21土石方工程和基础处理.doc

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1、2.1 土石方工程和基础处理2.1.1 地质模型2.1.1.1 建立地质模型的依据及目的广义上的地质研究必须实现两个不同而互补的目标，一个是提供地质数据，另一个是解释这些数据以应用于工程项目： 汇总数据：包括及时为项目经理和参与结构的设计、施工甚至运行的工程师，收集、提供并解释项目设计所需的地质数据。 解释数据：包括对基础地层进行数值判断，通常是定性的判断，如果可能的话，就定量的判断。其工程应用包括：在结构建设、调试期间和贯穿整个寿期，来预测并解释地面反应；推荐施工和竣工后基础监测的方法。建立模型的标准： 地质模型的建立依据： 自然数据-土石的各种地理和结构数据，各向异性性能，稳定带的分析，物

2、理化学性质，机械和水力性质 使用需求：基础地层的性质（承载能力、变形性能），岩石强度，硬度，土石方工程性能，土的大体积稳定性，处理方法，可预期的沉降峰值 用到的学科：地质学，（构造学、地层学、岩相学、化学），大地构造学，（水文地质学、土力学、岩石力学、流变学） 研究方法：地球物理学，钻孔，在实验室和现场的大地构造学试验，水文地质学试验。2.1.1.2 设计研究选择厂址时，进行如下设计研究： 初步地质调查阶段，来选择较好的候选厂址； 在选定厂址上的深层研究和建造许可证所需的书面工作的编制。目标 手段阶段1地质和构造情况并提出临界特征值的不确定性：沉降液化基础稳定性地下渗漏厂址地震等级地球物理学；

3、钻孔取样，记录参数的损伤钻孔；现场土壤和/或岩石的力学试验，水质试验；水文地质研究；实验室试验。阶段2条件确认：地质构造水文地质地震确定结构尺寸所需的参数依据现场条件对结构的调整回填料的使用安全报告文件各种结构的研究，包括：现场试验来确定：强度和承载力静态和动态变形性能剪切性能渗透性能实验室试验来鉴定：静态和动态变形性能剪切徐变压实塌落广义上的地质研究有三个目标： 保证厂址不出现临界特征值； 确定地质条件，以调整结构基础使其适合厂址（预加载，强化场地，换填，动力压实等）； 确定安全相关特征值，尤其是水文地质特征值、地震与当地地质结构的关系。2.1.1.3 确定场地特性2.1.1.3.1 地质特

4、性通过绘制地质图、鉴定土石的自然状态与分布来获得地质特性。土石的多样程度通过如下方法分析： 损伤方法，如机械钻孔，钻孔取样，记录参数的损伤钻孔，井筒，沟渠和其它ad-hoc 研究方法。 无损伤方法，如地球物理学方法，给地球物理学家一个“透明”的观点，使得他们能更清晰地理解和联系钻孔或其它工作提供的信息。有数个地球物理学方法，根据适用范围和研究的深度来选择。经常有必要组合使用多种方法。对每个厂址，探查点的数量和密度必须根据要研究的深度来调整。下表来说明这些方法。方法测量参数适用范围研究深度备注微重力测量相对重度探查浅的空洞，（喀斯特地形）其填充或充水的程度0-50m地震波折射图震源和接收器之间的

5、传播时间基岩破碎带喀斯特区域可移动场地0-200m地震层析成像地震波传播时间基础结构砂浆由测量设备决定需钻孔地震“深源”“浅源”“中间震源”P和S波的波速地震保护确定动态模型参数：杨氏模量、剪切模量和泊松比0-10m，并由测量设备决定需钻孔电学方法表面电阻风化厚度搭接厚度含水等级喀斯特、缺陷、空洞由测量设备决定需钻孔电磁方法表面传导率多孔体破碎体粘土0-100m地质雷达电磁波传播速度破碎体埋地管网和障碍物基坑地表地质0-20m磁学总磁场检查任何铁磁体0-100m感应和自然原子核图感应或自然射线密度含水量空隙率由测量设备决定需钻孔2.1.1.3.2 基础地层的鉴定及其力学性能地层的地球物理学研究

6、必须做到：地层测量的不确定性对响应研究结果的影响可以忽略，包括： 承载能力，沉降和膨胀研究（其幅值必须与结构的位移容许值相一致）。 液化：这个风险对确定的地层明确指出（渗透率小于10-2m/s，由强震活动影响下液化势能的变化来确定）。 边坡（自然或人工修成）的稳定性的研究。它们的失效可能危及设备的安全。对受核电站施工影响的每个地层，地球物理学试验（实验室或现场）必须确定短周期和长周期的变形性能和静态或动态强度特性。要进行的试验的数量、位置和深度，取决于选定厂址的复杂性和。试验的选择显然取决于所要测量的参数，即要解决的问题，但是它又与开挖要遇到或要作为基础的地层（软粘土、硬粘土泥灰土岩石，沙子和

7、石子等）的自然特性紧密相关。确立一个描述特性的试验程序，涉及地层的自然特性、其各向异性性能和所需的其他特性。实验室试验尽可能采用原样样本。作为说明，下表给出为研究的每一项性质而进行的相关试验。要解决问题现场试验实验室试验基础整体稳定性压力表（土）膨胀计（岩石）贯入度仪（土）鉴定剪切试验可压缩性试验沉降压力表（土）膨胀计（岩石）鉴定可压缩性试验挡土墙剪切试验（土）鉴定剪切试验可压缩性试验现场改建边坡稳定性剪切试验（土）水位试验鉴定剪切试验可压缩性试验作业条件夹壁墙稳定性导水机构（土）Phicometer鉴定剪切试验基坑的稳定性剪切试验（土）压力表（土）水位试验、压力计鉴定剪切试验可压缩性试验排水

8、水位试验地震抗力SPT（沙土）压力表（土）贯入度仪（土）横向孔鉴定动力试验（沙土）上述现场试验的现有标准如下：Menard 压力表试验 NF P 94-110现场导水机构试验 NF P 94-112静力贯入试验 NF P 94-113A型动力贯入试验 NF P 94-114SPT（标准贯入试验） NF P 94-115压力计剪切试验 NF P 94-119Phicometer 剪切试验 NF P 94-120作为说明，依据地层性质，鉴定性试验可包括密度、含水量和饱和度的试验。按照地层的自然性质，也包括如下试验：沙粒尺寸分析、沉积物分析、亚甲基试验值、Atterburg 限值、CaCO3含量试验

9、、矿物学分析、CBR（California Bearing Ratio）指数测量、硬度、粗糙度、压碎性等。例如，取决于地层类型，剪切试验可包括如下：用Casagrande 箱的剪切试验、使用三维仪器（CU-加固无排水试验、带有孔压测量的CU+U-加固无排水试验、CD-加固排水试验）的试验、导水机构试验等。作为说明，取决于地层类型，可压缩性试验可如下：oedometer 试验（可压缩性、膨胀）、使用三维仪器（CU、CU+U、CD、徐变）的试验、普氏试验、单轴抗压试验等。作为说明，可对沙土进行的实验室动力试验有共振柱试验、循环三轴仪器试验、扭转剪切试验、振动台试验等。对大多数试验，有必须遵循的标准

10、。试验程序必须适应现场。2.1.1.3.3 水文地质特性因为核电站多坐落在平原上，靠近河流或海洋，所以在厂址内基本上都会有一个或多个地下水位，我们必须对其做出分析，原因如下： 基础施工经常在地下水位以下，排水或防渗方法需要当地水文地质学的知识。 施工期间和结构完成之后，核电站的主要和辅助结构会影响地下水的自然流通。 必须完全知道现场水文地质情况，来鉴定核电站自身意外污染的风险，并找到有效的补救措施，把风险减小至可接受值，即使该风险的机率很小。因此，需查明两种类型的水文地质特性。 首先，其目的是确定厂址上地下水位的个数及其水位，这些可能会因为季节和气象条件以及总体排水方向而变化。这里，必须对压力

11、计和水位记录器的刻度进行设置和跟踪校准。必须遵循标准NF P 94-157-1 中关于开口压力计中测量作业的规定。按照研究内容、地下水的流通和核电站厂址条件，来确定压力计的位置和深度。以一个适合各工程阶段（土质研究、施工、运行等）的频率来建立测量程序。压力计和要进行的试验的数量取决于初始现场知识（例如文献）和现场的地理复杂程度。 更进一步，对要受到核电站施工影响的地下水水力特性也要做出鉴定。这些特性至少包括渗透系数和储水因子。从现场试验1、点钻试验、全范围试验，来获取这些特性。这些试验必须根据每个厂址来调整。 点钻孔试验：有三种类型的常规试验，按照要试验的场地条件而执行。 Lefram 试验：

12、对地下水之下的土壤 NF P 94-132 非饱和土的Nasburg 和USBR 试验 岩石的 Lugeon 试验 NF P 94-131对于这些试验中的每一种，都有一个关于试验功能和试验手段的解释标准，这个标准是必须遵循的。其它试验可通过钻孔实现， 如微型卷筒，来获取流过压力计的竖向水流速度的详细信息。 全范围试验：对水文地质学的响应，这些试验比现场试验更有代表性。因为它们给出了大体积土渗透性的平均值，并考虑天然地下水给水情况。这些试验中，提及抽水试验和跟踪试验： 1：渗透系数可以通过完好样本的实验室试验来确定，但是因为它与沿着钻孔样本轴线的渗透相一致，所以这个渗透系数将会只是一个点值，不能

13、代表全部介质。而且经验显示，它将导致低估值。低估的比率会在1到100之间变化（M Cassan- 地层研究中的水位试验）。这就是为什么不推荐实验室试验，现场试验是优先选择的。 抽水试验（土中）：此试验确定了渗透性和储水系数。这是确定现场排水泵的尺寸所必需的。 跟踪试验：此试验涵盖多种范围：探查排水方向、突出有利路径、估计水流速度和传递时间、水流扩散测量。按照要解决的问题，可能会研究大体积土石方。2.1.2 地基加强或改善在设计研究阶段，如果发现场地作为一个整体需要加强或改善，则需要在土石方工程开始或施工期间，采取合适的处理措施。2.1.2.1 工艺有如下最常规的处理措施： 预加载：在建筑施工开

14、始之前，对场地加载使其沉降。通过增加土的有效应力来实现预加载：在建筑场地上使用良土回填或者从建筑区域的土层中抽水。 排水，例如在回填土层之下排水：以便在建筑施工开始之前，加速回填土加载引起的沉降。 按给定的体积、用其它更适合的材料对场地土进行换填，这样要预先建造挡土墙来完成换填。 通过压实场地（如静力、动力压密等）来减小空洞率，以限制沉降。 改善场地的力学性能或填充空洞（例如：泥浆填塞）。2.1.2.2 检查任何工艺或处理措施，将在现场全过程检查以核实其有效性。检查工作因工艺不同而不同。例如： 对于预加载和排水，沉降测量对应时间而进行。 对换填，进行分层试验以确保换填料合乎要求。 对场地压实和

15、改善，处理工作进行前后分别进行合适的现场试验（压力表试验、贯入试验等），进行比较，以确保这些处理工作达到的场地改善效果满足要求。检查之后，如果处理措施被认为是无效的或者不足的，它将被延长期限（如预加载），或重复，或用其它工艺弥补。2.1.3建筑基础范围内的土石方工程2.1.3.1 土方开挖2.1.3.1.1 施工方案和特征开挖可分数个连续的阶段完成。鉴别开挖的土方，来指导运输车辆分别至备料区、仓库区或回填区。2.1.3.1.2 检查主要用地形学检查开挖工程。根据水平和高程值，通过在土石方工程中设定后者来确保边坡的允许误差。在土石方工程中，要注意控制点的理论坐标和实测坐标之间的偏差：偏差在开挖边

16、界内：挖除。偏差超出开挖边界：在边界内加上一个容许宽度，然后对超出边界的区域进行回填，回填的土方要与开挖的土方相同。回填必须保证与原土的良好粘接和等效压实。回填完成后，清除多余土方。2.1.3.2 石方开挖2.1.3.2.1 施工方案建立爆破方案来限制爆破震动至容许极限，并避免飞石或滚石。超出理论开挖高程的区域，要采取所有必须的措施来防止地层的龟裂或破碎。因此，炸药的选择需根据先前爆破试验的情形来确定。只有在没有磁场和静电流的情况下，才允许使用电子起爆系统。2.1.3.2.2 检查 爆破：每次爆破之前必须对爆破设计进行检查：炸药类型，爆孔及其分布形状的x、y、z坐标，直径，深度，单孔装药量和抵

17、抗线，起爆模式和雷管类型，炸药用量，实际装药迟滞。 振动：对振动的测量和分析包括：使用特殊测量仪器来进行振动信号的传递和存储、结果的处理和输出。 质点峰值速度：在振动频率谱线上进行系统的检查。2.1.3.3 回填回填料必须满足如下条件： 足够的机械性能： 压缩性：能够承受结构对地表的压力 剪切性：确保边坡的稳定性 考虑动力加载的响应（无液化回填、容许一定沉降的动力模块） 对水、结冰的敏感性 能较容易的在不规则的地形上完成 临近材料来源 易于在现场生产制作有数个解决方法，如软土回填碾压、石质回填、细石混凝土。2.1.3.3.1施工方案和特征施工开始之前，对土石的力学性能进行研究来确定最佳回填料和

18、回填所需条件。如果回填必须压实，要确定如下几项： 含水量和最佳压实度：鉴定、监理、CBR、降解等 要使用的机械，所需压实功率，和各种压土机的工作条件（速度、碾压方案） 各层的最大厚度 按照其作业程序的任何土石处理回填料的使用条件和软土回填压实的方案基于技术文献-“技术导则-回填和各层的功能”。回填料不能包含地表土、草、树桩、植物碎屑、雪、冰、粘液、泥浆、泥煤，而且必须是高度的各向同性（除了过度压实层或坚硬区域）。为了存储或分散材料，需进行装载、运送、卸载和存储，进行这些操作时需保持材料的整体性（尤其对于岩石回填，必须避免材料的开裂和破碎）。将材料临时存储以检查其质量。回填区稍微凸起的区域将被夷

19、平。如果材料对水敏感，调整回填层，使得压实后的坡度足够保证溢流的快速排泄，并能避免压实的土层遭遇涝灾、卸压或侵蚀。2.1.3.3.2 检查检查回填料合适压实度的试验，其性质、频率和方法将按照回填的类型来定义。对软土回填： 将系统地检查材料的水含量和回填后的密度（例如用Troxler 伽玛射线密度计）。对岩石回填： 将系统地进行检查，例如承载能力或碎石区的强度 如若材料达不到质量要求，需将其清除。 如若材料的压密度不足，需将其重新压实至要求的压密度。2.1.4 开挖排水通常情况下，不考虑基础地层状况，因为工作场地的限制，都要优先考虑基坑的排水。如若基础地层包含某些材料，如对水敏感的泥灰土和粘土，

20、基坑必须干燥。而且，为了能进行基坑的测量，必须进行排水。基坑排水系统与下列因素有关： 基础深度 地下水位 渗透性 基础地层的自然性质 开挖工程区域的地表状况 材料内部侵蚀的风险必须分析这些因素来建立正确的排水系统，以在土建施工中将地下水位降低至基坑高程以下，如若考虑基坑的稳定性，则需降至更低。在上述基础上，考虑周围环境来设置排水系统，可能含有排水渠、过滤井、带有水泵的排水网，甚至建造一个环绕开挖工程的屏水网，如果有必要需将该屏水网连结至水泵或过滤井。必须采取所有措施来确保排洪水是清澈无污染的。2.1.5 基坑的检查和验收2.1.5.1 地质调查的目标地质调查的目标首先是将基础地层的实际质量与预

21、测质量进行比较，然后采取正确措施，包括如下： 基础地层的地质学图 基础的地质学分析：1) 岩石基础： 断裂带的编号、分级和换填（来及时对基础地层质量做出判断，之后某些区域将被加深开挖或清除）。 对风化岩石带、不同构造之间过渡带的鉴定。2) 软基础： 开挖土层的自然性质。 风化区和/或卸压区的鉴定。2.1.5.2 验收理论结构基础地层的质量和可能出现的地下水会限制开挖工程的验收，而这将会影响附近区域的后续土石方工程。特别地，如果考虑所要求特性，场地的合适性出现局部风险，将进行附加开挖。一旦验收完成，将做出决定：浇注混凝土，或进行回填，或者混凝土置换，或保持场地原样。观察资料和评论都将写入验收单，

22、并对验收单进行编号。2.1.5.3 验收阶段验收阶段如下： 如若有必要，开挖至基坑的理论高程，并清理基坑。 建立一个覆盖整个区域的网络，并按照基础类型对其进行调整（例如大垫层基础：10m/10m）。 地形学调查 影像学调查 停工待检点：决定开始验收，然后出版置换同意书，否则返工进行附加作业和/或清理工作。2.1.5.4 主体施工之前对基坑的保护在混凝土替换之前，如果基坑露天留置一定时间，必须保护其不受侵蚀（雨、雪、冰冻）。2.1.6混凝土替换（岩石基础上）2.1.6.1 分析对缺陷或必须要清除的风化带，有必要用混凝土进行替换，所用混凝土的模数必须与“可做基础”的岩石的模数等效。如若所用混凝土为

23、大体积混凝土，可考虑使用毛石混凝土。如若某些建筑物是建立断裂或破碎的岩石上的。必须进行专门的分析，来确定一个标定这些非正常点的方法。要关注的问题有：“可做基础”的岩石的定义以及在缺陷和开裂处所采取的措施。按照建筑物的性质、基础的特性（荷载、对称性、刚度）、缺陷的尺寸和倾角、总体构造，来估计缺陷的影响。如果有必要，须将大体积基础同普通尺寸的孤立基础区分处理。2.1.6.2 施工方案包括清理深度等施工方案内容的准确值，由地质专家根据实际情况来确定。混凝土必须迅速凝固，以防止基坑表面岩石风化。每次混凝土替换前，必须有基坑验收单。2.1.6.3 检查对小体积混凝土（堵洞），通过观察来检查在基岩和替换混凝土之间，既没有空洞（例如混凝土的收缩引起），也没有风化材料形成的过渡带。对大体积混凝土（替换），也对基岩和替换混凝土之间的接口进行观察检查。按照被置换的岩层的几何特性，可以进行分层试验来确定替换混凝土的模数。