巖土工程概念性問題

的案例分析2015.7.上海

《巖土工程典型案例述評》作者：顧寶和主審：高大釗、李廣信出版：中國建筑工業出版社案例：32個附錄(涉及術語釋義)：32個內容概要32個典型案例，既有成功，也有失敗。工程：天然地基、樁基、基坑支護、基坑降水、圍海造陸、堆山造景、造湖、高填方、鐵路、機場跑道、溢洪道、核電廠、放射性廢物處置、地質災害治理等；巖土：一般第四紀土、淤泥、泥炭質土、殘積土、鹽漬土、多年凍土、第三紀軟巖、風化巖等；問題：斷層、液化、滲透破環、巖溶塌陷、砂巷、高陡邊坡與破碎巖體等；技術方法：地震反應分析、面波探測、管波探測、地震波CT等，

反映了巖土工程豐富多彩的個性。案例導引，用通俗語言將問題提升到理論層面上評議。分析了土的孔隙水壓力與有效應力原理、

軟土擠土效應、土的結構強度、鹽脹性原理、地下水動態與均衡、潛水滲出面、水動力彌散、

巖石力學基本準則、斷層活動性、變剛度調平設計、

地基基礎與上部結構協同作用等問題，巖土工程師必須深知現象背后的科學原理，

認識問題要深刻，處理問題要簡潔、巧妙。強調概念，反對盲目相信計算，盲目套用規范。1案例的價值太沙基：一個詳盡案例應當受到10個具有創新性理論一樣的重視。太沙基在實踐中，從工程案例中吸取知識和經驗，上升為理論，成為巖土工程宗師。

成功的典范，失敗的警示；計算不可能精確，唯原型實測才能定量；

一比一的科學實驗，新概念新方法的源泉。新概念新方法的源泉蘇聯某鋼鐵基地與濕陷性土北京彩電中心與擴底樁南京造紙廠與水泥粉煤灰碎石樁正負電子對撞機工程與全新活動斷裂

案例24北京八寶山斷裂對北京正負電子對撞機工程影響的評價

預測斷裂活動性難度極大，曾長期困擾工程界。八寶山斷裂已有活動斷裂定論，1984年，因正負電子對撞機工程進行深入研究，以確鑿證據作出工程使用期間不會發生淺表巖層錯動的結論。贏得了時間，節省了投資，為全新活動斷裂新概念提供了工程范例，打下了理論基礎。全新活動斷裂新概念以地質歷史觀為分析依據，注意地質年代尺度與工程年代尺度巨大差別，“回顧一萬年，展望一百年”。1%新概念得到業內專家普遍贊同，列入《巖土工程勘察規范》，《建筑抗震設計規范》結束在斷裂活動性面前束手無策的被動局面。計算預測與原型監測日本關西國際機場人工島臺北101工程(案例11)日本關西國際機場人工島上部為厚20m吹填軟土，砂井處理；下臥層為厚120m洪積土，未處理。

勘探測試、計算理論先進。設計階段，計算50年沉降：上部軟土沉降6.5m，機場開通時沉降結束；洪積土沉降1.5m，機場開通時預計幾十厘米。填土達標高后6個月實測，上部軟土沉降5.5m，小于計算值；洪積土沉降1.5m，遠大于預計值。重新勘探試驗和計算，調整為上部軟土沉降5.5m，洪積土沉降5.5m，總沉降11.0m。機玚開通時，按實測數據推算，50年總沉降10.34m，比調整計算小0.66m。本案例條件不復雜，問題在于參數.。缺乏經驗情況下，即使工作認真細致，技術水平高，沉降計算還是沒有把握，單純計算靠不住，原型監測多重要！案例11

臺北國際金融中心大樓巖土工程主塔樓101層，裙房6層，地下室5層。塔樓、裙房均采用樁筏基礎塔樓筏板長98m，寬87m，樁380根，樁徑1.5m，入巖15~33m，

平均入巖23.3m。裙房樁167根，樁徑2.0m，入巖5~28m，

平均入巖15.5m。基坑地下連續墻圍護，厚1.2m，深40~45m塔樓7道內支撐。巖土工程師：陳斗生主要巖土工程問題為：

臺北斷層及其抗震設計問題；

地基基礎問題；

基坑支護與監測問題?？辈焯峁┑膸r土指標有：

密度、含水量、液限、塑性指數、孔隙比、

總應力黏聚力、總應力內摩擦角、

有效黏聚力、有效內摩擦角、

壓縮指數、再壓縮指數、

不排水強度、巖石單軸抗壓強度、

壓縮波速度、剪切波速度樁基試驗性施工和靜載試驗

基巖頂面深度42~60m，塔樓區較淺，

向西南漸深。根據巖相分析和化石鑒定，為400~800

萬年前沉積的上新統桂竹林層，

主要為灰色細砂巖和粉砂巖，偶夾砂頁巖互層。上部10m膠結不好，質地軟弱；10m以下膠結較好基礎方案選擇基礎方案時，考慮了

施工機械與施工技術、

入巖的可行性、

檢驗的難易程度、

工期和造價等因素。采用大口徑現場灌注樁，

塔樓為抗壓樁，裙房為抗拔樁。基礎設計樁基靜載試驗：

量測不同深度樁身應力和位移；

用16種方法對單樁承載力進行分析評估；得到各層巖土的側阻力--深度曲線。以靜載試驗成果參數為主，進行結構－樁－土相互作用分析。計算與實測的比較計算：塔樓中心沉降不超過6~8cm，結構封頂時實測：沉降不大于2cm。計算結果令人滿意。沉降計算不可能很精確，計算模型在于實用，不過分追求先進。重大工程、缺乏經驗工程，

一定的安全冗余是必要的。概念失誤和預測偏差概念失誤是原則性錯誤。質的錯誤正常預測偏差一般由計算模式、計算參數與工程實際差別引起，與巖土工程特點有關。量的偏差為減小偏差：精心勘察設計；現場原型試驗或試驗性施工；加強工程監測。計算可靠性有限的原因計算模式與實際條件的差別，以地基承載力和基坑降水為例；計算參數的不確定性，以壓縮系數和抗剪強度指標為例。地基承載力計算不如載荷試驗推算；基坑降水計算有時不如經驗估計。

2土的結構強度案例6濟南萬科住宅群基礎與殘積土特性

工程概況7棟高層住宅，地上28~34層，地下2層，高度近100m，剪力墻結構，基底埋深7.2m。

地基土概況

地層：①填土、②黃土、③粉質黏土、④卵石、⑤閃長巖殘積土、⑥全風化閃長巖、⑦強風化閃長巖、⑧中等風化閃長巖。持力層：④卵石：局部夾硬塑~堅硬粉質黏土和黏土，部分膠結，層位穩定，未深寬修正承載力特征值400kPa，厚11.70～14.30m；主要下臥層：⑤閃長巖殘積土，土狀-粉細砂狀，普遍分布，厚度10m以上。

指標平均值：含水量43.8、孔隙比1.342、壓縮模量3.76MPa、N=15.7，未深寬修正承載力特征值220kPa。基礎方案天然地基2層地下窒，基礎埋深7.2m，持力層卵石?；讐毫?30~620kPa，修正后滿足，局部黏性土夾層適當處理。下臥層殘積土承載力驗算通過。主要問題：室內試驗壓縮模量低，高層建筑變形驗算不能通過。基礎方案樁基礎灌注樁，穿過④卵石、⑤閃長巖殘積土、⑥全風化閃長巖、⑦強風化閃長巖，以⑧中等風化閃長巖為樁基持力層，嵌巖樁。樁端全斷面嵌入中風化閃長巖不小于2倍樁徑。中風化巖頂面起伏大，應做樁基施工勘察。樁深27~41m，有效樁長20~30m，需穿過巨厚、膠結卵石及殘積土、全風化、強風化巖。補充測試和決策殘積土深層載荷試驗，結果，承載力特征值500kPa，變形模量28MPa。旁壓試驗結果：承載力特征值432~529kPa，壓縮模量為20~27MPa。采用天然地基，補充原位測試數據。施工過程及施工后進行沉降觀測，一般

1~2cm，最大22.5mm。殘積土特點沉積土：長途搬運沉積，風化碎屑經撞擊、摩擦、氧化、溶解、分選，形成卵石、礫石、砂，顆粒堅硬；黏性土蜂窩結構或絮狀結構。傳統土力學只考慮孔隙比變化，不考慮土?？蓧嚎s性、可被壓碎，不研究土的結構強度。殘積土：原地殘留，未搬運和分選，1保留巖石殘余凝聚力(結構強度)；2顆粒組成不明確，外力作用“顆?！笨蓧嚎s或壓碎，粒度變細。殘積土測試很不均勻，大小混雜，夾硬質巖塊，不同母巖和不同風化環境，

殘積土特性大不相同。試樣小代表性不足，試驗數據離散性很大；取樣易擾動，殘余凝聚力或結構強度極易破壞。原位測試為主，標準貫入、動力觸探、

旁壓試驗、載荷試驗等，以載荷試驗為主確定地基承載力和變形參數。案例23墨西哥Texcoco抽水造湖與現場試驗墨西哥軟土：火山灰湖泊中沉積，100%小于0.005mm，片狀，含水量達400%，塑限、液限以百計。原狀土十字板強度10kPa，靈敏度10以上。原狀土直立，搖晃幾下即成稀泥。抽取地下水，70年代地面沉降累計最大9m。砂層中井管高出地面數米。端承樁成“高樁承臺”，影響抗震性能。Texcoco改造項目軟黏土兩層，含水量約300％，孔隙比約10，上層厚35m，下層厚12m，中夾砂層，50m下是10m厚的砂層?，F為荒灘，擬改造為大公園。若干人工湖、排水渠道(總長18km，深5m)、高速公路、飛機場、污水處理場、植樹種草等大量原型試驗研究厲時數年，工地成大實驗室。項目：抽水造湖；補償式基礎；樁基工程；堆方工程；機場跑道；高速公路；渠道開挖；土瓖改良，植樹種草。工程實施和使用過程中，繼續長期觀測。常規勘察是設計前期工作的一小部分。抽水造湖井距l60m，深60m，進入下部砂層，井間設孔壓計。自然水位接近地面，井水位深平均30m，井間水位平均20m，深層沉降標測分層壓縮。造湖面積4.2km×1.2km．5年抽水，體積壓縮總量l760萬m3。除邊緣外，沉降量約4m，180口井總抽水量700L／s。不用任何開挖設備和運輸工具，

造價經濟，現場文明。天高不算高，人智高一超。平地沉作湖。不動土一鍬。堆方試驗為湖堤、高速公路，確定堆方穩定性和沉降量，試段長l00m，高3m，頂寬20m，底寬60m。經7年觀測，堆方中心沉降1.40m．測斜儀量測深部水平位移，平均5cm。結論：堆方壓力下豎向沉降為主．

水平位移很小，堆方穩定。渠道開挖試驗按常規計算，穩定坡度1/12。

靈敏度高，不擾動，利用其結構強度。兩個試驗段，不用挖土機和運輸車，

保持水位，用挖泥船水下開挖運輸。挖深4m，坡度1/3。設監測元件監測

開挖、放水、灌水時的水平、垂直位移，

控制施工速度。

多次放水、灌水，四、五年觀測，邊坡穩定，方法可行。樁基試驗負摩擦試驗試驗樁長30m，三角形截面，邊長500mm。沿樁長設置觀測壓力元件。第一階段無附加荷載，觀測抽水地面沉降的負摩擦力；第二階段為加載試驗，考察時未開始。第一階段隨著抽水和地面沉降，從地表至22m，軸向壓力自上而下增加；22m下自上而下減小，樁端最小。中性點位置在22m，以上負摩擦，以下正摩擦。結構強度的普遍性土的原狀結構具有的強度，非壓密固結形成。幾乎所有土都有結構性，成因和表現各不相同：黏性土：膠體化學、雙電層；黃土：鈣質膠結架空結構；紅黏土：紅土化、上硬下軟、裂隙特征；膨脹土：親水礦物、反復脹縮、“裂土”；結晶巖殘積土：巖石的殘余凝結力；鹽漬土：陽離子和陰離子組分和含量；“硬殼層”：干縮形成結構強度；砂：粒狀土，不同排列不同強度，

黏聚力不一定是0；靈敏度反映結構強度，低靈敏黏土1~2，高靈敏黏土10以上。多數情況一旦破壞，很難恢復。結構強度的多樣性軟土的觸變：膠體搖晃，凝膠--溶膠，靜止，溶膠--凝膠，

有結構--無結構的可逆過程，時間的函數。黏性土表面吸附膠體，

凝膠生成結構強度，溶膠喪失結構強度。膠體顆粒小于0.002mm。粉土搖振效應機制與上述觸變不同。結構強度的多樣性紅土化：高溫高濕氧化環境下，堿金屬、堿土金屬、硅遷移；鐵、鋁氧化物積聚。黏粒聚集，負電荷與陽離子結合，

形成水穩性好的結構。鹽酸鹽紅黏土，下接基巖，上硬下軟，裂隙。孔隙比高，液限高，黏粒含量高，強度也高。強度形成不能用自重壓密和固結狀態解釋。結構強度的多樣性黃土：干旱或半干旱環境生成，粉土顆粒以點接觸為主的架空結構，少量鹽晶和黏粒膠結，水穩性差。膨脹土：親水黏土礦物脹縮性；隨氣候反復；超固結性：反復脹縮形成，側壓力系數很高；裂隙性：密集鏡面狀剪切裂隙；強度特性：隨含水量增大衰減；干濕循環破壞結構性，重塑土脹縮性高于原狀土。結構強度的多樣性膨脹土強度試驗：直剪、三軸剪意義不大，初始含水量不代表工程實況；

非飽和土參數不實際。放坡：自然穩定坡角；擋土：不能用土壓公式計算，側壓力很高；構造措施防增濕強度降低；地基：脹縮變形控制，大壓力有利；無理論計算方法，按脹縮性分級采取措施。傳統土力學的局限傳統土力學是重塑土力學，飽和土力學。傳統土力學未考慮結構性；非飽和土力學不成熟巖土工程用土力學應注意其局限。黏性土的狀態----原狀土不同重塑土；固結試驗----理論上限飽和土；三軸試驗的固結和排水----理論上限飽和土土的結構性難以用傳統土力學理論說明：孔隙水壓力與有效應力原理；土的壓密狀態或固結狀態；建立在有效應力基礎上的強度理論和測試方法；沈珠江：土體結構性數學模型和相應理論用原位測試和原型試驗補充不足，載荷試驗、試樁、試驗性施工、原型監測等。原型試驗墨西哥TEXCOCO；敦煌鹽脹性土(案例30)；青藏鐵路(案例32)；載荷試驗、試樁：現場原型試驗、試驗性施工；《地基處理規范》：預壓、強夯、強夯置換、注漿、復合地基，均強調現場試驗或試驗性施工；新編《高填方地基處理規范》《機場巖土工程設計規范》要求：高填方大面積施工前，在代表性場地進行現場試驗或試驗性施工，確定或優化施工方法和參數。3軟土地基的變形控制

案例4大理某住宅區軟土地基的過量沉降工程概況：共14幢住宅，1幢辦公樓，4~6層磚混結構，設構造柱和圈梁。

毛石混凝土

條形基礎，粉噴樁地基處理，做了靜載荷試驗，

通過了驗收。建筑抗震設防烈度9度。平面布置地基條件鉆孔45個，勘探深度40m。除表層人工填土外，深度40m范圍內均為沖湖相和湖沼相，

土質極軟，泥炭質土含水量214%，孔隙比4.8；淤泥含水量72.6%，孔隙比2.0；黏土含水量73.8%，孔隙比2.0。地層穩定，水平方向變化不大。

序號土名天然含水量w(%)天然孔隙比e壓縮模量Es(1-2)(MPa)承載力fak(kPa)層底平均深度

(m)1填土

2粉質粉土30.00.825.7150

2-1粉土15.60.507.8160

2-2粉土23.10.616.71202.53粘土69.31.782.6803.64泥炭質黏土214.04.81.1307.55淤泥72.62.01.63516.05-1泥炭質黏土216.05.81.330

6粘土73.82.01.860

地基基礎設計毛石混凝土條形基礎，埋深1.5m?；A頂部設圈梁，粉噴樁地基處理，

樁長9m,樁徑500mm，置換率25.6%。處理后復合地基承載力150kPa,檢驗全部滿足設計要求。復合地基靜載荷試驗承壓板尺寸0.88m×0.88m，面積0.7744m2。最大加載為340kPa，

為設計荷載的2.77倍。荷載150kPa時

沉降量小于20mm。實施結果各樓號沉降量和傾斜均過大，最大沉降量近1m因上部結構剛度較大，未見結構開裂，但底層已影響使用。多次組織鑒定，中國建筑學會地基基礎委員會等三個組織聯合評審事故原因概念性分析曾有人認為，置換率25%不夠，需36%才能滿足；粉噴樁用于泥炭土未做試驗；未做樁身取芯試驗；樁的有效長度不足；布樁數量不足；應采用混凝土樁。如采用混凝土樁、置換率36%、做了試驗、樁數、樁長足夠，過量沉降可以避免嗎？評審意見實質是設計方案概念性失誤：基礎埋置過深，未充分利用硬殼層；用條形基礎不當，基底壓力過大，

超過復合地基下極軟土的承載能力；粉噴樁達不到控制沉降和差異沉降目的。在深不見底（勘察深度40m未揭穿）的極軟土上用任何增強體均無效果(包括樁基礎)。基礎荷載傳到復合地基，應力并非到此為止，而是繼續向下傳遞。如復合地基落到硬層，沉降肯定不大；如雖無硬層，但模量增大，沉降會減少。復合地基下是極軟土，不會有明顯效果。厚層軟土上的復合地基必然大量沉降。樁基也要落在相對硬層，樁間土向下傳遞應力泥炭土和淤泥土的區別淤泥：靜水或緩慢流水環境中沉積，經生物化學作用形成,天然含水量大于液限，孔隙比大于1.5的粘性土。淤泥質土：靜水或緩慢流水環境中沉積，經生物化學作用形成,天然含水量大于液限，孔隙比小于1.5但大于或等于1.0的粘性土或粉土。主要是微生物作用，有機質充分分解，不含植物纖維。泥炭土和淤泥土的區別泥炭：含有大量未分解的腐殖質，且有機質含量大于60%的土。泥炭質土：含有大量未分解的腐殖質，且有機質含量大于10%，小于或等于60%的土。沼澤沉積，含大量不同分解程度的腐殖質，孔隙比很大，重度很小，壓縮性高，固結和蠕變時間長；含較多纖維，有一定抗拉強度，可直立一定高度。工程性質很差，不能作為天然地基。檢驗的誤導承壓板面積0.88m×0.88m，板下有相當厚的硬殼層，壓力影響范圍內硬殼層起了重要作用。實際基礎尺寸比承壓板大得多，影響深得多，硬殼層下的軟土起了主要作用。復合地基載荷試驗成果成了假象，誤導了設計。地基與結構的剛柔相濟本案例雖沉降很大，但上部結構未見損壞。差異沉降相同，硬土比軟土傷害大。硬土剛度大，適應柔性結構，如膨脹土；軟土剛度小，加強結構剛度以控制差異沉降。如十字交叉基礎、筏板基礎和箱形基礎。建筑體型簡單、增加隔墻、控制長高比等。概念清楚是關鍵對地基變形內在機制的深刻理解：傳力過程、應力分布、土的特性、與結構的共同作用；包括天然地基、地基處理、樁基?；窘涷瀬碜裕旱貐^觀測數據和經驗的長期積累：原型試驗、原型監測；專門性研究；計算模式、計算參數、安全系數的配套。地基基礎與上部結構的協同作用分析北京國家體育場（鳥巢）的地基基礎工程(案例2)北京豐聯廣場大廈地基與基礎的共同作用分析(案例12)變剛度調平設計北京望京新城兩項目基礎工程的變剛度調平設計(案例3)

4飽和土的擠土效應案例8武漢某高層住宅的樁基失穩事故地上l8層，地下l層，總高度56.6m，

鋼筋混凝土剪力墻結構。

地下室底板埋深原設計5m，

夯擴樁，

樁徑480mm，單樁承載力l000kN。實際樁長l6.0～20.0m，

樁端持力層粉細砂，穿過厚度13m的淤泥和

淤泥質土，進入粉細砂層深度約0.8m。地基條件人工填土，厚1.5～6.0m；高壓縮性淤泥，厚9.4～14.4m高壓縮性淤泥質黏土，厚2.2～2.4m

兩層總厚度12.4～16.8m；

含水量最高78.1％，平均58.0％；

孔隙比最大2.30，平均1.63；

壓縮模量最小1.2MPa，平均2.0MPa。稍密-中密粉細砂，夯擴樁持力層，以下為砂卵石、基巖。事故概況結構封頂后，突然向東北方向傾斜，頂端位移470mm?；A東北角沉降54~55mm，西南角沉降僅5mm，對角傾斜1.2%。搶救措施：東北角挖土卸載，注漿加固，打7根錨桿靜壓樁；西南角加載5000kN。第18天突然轉向西北方向傾斜，第22天頂端位移達2884mm，建筑重心偏移1442mm。第二天實施爆破。從發現傾斜到爆破拆除，僅隔三個星期。事故原因分析上述過程可見，傾斜是群樁失穩，變形呈發散和不穩定態，不是樁端下土壓縮造成的不均勻沉降。1樁型選擇不當：夯擴樁是擠土樁，淤泥和淤泥質土對擠土極為敏感；2

樁端進入持力層僅0.8m：側向有十幾米厚的淤泥和淤泥質土，約束力嚴重不足；3

樁身嚴重缺陷：三類樁占被檢測樁的20％；4基坑開挖失控：僅部分地段設置粉噴樁，致淤泥移動，推動樁體偏移，336根樁中有172根樁位偏移超過規范，最大1700mm；5

歪樁正接：336根樁完成l90根時，底板提高2m。偏位樁接長2m，樁身成折線。6應急措施不當：對失穩性質缺乏正確判斷，采取挖土、注漿、堆載措施糾傾，加速失穩。巍巍鋼骨水泥樓，歪斜旋動不可收。只緣淤泥無約束，可憐一瞬石渣流。案例7昆明某工程基礎事故的概念設計問題綜合樓，地面以上4部分：①28層筒體塔樓，高109.0m；②主體部分26層；③副體部分18層；④純地下室。筏基底板長78.6m，寬35.9m，埋深近11.0m?？蚣芗袅Y構，振動沉管樁+梁板式筏板，樁徑500mm，有效樁長21.5m，滿堂布置。樁距：1.8mx1.8m和1.8mx2.lm兩種。單樁承載力標準值：1100kN，靜載荷試驗確定。筏板主梁：1.40m×2.30m，次梁0.60m×2.18m；筏板厚度：筒體部分1.0m，其余0.6m。筏基平面地基條件70m深度內全部為第四紀沉積物，前期為湖相粘土、泥炭層，中期為湖相粘土及含粉細砂的粉土層，后期為沖洪積粘土、圓礫和粉土層。穩定地下水位埋深1.2~1.6m。筏基座落在粉土層④上，樁端持力層為粘土層⑧(相對軟弱)。事故主要表現筏基主、次梁及筏板開裂、滲漏。上部結構也有裂縫。筒體附近出現最早，最密集。事故原因的概念性分析飽和粘性土中采用擠土樁，

樁數多，樁距??；樁尖持力層為軟弱土；均勻布樁，筏板太薄。荷載不均勻，地基軟弱，或加大基礎剛度，筏板足夠厚或用箱基；或采用變剛度調平設計，對應荷載分布布樁。受力明確，荷載傳遞路徑短，減小結構內力,減少結構變形和次應力。荷載和剛度差異如此之大，采取基本均勻布樁，筏板做得如此之薄！小結擠土效應：飽和土和非飽和土，

強透水土和弱透水土，

擠土樁和非擠土樁。

其他實例：福州、丹東軟土側向約束和樁進入持力層深度工程師的判斷力5基坑隆起和水患廣東某工程工程概況地面以上27層，總高99.8m，地面以下4層，基坑深度16.5m。地下室平面尺寸為：

東西寬約70m，南北長約90m。土質概況海積、海陸交互沉積，厚度極不均勻，海陸交互沉積以下為殘積土，頂面深約23m。支護結構無嵌固深度的逆作擋墻+鋼結構內支撐；攪拌樁加旋噴樁截水圍幕。鋼筋混凝土直墻分6層，鋼支撐4層，

分別支撐在第一、二、四、五層直墻上。

標高為-3m、-6.5m、-10m、-13.5m。每層直墻分35段，鋼支撐13道，每角有3道，45度角對撐，東西向水平支撐一道。事故經過擋土墻從上至下逆作施工，4月10日第四層擋墻封閉，開挖深度應11.7m，但實測已達15.0m，局部16.8m，低于第四層鋼支撐。此時第四層鋼支撐尚未安裝，第三層還有1號和13號未安裝。4月28日測試，超過130MPa的已達24個，超過150MPa的已達20個。第一層支撐受壓構件變成了受拉構件。4月30日，發現擋墻下沉和傾斜明顯增加。5月2、3日連續暴雨，加速險情。5月6日上午，坑外地表累計下沉176mm，下午2時，基坑南面鋼支撐連續爆裂、端部多處開裂、脫落、失穩，坑底土隆起200mm。4時全線撤離，居民疏散。4點30分，坑內頻繁爆裂聲響，東南角首先坍塌，墻體后仰滑入坑內。接著西南角也后仰滑入坑內，坑外3棟房屋整體滑入坑內（滑距20余米）。晚上8時許，整個基坑全部倒塌。由于人員撤離及時，未造成人員死亡。事故原因分析1地質條件復雜；2嚴重超挖；3設計方案重大失誤。軟土深基坑采用無嵌固深度的混凝土擋墻逆作圍護，嚴重概念性錯誤。

設計者僅考慮側土壓力，忘記了豎向力的問題。隨基坑加深，基坑內外豎向壓力差越來越大，如土質好，可依靠承載力平衡；如土質軟，壓力超過土的強度，必然產生塑性流動和破壞，表現在坑內隆起，護壁后仰，整體滑動。無嵌固直墻基底隆起土釘墻基底承載力不足

引發隆起破壞

案例17安貞雅園地下車庫基坑事故

基坑深度：13.0m。周邊情況復雜：西側距坑邊13m：兩座居民樓、兩個化糞池；化糞池與基坑間：新回填土，有污水管道；緊鄰坑邊：

電纜管道、燃氣管道、上下水管道等?；訃o土釘與錨桿組合的復合土釘墻，共8道，第1道深2.0m，以下間隔均1.5m。第2、3、4、5道為錨桿，配2根16mm鋼筋；第2、3道長度13m；第4、5道長度12m。第1、6、7、8道為土釘，鋼筋直徑22mm，長度第1道12m；

第6、7、8道10m、9m、8m。地質條件人工填土，厚度1.50~4.20m；②粉質黏土、重粉質黏土；③粉質黏土、③1砂質粉土、黏質粉土；④粉質黏土、重粉質黏土；⑤1中砂、細砂、⑤卵石、圓礫；⑥卵石、圓礫；⑦粉質黏土、重粉質黏土。地下水位埋深1.05~2.40m。事故第二、三排土釘施工時孔內有少量臭水，邊坡無異常。5月6日，5號樓東側污水井涌水，地面積水。5月7日，地面方磚輕微下沉。5月8日，疏通管道，未徹底，中午污水井抽水，避免繼續外溢。5月6日，5號樓東側污水井向上涌水，致地面積水。5月7日地面方磚輕微下沉。5月8日疏通管道，未徹底。中午從污水井抽水，避免繼續外溢。5月9日早晨，方磚嚴重下沉。挖開發現兩個化糞池4個出口管道接口錯位。排出污水不能流入污水管道，滲入基坑。隨即化糞池抽水，坡面混凝土局部崩裂，加大。5月10日早晨，方磚嚴重下沉，局部斷裂。開始疏導小區車輛，準備斷水、斷電、斷氣。8點05分，西側北段下滑,10分鐘南段下滑，最深下滑8~9m,整體向東推入坑內。原因分析基坑不深，環境復雜。土釘和錨桿組合支護，土釘需一定位移才能發揮，錨桿為了限制位移，二者不能同步發揮。墻面柔性，錨桿并非固定在護坡樁上，控制位移能力有限。土釘與錨桿的作用有本質不同?？舆呑詠硭㈦娏?、燃氣、污水管道、化糞池，采用了難以控制位移的支護方案，不妥。

原因分析事故直接原因：坑側污水管道錯位堵塞，污水滲入土內，降低土的強度，增加水壓力（或滲透力），增加土重，促使土體加大位移。土體位移加大進一步增大管道錯位和漏水，進一步增加土重和水壓力，降低強度，如此反復惡性循環，最終導致整體滑坡。水患是北方基坑大敵，

絕大多數基坑事故與水患有關。某基坑水患案例15北京郊區某工程的基坑滲透破壞

滲透破壞概況上部粉土和黏性土，厚約12m；下部巨厚新近系長辛店礫石層(卵石，半膠結)。地下水位：地面以下2m?；娱L76m，寬38m，深9.1m，放坡開挖，坑中坑。

天然地基，粉土和粉黏為持力層。降水回灌結合，36個降水井，井深12m，到達長辛店礫石層頂面，回灌井在降水井外圍。實施挖至7m，再挖一鏟發現地下水，水位深8.1m，水量較大。認為上覆粉土和黏性土豎向滲透系數遠大于水平滲透系數，估計為2m/d。無法繼續降水?；觾葌戎苓厪娦型谥辽疃?.4m(深于基坑標高300mm)，碎石回填成盲溝，集水坑抽出。問題繼續開挖，接近設計標高時冒水，似“泉眼”；盲溝頂部“橡皮土”，開挖較淺處情況正常?？觾?處載荷試驗(實際完成2處)。

壓板面積2m2，要求承載力特征值250kPa。實際：1號極限承載力350kPa；2號不正常，加載很小即大量沉降，未能完成。地基土嚴重擾動，放棄天然地基，用樁基礎。判斷失誤，方案失誤是滲透破壞，非滲透系數垂直遠大于水平。自然水位2m，基坑深9.1m，降水井深12m，礫石層頂，深于基坑底不到3m，有回灌井。含水層滲透性強、厚度大，降水井全深度在弱透水性土中，抽水只能井底進入，不能有效降低礫石層水頭。周邊盲溝排水對上層滯水和降深不大潛水有效，本案例強透水層水頭高出坑底7.1m，盲溝降水不可能。滲透破壞土體骨架由于滲透力作用而發生的破壞現象，主要包括流土和管涌。流土：向上滲流地下水流速超過臨界狀態，滲透力使水流逸出處的土粒處于懸浮狀態，造成地面隆起、水土流失的現象。

管涌：滲流作用下，土中的細粒通過骨架孔隙通道隨滲流水從內部逐漸向外流失，形成管狀通道，可使土體破壞的現象。流土與管涌的區別流土：發生在顆粒較細而均勻的土中；管涌：發生在顆粒粗細不均勻的土中。流土：發生時土粒全面懸浮，迅速失去強度；管涌：開始流失細顆粒，逐漸發展為管狀通道，漸進式破壞。

流土比管涌更危險。突涌：力學平衡問題，開挖速度較快，承壓水頭將黏性土拱破，形成裂縫，水土涌出，坑底隆起、破壞。壓力超越臨界度，基坑頓成萬泉湖。

強度盡失地基毀，一池泥水難排除。

6岸邊液化案例25岸邊地震液化和地震液化的基本經驗

工程概況6層磚混住宅區，無地下室。場地：400m×600m，位于一級階地邊緣，略向漫灘傾斜，坡度2%。東側為河漫灘，階地高于河漫灘約3m。地基概況耕土：粉質黏土：厚2.5~5.4m；細砂：N=8~10，1.2~2.1m；粉質黏土：厚3.3~4.4m；中砂：N=24~32，厚5.0~7.0m；粉質黏土：未揭穿。液化判別按當時《工業與民用建筑抗震設計規范》判別上層砂土可液化，下層砂土不液化。上層砂土厚度小，液化輕微，不作地基處理?？梢夯瘜与m很薄，但向河漫灘傾斜，地震液化可能導致場地滑移，后果嚴重，應地基處理，消除液化。地震液化廣義液化：按有效應力原理，土的抗剪強度為：飽和土在動力、靜力或滲透作用下，由固體轉為液體，抗剪強度喪失的現象。松砂剪縮，孔壓迅速上升，剪應變迅速增加而破壞；密砂孔壓和剪應變保持穩定變化，荷載相當高時強度仍不破壞。2003年7月1目上海4號地鐵越江隧道突涌事故

規范液化判別方法的由來開始時引進Seed簡化法，擾動砂樣制成密度與原狀土“相等”試樣，動三軸儀液化試驗，代入Seed公式，判斷液化。試驗可重復性很差，試樣失去原狀結構，密度與原狀土不能相等，還有儀器、動應力模擬、用于現場判別等問題。作為研究手段不錯；解決工程問題，不現實。改用“概念加經驗”方法。概念：影響液化的主要因素地震設防烈度、地震分組；場地條件：土性(砂土、粉土及其密實度)、

上覆壓力、水位。N值表征密實度：松砂和密砂在循環荷載作用下

表現完全不同?；蛴渺o力觸探，不用動三鈾試驗。深度表征上覆有效壓力。經驗：現場調查測試

統計分析分別在液化場地和非液化場地進行標貫試驗(以噴水冒砂為標志)，1970年通海地震、1975年海城地震、1976年唐山地震等，將試驗成果用兩組判別統計分析

（“液化組”和“非液化組”），多次調整修改后得到現行規范的判別方法判別方法的局限性不確定因素多，隨機性強，只大致判斷。液化與非液化交叉，液化組與非液化組均有不成功子樣。判別成功率90%，并非可靠性90%。地震烈度、地震分組、地震歷時的不確定性；只考慮黏粒含量，粗、中、細、粉砂一律對待；液化后密實度不能真正代表液化前密實度。參與統計子樣代表性有限，將局部地區經驗推廣到全國，可靠性不會太高，方法的簡捷和實用花了很多專家和科技人員的心血：尋找既科學又簡便的判別方法，現場原位測試，大量計算分析。理論雖不完善，但簡便、實用，可靠性優于基于動三軸試驗的Seed法。了解其中問題，才能自覺應用。理性認識深刻，解決問題簡捷。認識問題是大道理，要憧；解決問題是硬道理，要做。平原液化平原液化地基失效與噴水冒砂有關。噴冒水土流失，地面嚴重變形，無法計算。計算震陷評價液化，不會有良好前景。振動使松砂趨密產生超靜水壓力，超靜壓消散噴水冒砂實質是滲透破壞，使土變松。噴冒使土極不均勻，模型試驗噴冒前“水夾層”唐山三次試驗：震后2個月深部砂土變密，淺部變松；震后11個月淺部恢復。密實度和強度變化復雜，前期振動液化增密，后期滲流液化變松，固結恢復有較長時間過程。岸邊液化斜坡岸邊液化失穩與側向擴展或滑移有關，后果比噴水冒砂更嚴重。液化層很薄，也發生嚴重后果?！督ㄖ拐鹪O計規范》液化指數計算和液化程度判別，其實只適用于噴水冒砂。側向擴展實例：天津毛條廠。臨近河岸，柱向河岸側移，房頂垮塌。唐山地震、阪神淡路地震唐山液化滑移張裂阿拉斯加1964年8.4級(9.2級)地震長1000km，寬800km的范圍內地殼形變，下陷12m，上升11.6m。小島移動15m。地面斷裂長60km，斷層崖高11m。液化滑坡體長2400m，從20m高的懸崖滑出150m，直達海中。至少70棟房屋被毀，道路、電力、通訊、自來水、煤氣破壞。港口下陷1m多，嚴重破壞，改為旅游區。阿拉斯加1964年8.4級(9.2級)地震海嘯：每11.5小時一次，最大一次浪高30m，倒卷時高50m。波及日本、加州、直至南極。加州第一次浪高6m，第二次9m，沖毀房屋百棟。地面大變形，巖層破裂長8公里，與海溝平行。地面與房屋像海浪起伏，翻騰，裂口張合。市區出現深3.66m，寬15.23m大裂縫，一男子和兩個兒子掉入吞沒。阪神-淡路1995年7.3級地震兩人工島液化嚴重，幾乎所有岸壁崩塌，滑向大海，跨海大橋損壞嚴重，神戶港頓失生機。碼頭、防波堤、貨場及附屬結構均損害；地面大規模下陷，最大1m以上，致地面龜裂、基礎淘空等；樁基礎結構物未倒塌，但四周地面下陷剝離,基礎外露。唐山地震不同自振周期的表現《建筑抗震設計規范》4.3.16在故河道以及臨近河岸、海岸和邊坡等有液化側向擴展或流滑可能的地段內不宜修建永久性建筑，否則應進行抗滑動驗算、采取防土體滑動措施或結構抗裂措施。怎樣對待規范？規范要遵守，但不能盲目，基本概念和基本經驗不能忘記。規范的權威性；規范的作用；規范局限性：1規范只規定量大面廣普遍性問題，不能包含一切特殊問題。2規范只規定成熟被公認的經驗，爭議尚無定論的問題先放一放，繼續探索和積累。神圣化、絕對化，盲目、迷信，有害。在理解科學原理和基本經驗的基礎上執行。標準化改革解決“亂”結構不合理，矛盾重復、“軟”約束不力、“低”水平低的問題。政府主導，側重保基本：

強制性標準：國標，全文強制，包括引用；

推薦性標準：國標、行標、地標，無強條。市場為主，側重提高競爭力：

團體標準；

企業標準。7巖溶探測和治理案例29長昆客專懷化南站

巖溶的綜合探測技術地質和工程概況長沙至昆明高鐵

懷化南站第四系雜填土、粉質黏土、黏土，含礫砂，厚一般10~20m?；鶐r為白云質灰巖，中厚-厚層，節理裂隙較發育，巖溶強烈發育，全場分布。巖溶水連通性好，孔隙潛水和地表水下滲補給。填方可能巖溶塌陷。采用低樁板和橋結構，將荷載通過鉆孔樁直接作用在完整巖體上，一柱一樁，最大樁長84.0m地質和工程概況溶洞埋深3.7～79.0m，洞高0.2～24.30m，

多無充填。鉆孔遇洞率70.9%，線溶率0.36%～48.57%。

地下水位多高于可溶巖頂板。溶洞大小、深淺和分布極不規律，

單純鉆探無法查明。結合鉆探，采用地震波CT和管波技術，

解決了難題。探測方法例如：一個橋墩16根樁為一組，

縱向樁間距6.0m，橫向樁間距5.5m，4鉆孔，取芯鑒定；兼管波探測；兼地震CT激發孔和接收孔，相鄰孔間孔透。地震CT最大孔透距離24.4m，最小16.5m。發現孔底溶洞依然發育時加深，以最深溶洞底板下10～15m控制，確保孔底完整基巖。地震波CT利用射線走時重構巖土波速分布，堅硬完整巖體波速高，裂隙、溶蝕、空洞低速異常。

波速差異是探測的物理基礎。一發多收扇形系統，組成密集交叉射線網絡。激發深度間隔1.0m，接收深度間隔0.5m，反演形成被測區域波形圖像，劃分巖體性質，確定溶洞、溶蝕、裂隙發育帶等的分布。管波技術液體與固體相鄰，液體振動在界面附近產生沿界面傳播的界面波，稱廣義瑞利波?？變确Q管波。管波在孔壁外一定范圍內沿鉆孔軸向傳播，除在孔徑變化、孔底和孔液表面產生反射外，在管波有效探測范圍內任何波阻抗變化都會產生反射。波阻抗變化必是孔側存在不良地質體(溶洞、溶蝕、軟層、風化帶、裂隙發育帶等)。管波能量強、衰減慢，很容易識別。有效探測半徑2.0m，分辨力0.3m，豎向探測精度非常高。有效探測半徑為2.0m，分辨能力為0.3m，具有非常高的垂向探測精度。

有效探測半徑為2.0m，分辨能力為0.3m，具有非常高的垂向探測精度。

有效探測半徑為2.0m，分辨能力為0.3m，具有非常高的垂向探測精度。

優勢互補鉆探：直接勘探手段；但孔徑不足一百毫米，“一孔之見”，不能查明洞隙分布和形態。地震波CT：提供大量孔間信息，全面；

但某些條件不易正確解釋。管波：范圍不大；但精度很高，彌補鉆孔和地震波CT不足，直徑2m對樁基很有價值。三種方法優勢互補，達到有效查明樁基相關地段隱伏洞隙目的。對工程物探的期待本案例使我們豁然開朗，物探不僅可在勘察前期提供線索，還可在施工圖設計和施工階段發揮不可或缺作用，能發現樁基相關部位大于0.5m的洞隙，還能檢驗鉆孔的真實性，做得如此精確！物探可以為工程建設做更大貢獻，物探可以成為勘察工作的主力軍，為工程物探的發展和技術進步增強了信心。鬼斧神工千百態，鑿成陷阱工程栽。鉆探管波加CT，勾出洞隙免受災。案例27唐山市體育中心

巖溶塌陷治理唐山市體育中心巖溶塌陷概況1988年6月6日，第二田徑訓練館地面塌陷，深6.5m,面積約35m2。碎石填滿。6月15日再塌陷，兩混凝土柱陷入，房頂坍塌，同時主席臺西北角地面沉陷，2001年4月最大沉陷達47cm,面積496m2，成危險建筑。1991年始，多次勘察，未進行治理勘察設計。為迎接2001年9月18日全國陶瓷博覽會，市政府決定對巖溶塌陷徹底勘察和治理。塌陷松動帶塌陷范圍土體被潛蝕、破壞，形成松動帶，強度明顯降低，標貫錘擊數顯著低于正常值。明豐房地產公司場地標貫試驗14次，錘擊數最大僅6擊，有的測不出錘擊數；

正常地層黏