环境岩土工程学概论

8.1.1桩挤土效应的理论分析
1.小孔扩张理论
塑性区的应力变化
对饱和软土，其塑性区任一点的应力两 个方向(径向 r 、切向 t )上的总应力增量：
r Cu2lnR1 t Cu2lnR1
R--塑性区半径；
cu--土的不排水强度； ρ--离桩心距离；
弹性区的应力变化
2
r
R
2
t
R
Байду номын сангаас
R--塑性区半径；
(3)挤土效应的影响。
❖桩打入地下时，桩身将置换同体积的土。因 此在打桩区内和打桩区外一定范围内的地面， 会发生坚向和水平向的位移。
❖大量土体的移动常导致邻近的建筑物发生裂 缝、道路路面损坏、水管爆裂、煤气泄漏： 边坡失稳等等一系列事故。
上海外白渡桥立剖面图
按桩的挤土效应，桩可分为：
排挤土桩
当土体确定后，土的力学指标E、μ、c、φ不变， 塑性区半径与小孔直径呈线性关系。
8.1.3沉桩对周围环境的影响
(1)噪音的影响。
❖打桩时柴油锤产生的噪音可高达120dB以上，一根 长桩至少要锤击几百次乃至几千次。这对附近的学 校、医院、居民、机关等都具有一定的干扰作用， 打桩产生的噪音影响人们学习、工作和休息。
三级
2.围 护 墙 最 大 水 平 位 移 0.7％ H
3.Ks≥ 1.2
离基坑周围 mm 范围内没有需保护的 建筑设施和构筑物，地下管线
注 ： H 为 基 坑 挖 深 ， Ks 为 基 底 隆 起 安 全 系 数 ， 按 圆 弧 滑 动 公 式 算 出 (c， φ 取 峰 值 的 70％ )。
3.地铁车站深大基坑的施工技 术要求
8.2.1深、大基坑工程及其环境 土工问题
地表沉降与土层位移
❖(1)墙体弹性变位； ❖(2)基坑卸载回弹、塑性隆起、降水不当引起的管涌、
翻砂； ❖(3)墙外土层固结沉降； ❖(4)井点或深井降水带走土砂(也是一种地层损失)； ❖(5)墙段接头处土砂漏失； ❖(6)槽壁开挖，地层向槽内变形。
基坑变形控制环保等级标准
(6)其他。
❖如设置防振沟等等。
加强监测。
8.2基坑开挖造成地面移动或失稳
随着经济建设的发展，高层建筑的基坑面积越 来越大，深度也越来越深。
开挖基坑，大量卸荷，由于应力释放，即使有 刚度很大的支护体系，坑周土体仍难于避免会 发生水平方向和竖直方向的位移。再由于地下 水的渗流，基坑施工期长，坑周土体移动对建 筑物、道路交通、供水供气管线、通讯等造成 很大的威胁。
保护等级
地面最大降量及围护结构不平位 移控制要求
环保保护要求
1.地 面 最 大 沉 降 量 0.1％ H
基坑周围 10m 范围内设有地铁、共同
特级
2.围 护 墙 最 大 水 平 位 移 0.14％ H
沟、煤气管、大型压力总水管等重要
3.Ks≥ 2.2 l.地 面 最 大 沉 降 量 0.2％ H
建筑及设施、必须确保安全。 离 基 坑 周 围 "范围内没有重要的干线
环境岩土工程学概论
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
解决工程与环境之间的矛盾的几点原则： (1)环境补偿的原则 (2)工程避让的原则 (3)环境治理的原则
8.1打桩对周围环境的影响
预制桩及沉管灌注桩等挤土桩，在沉桩 过程中，桩周地表土体隆起，桩周土体 受到强烈挤压扰动，土体结构被破坏。
探讨受打桩扰动后桩周土的工程特性， 对合理进行桩基设计具有重要意义。
(1)撑后挖，留土堤； (2)对支撑施加设计轴力(30％～70％)的预
应力；
(3)每步开挖及支撑的时限tr≤24h； (4)坑内井点降水以固结土体、改善土性，
减少土的流变发展。
5.变形监控
(1)施工工况实施情况跟踪观察； (2)日夜不中断的现场监测与险情及时预测
和预报； (3)定量反馈分析，信息化设计施工； (4)及时修改、调整施工工艺参数； (5)及时提出、检验、改进设计施工技术措
施。
6.减少沉降的措施
(1)采取刚度较大的地下连续结构； (2)分层分段开挖，并设置支撑； (3)基底土加固； (4)坑外注浆加固；
(5)增加维护结构入土深度和墙外帷幕； (6)尽量缩短基坑施工时间； (7)降水时，应合理选用井点类型，优选
滤网，适当放缓降水漏斗线坡度，设置 隔水帷幕；
(8)在保护区内设置回灌系统； (9)尽量减少降水次数。
cu--土的不排水强度； ρ--离桩心距离；
塑性区边界上径向位移、塑性 区半径及桩土界面的挤压力
up 1ERCu
R r
E
21 Cu
Pu--桩土界面径向挤压应力； cu--土的不排水强度； up--塑性区边界上的径向位移； E--土的弹性模量；
μ--土的泊松比。
Pu Cu
ln21ECu
1
2.强扰动区的范围
(2)振动的影响。
❖打桩时会产生一定的振动波向四周扩散。振动对人 来说，较长时间处在一个周期性微振动作用下，会 感到难受。特别是住在木结构房屋内的居民，地板、 家具都会不停地摇晃，对年老有病的人影响尤大。
❖在通常情况下，振动对建筑物不会造成破坏性的影 响。点振源，迅速衰减,精密机床、仪器仪表的正常 操作有影响
(2)设置防挤孔。
❖在打桩区内或在打桩区外，打设若干个出土的孔。 出土孔的数量可按挤土平衡的原理估算；
(3)合理安排打桩顺序和方向。
❖对着建筑物打桩比背着建筑物打桩的挤土效应要不 利得多；
(4)控制打桩速率。
❖打桩速度越快，挤土效应越显著；
(5)设置排水措施。
❖促使由打桩挤压引起的超孔隙水应力消散；
一级
2.围 护 墙 最 大 水 平 位 移 0.3％ H
水管、对沉降敏感的大型构筑物、建
3.Ks≥ 2.0
筑物
1.地 面 最 大 沉 降 量 0.5％ H
二级
2.围 护 墙 最 大 水 平 位 移 0.7％ H
3.Ks≥ 1.5
离基坑周围丑范围内没有较重要支线 管道和建筑物、地下设施
1.地 面 最 大 沉 降 量 1％ H
❖如混凝土预制桩、木桩等；排土的体积与桩的外包 体积相等；
非排挤土桩
❖排挤土的体积为零。如钻孔灌注桩、挖孔桩等；
低排挤土桩
❖排挤土的体积小于桩的外包体积，如开口的钢管桩， 工字钢桩等。
Y型沉管灌注桩
减少挤土影响的措施：
(1)预钻孔取土打桩。
❖先在打桩的位置上用螺旋钻钻成一直径不大于桩径 2／3、深度不大于桩长2／3的孔，然后在孔位上打 桩；