土质学与土力学(典型案例)

1838-1839：挖环形基坑卸载1933-1935：基坑防水处理基础环灌浆加固1990年1月:封闭1992年7月：加固塔身，用压重法和取土法进行地基处理目前:已向游人开放。2、虎丘塔（1）工程事故概况虎丘塔位于苏州市西北虎丘公园山顶，原名云岩寺塔，落成于宋太祖建隆二年（公元961年），距今已有1000多年悠久历史。全塔七层，高47.5m。塔的平面呈八角形，由外壁、回廊与塔心三部分组成。虎丘塔全部砖砌，外型完全模仿楼阁式木塔，每层都有八个壶门，拐角处的砖特制成圆弧形，十分美观，在建筑艺术上是一个创造。中外游人不绝。1961年3月4日国务院将此塔列为全国重点文物保护单位。1980年6月虎丘塔现场调查，当时由于全塔向东北方向严重倾斜，不仅塔顶离中心线已达2．31m，而且底层塔身发生不少裂缝，成为危险建筑而封闭、停止开放。仔细观察塔身的裂缝，发现一个规律，塔身的东北方向为垂直裂缝，塔身的西南面却是水平裂缝。（2）事故原因分析经勘察，虎丘山是由火山喷发和造山运动形成，为坚硬的凝灰岩和晶屑流纹岩。山顶岩面倾斜，西南高，东北低。虎丘塔地基为人工地基，由大块石组成，块石最大粒径达1000mm。人工块石填土层厚1－2m，西南薄，东北厚。下为粉质粘土，呈可塑至软塑状态，也是西南薄，东北厚。底部即为风化岩石和基岩。塔底层直径13．66m范围内，覆盖层厚度西南为2．8m，东北为5．8m，厚度相差3．0m，这是虎丘塔发生倾斜的根本原因。此外，南方多暴雨，源源雨水渗入地基块石填土层，冲走块石之间的细粒土，形成很多空洞，这是虎丘塔发生倾斜的重要原因。在十年“文革”期间，无人管理，树叶堵塞虎丘塔周围排水沟，大量雨水下渗，加剧了地基不均匀沉降，危及塔身安全。从虎丘塔结构设计上看有很大缺点，没有做扩大的基础，砖砌塔身垂直向下砌八皮砖，即埋深0．5m，直接置于上述块石填土人工地基上。估算塔重63000kN，则地基单位面积压力高达435kPa，超过了地基承载力。塔倾斜后，使东北部位应力集中，超过砖体抗压强度而压裂。（3）事故处理方法：首先采取加固地基的办法。第一期加固工程是在塔四周建造一圈桩排式地下连续墙，其目的为减少塔基土流失和地基土的侧向变形。在离塔外墙约3m处，用人工挖直径1.4m的桩孔，深入基岩50cm，浇筑钢筋混凝土。人工挖孔灌注桩可以避免机械钻孔的振动。地基加固先从不利的塔东北方向开始，逆时针排列，一共44根灌注桩。施工中，每挖深80cm即浇15cm厚井圈护壁。当完成6－7根桩后，在桩顶浇筑高450mm圈梁，连成整体。第二期加固工程进行钻孔注浆和树根桩加固塔基。钻孔注水泥浆位于第一期工程桩排式圆环形地下连续墙与塔基之间，孔径90mm，由外及里分三排圆环形注浆共113孔，注入浆液达26637rn3。树根桩位于塔身内顺回廊中心和八个壶门内，共做32根垂直向树根桩。此外，在壶门之间8个塔身，各做2根斜向树根桩。总计48根树根桩，桩直径90mm，安设3Ф16受力筋，采用压力注浆成桩。虎丘塔地基加固布置图这项虎丘塔地基加固工程，由上海市特种基础工程研究所改装了XJ．100－1型钻机，用干钻法完成，效果良好。3、关西机场（世界最大人工岛）概况：1986年：开工；1990年：人工岛完成；1994年：机场运营；面积：4370m×1250m；填筑量：180×106m3；平均厚度：33m。问题：沉降大且有不均匀沉降。设计时预测沉降：5.7－7.5m；完成时实际沉降：8.1m，5cm/月；(1990年)；预测主固结完成：20年后；比设计超填：3m。4．墨西哥市艺术宫墨西哥国家首都墨西哥市艺术宫，是一座巨型的具有纪念性的早期建筑。此艺术宫于1904年落成，至今已有90余年的历史。该市处于四面环山的盆地中，古代原是一个大湖泊。因周围火山喷发的火山沉积和湖水蒸发，经漫长年代，湖水干涸形成目前的盆地。当地表层为人工填土与砂夹卵石硬壳层，厚度5m；其下为超高压缩性淤泥，天然孔隙比高达7～12，天然含水量高达150%～600%，为世界罕见的软弱土，层厚达25m。因此，这座艺术宫严重下沉，沉降量竟高达4m。临近的公路下沉2m，公路路面至艺术宫门前高差达2m。参观者需步下9级台阶，才能从公路进入艺术宫。这是地基沉降最严重的典型实例。下沉量为一般房屋一层楼有余，造成室内外连接困难和交通不便，内外网管道修理工程量增加。三、与土或土体有关的渗透变形问题1．Teton坝概况：土坝，高90m，长1000m，建于1972-75年，1976年6月失事。损失：直接8000万美元，起诉5500起，2.5亿美元，死14人，受灾2.5万人，60万亩土地，32公里铁路。原因：渗透破坏－水力劈裂。1976年6月5日上午10:30左右，下游坝面有水渗出并带出泥土。11：00左右洞口不断扩大并向坝顶靠近，泥水流量增加11:30洞口继续向上扩大，泥水冲蚀了坝基，主洞的上方又出现一渗水洞。流出的泥水开始冲击坝趾处的设施。11：50左右洞口扩大加速，泥水对坝基的冲蚀更加剧烈。11:57坝坡坍塌，泥水狂泻而下12：00过后坍塌口加宽洪水扫过下游谷底，附近所有设施被彻底摧毁2．九江大堤决口溃口原因：堤基管涌3．龙山水库龙山水库迎水坡防渗加固（1）基本情况龙山水库位于武江上游廊田河支流龙山水上。地处乐昌市东北部的廊田镇龙山管理区龙山村。离京广铁路约12km。集雨面积26.2km2，水库总库容1124×104m3。是一宗以灌溉为主，结合发电、防洪、养殖等综合利用的中型水库。水库枢纽工程是由大坝、溢洪道、输水隧洞和坝后电站组成。大坝于1973年4月按浆砌石重力坝方案施工，于1976年改为土石混合坝，1979年2月大坝建成蓄水。坝高61.5m，坝顶高程361.5m，设计洪水位359.69m，校核洪水位360.42m，正常运用水位358.7m。坝顶宽10.2m，坝顶长155m，坝基为中下泥盘系石英砂岩，离坝轴线上游80m作了帷幕灌浆处理。坝体从高程290~315m为浆砌石砌体。坝体迎水坡防渗体为微风化的砾质粉质壤土及砾质粘土，采用碾压法施工，设计干密度为1.5g/cm3。背水坡堆石体按反滤要求从坝基砌筑至坝顶，采用进占抛滚法施工。（2）险情回顾水库蓄水运用后，坝顶出现多条纵向及横向裂缝，坝顶、迎水坡和背水坡沉陷严重，左、右坝头填土与坝基接触带、右坝头与溢洪道之间的小山包渗漏严重，溢洪道也有渗漏现象。（3）险情分析现场堪察和室内土工分析试验结果表明，大坝、小山包、溢洪道存在的主要问题为：1）迎水坡粘土防渗体填土干密度未达设计标准，填土较疏松，出现裂缝、沉陷，防渗性能也较差；2）左、右坝头填土与岸坡接触带填土较疏松，运用初期出现裂缝、沉陷，防渗性能更差；3）小山包及溢洪道底板的基岩受F6断层的影响，节理裂隙发育，透水性强；4）背水坡堆石体较松动，局部存在架空等现象；5）溢洪道进口段右岸高边坡存在较为严重的安全隐患，坝体左岸下游岩体有滑动的危险。（4）防渗措施2003年，在广东省水利厅的支持下，乐昌水利局、龙山水库管理处对龙山水库进行整修。我院水工专业的学生参观了龙山水库除险、防渗、加固工程。主要的防渗措施如下：1）重新运土夯实坝体，使坝体干密度达到1.5g/cm3；2）对左、右坝头填土与接触带进行充填灌浆防渗处理；3）对迎水坡进行土工膜、混凝土面板覆盖防渗；4）对右坝头小山包及溢洪道底板基岩进行帷幕灌浆处理；5）按反滤要求重新堆砌背水坡；6）坝后修建量水堰，观测渗漏量。土工膜上下铺反滤层背水坡重新堆砌坝后修建量水堰工人正在铺设土工膜