强度，形成空洞，产生地表塌陷，影响建筑工程的稳定。在我国的黄土层及岩溶地区的土层中，常有潜蚀现象产生。

对潜蚀的处理可以采用堵截地表水流入土层、阻止地下水在土层中流动、设置反滤层、改良土的性质、减小地下水流速及水力坡度等措施。

(四)地下水的浮托作用

当建筑物基础底面位于地下水位以下时，地下水对基础底面产生静水压力，即产生浮托力。如果基础位于粉土、砂土、碎石土和节理裂隙发育的岩石地基上，则按地下水位 100%计算浮托力;如果基础位于节理裂隙不发育的岩石地基上，则按地下水位 50%计算浮托力;如果基础位于黏性土地基上，其浮托力较难确切地确定，应结合地区的实际经验考虑。

(五)承压水对基坑的作用

当基坑底为隔水层且层底作用有承压水时，应进行坑底突涌验算，必要时可采取水平封底隔渗或钻孔减压措施，保证坑底土层稳定。当坑底含承压水层且上部土体压重不足以抵抗承压水水头时，应布置降压井降低承压水水头压力，防止承压水突涌，确保基坑开挖施工安全。

(六)地下水对钢筋混凝土的腐蚀

地下水对混凝土建筑物的腐蚀是一项复杂的物理化学过程，在一定的工程地质与水文地质条件下，对建筑材料的耐久性影响很大。

三、边坡稳定

(一)影响边坡稳定的因素

影响边坡稳定性的因素有内在因素与外在因素两个方面。

内在因素有组成边坡岩体的性质、地质构造、岩体结构、地应力等，它们常常起着主要的控制作用;外在因素有地表水和地下水的作用、地震、风化作用、人工挖掘、爆破以及工程荷载等。

1.地貌条件

深切峡谷地区，陡峭的岸坡是容易发生边坡变形和破坏的地形条件。崩塌现象均发生在坡度大于 60°的斜坡上。

2.地层岩性

(1)深成侵入岩、厚层坚硬的沉积岩以及片麻岩、石英岩等构成的边坡，一般稳定程度是较高的。只有在节理发育、有软弱结构面穿插且边坡高陡时，才易发生崩塌或滑坡现象。

(2)喷出岩边坡，如玄武岩、凝灰岩、火山角砾岩、安山岩等，其原生的节理，尤其是柱状节理发育时，易形成直立边坡并易发生崩塌。

(3)含有黏土质页岩、泥岩、煤层、泥灰岩、石膏等夹层的沉积岩边坡，最易发生顺层滑动，或因下部蠕滑而造成上部岩体的崩塌。

(4)千枚岩、板岩及片岩，岩性较软弱且易风化，在产状陡立的地段，临近斜坡表部容易出现蠕动变形现象。当受节理切割遭风化后，常出现顺层(或片理)滑坡。

(5)具有垂直节理且疏松透水性强的黄土，浸水后易崩解湿陷。当受水浸泡或作为水库岸边时，极易发生崩塌或塌滑现象。

(6)崩塌堆积、坡积及残积层地区，其下伏基岩面常常是一个倾向河谷的斜坡面。当有地下水在此受阻，并有黏土质成分沿其分布时，极易形成滑动面，从而使上部松散堆积物形成滑坡。

3.地质构造与岩体结构

4.地下水

地下水是影响边坡稳定最重要、最活跃的外在因素，绝大多数滑坡都与地下水的活动有关。地下水的作用是很复杂的，主要表现在以下几个方面：

(1)地下水会使岩石软化或溶蚀，导致上覆岩体塌陷，进而发生崩塌或滑坡。

(2)地下水产生静水压力或动水压力，促使岩体下滑或崩倒。

(3)地下水增加了岩体重量，可使下滑力增大。

(4)在寒冷地区，渗入裂隙中的水结冰，产生膨胀压力，促使岩体破坏倾倒。

(5)地下水产生浮托力，使岩体有效重量减轻，稳定性下降。

(二)不稳定边坡的防治措施

1.防渗和排水

防渗和排水是整治滑坡的一种重要手段，只要布置得当、合理，均能取得较好效果。为了防止大气降水向岩体中渗透，一般是在滑坡体外围布置截水沟槽，以截断流至滑坡体上的水流。应在大的滑坡体上布置一些排水沟，同时要整平坡面，防止有积水的坑洼，以利于降水迅速排走。针对已渗入滑坡体的水，通常是采用地下排水廊道，截住渗透的水流或将滑坡体中的积水排出滑坡体以外。

2.削坡

削坡是将陡倾的边坡上部的岩体挖除，一部分使边坡变缓，同时也可使滑体重量减轻，以达到稳定的目的。削减下来的土石，可填在坡脚，起反压作用，更有利于稳定。

3.支挡建筑

支挡建筑主要是在不稳定岩体的下部修建挡墙或支撑墙(或墩)，也是一种应用广泛而有效的方法。材料用混凝土、钢筋混凝土或砌石。支挡建筑物的基础要砌置在滑动面以下。若在挡墙后增加排水措施，效果更好。

4.锚固

锚固措施，有锚杆(或锚索)和混凝土锚固桩两种类型，其原理都是提高岩体抗滑(或抗倾倒)能力。

预应力锚索或锚杆锚固不稳定岩体的方法，适用于加固岩体边坡和不稳定岩块。锚固桩(或称抗滑桩)适用于浅层或中厚层的滑坡体。它是在滑坡体的中、下部开挖竖井或大口径钻孔，然后浇灌钢筋混凝土。垂直于滑动方向布置一排或两排，桩径通常为 1～3m，深度一般要求滑动面以下桩长占全桩长的 1/4—1/3。

四、围岩稳定

(一)地下工程位置选则的影响因素

地下工程位置的选择，除取决于工程目的要求外，还需要考虑区域稳定、山体稳定及地形、岩性、地质构造、地下水、地应力等五个因素的影响。

(1)地形条件

在地形上要求山体完整，地下工程周围包括洞顶及傍山侧应有足够的山体厚度。如选择隧洞位置时，隧洞进出口地段的边坡应下陡上缓，无滑坡、崩塌等现象存在。洞口岩石应直接出露或坡积层薄，岩层最好倾向山里以保证洞口坡的安全。

(2)岩性条件

坚硬完整的岩体，围岩一般是稳定的，能适应各种断面形状的地下工程。而软弱岩体，如黏土岩类、破碎及风化岩体、吸水易膨胀的岩体等，通常力学强度低，遇水易软化、崩解及膨胀等，不利于围岩的稳定。

因此，地下工程位置应尽量选在坚硬完整岩石中。一般而言，岩浆岩、厚层坚硬的沉积岩及变质岩，围岩的稳定性好，适于修建大型的地下工程。凝灰岩、黏土岩、页岩、胶结不好的砂砾岩、千枚岩及某些片岩，稳定性差，不宜建大型地下工程。

(3)地质构造条件

1)褶皱的影响。在背斜核部，岩层呈上拱形，有利于洞顶的稳定。向斜核部岩层呈倒拱形，易于塌落。原则上应避开褶皱核部，若必须在褶皱岩层地段修建地下工程，可以将地下工程放在褶皱的两侧。

2)断裂的影响。断层破碎带及断层交汇区稳定性极差，地下工程开挖如遇较大规模的断层，基本上都会产生塌方甚至冒顶(洞顶大规模突然坍塌破坏)。一般而言，应避免地下工程轴线沿断层带布置。而地下工程轴线垂直或近于垂直断裂带，所需穿越的不稳定地段较短，但也可能产生塌方。因此，在选址时应尽量避开大断层。

3)岩层产状的影响。对于地下工程轴线与岩层走向垂直的情况，围岩的稳定性较好，特别是对边墙稳定有利。在水平岩层中布置地下工程时，应尽量使地下工程位于均质厚层的坚硬岩层中。当洞身穿过软硬相间或破碎的倾斜岩层时，顺倾向一侧的围岩易于变形或滑动，造成很大的偏压，逆倾向一侧围岩侧压力小，有利于稳定。

(4)地下水

在选址时最好选在地下水位以上的干燥岩体内，或地下水量不大、无高压含水层的岩体内。

(5)地应力

初始应力状态是决定围岩应力重分布的主要因素。

(二)围岩的工程地质分析

(1)围岩稳定性分析

变形与破坏的五种形式：

1)脆性破裂，经常产生于高地应力地区。存储有很大弹性应变能的岩体，在开挖卸荷后，能量突然释放形成的。

2)块体滑移，是块状结构围岩常见的破坏形式，常以结构面交汇切割组合成不同形状的块体滑移、塌落等形式出现。

3)岩层的弯曲折断，是层状围岩变形失稳的主要形式。在倾斜层状围岩中，当层间结合不良时，顺倾向一侧拱脚以上部分岩层易弯曲折断，逆倾向一侧边墙或顶拱易滑落掉块。在陡倾或直立岩层中，因洞周的切向应力与边墙岩层近于平行，所以边墙容易凸邦弯曲。

4)碎裂结构岩体在张力和振动力作用下容易松动、解脱，在洞顶则产生崩落，在边墙上则表现为滑塌或碎块的坍塌。当结构面间夹泥时，往往会产生大规模的塌方，如不及时支护，将愈演愈烈，直至冒顶。

5)一般强烈风化、强烈构造破碎或新近堆积的土体，在重力、围岩应力和地下水作用下常产生冒落及塑性变形。

(2)围岩的分类

主要是鉴于围岩的稳定性对围岩进行分类，不同建设行业对围岩的分类尚不尽相同。例如，水利建设行业将围岩分为五类，交通建设行业将围岩分为六类。

(三)提高围岩稳定性的措施

(1)支撑与衬砌。

支撑是在地下工程开挖过程中用以稳定围岩用的临时性措施。按照选用材料的不同，有木支撑、钢支撑及混凝土支撑等。在不太稳定的岩体中开挖，需及时支撑以防止围岩早期松动。

衬砌是加固围岩的永久性结构，其作用主要是承受围岩压力及内水压力，有混凝土及钢筋混凝土衬砌，也可以用浆砌条石衬砌。

(2)喷锚支护。喷锚支护是在地下工程开挖后，及时地向围岩表面喷--薄层混凝土(一般厚度为 5～20cm)，有时再增加一些锚杆，从而部分地阻止围岩向洞内变形，以达到支护的目的。

喷锚支护能使混凝土喷层与围岩紧密结合，并且喷层本身具有一定的柔性和变形特性，因而能及时有效地控制和调整围岩应力的重分布，最大限度地保护岩体的结构和力学性质，防止围岩的松动和坍塌。如果喷混凝土再配合锚杆加固围岩，则会更有效地提高围岩自身的承载力和稳定性。

(四)各类围岩的具体处理方法

(1)对于坚硬的整体围岩，岩块强度高，整体性好，在下工程开挖后自身稳定性好，基本上不存在支护向题。这种情况下喷混凝土的作用主要防止围岩表面风化，消除开挖后表面的凹凸不平及防止个别岩块掉落，其喷层厚度一般 3～5cm。当地下工程围岩中出现拉应力区时，应采用锚杆稳定围岩。

(2)对于块状围岩，这类围岩的坍塌总是从个别石块——“危石”掉落开始，再逐渐发展扩大，只要及时有效地防止个别“危石”掉落，就能保证围岩整体的稳定性。一般而言，对于此类围岩，喷混凝土支护即可，但对于边墙部分岩块可能沿某一结构面出现滑动时，应该用锚杆加固。

(3)对于层状围岩，在开挖地下工程时，往往不易打成拱形(或圆形)，爆破后顶面经常成平板状，如不加支护，围岩常常先发生弯曲张开，然后逐渐坍塌。因此对于此类围岩，应以锚杆为主要的支护手段。

(4)对于软弱围岩，相当于围岩分类中的 IV 类和 V 类围岩，一般强度低、成岩不牢固的软岩，破碎及强烈风化的岩石。该类围岩在地下工程开挖后一般都不能自稳，所以必须立即喷射混凝土，有时还要加钢筋网，然后打描杆才能稳定围岩。

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