注册土木工程师（岩土）必修教材

岩土工程设计安全度

第 7 章 岩土工程的安全控制与概念设计

设计安全度设计安全度 安全和满足预定功能要求安全和满足预定功能要求

• (1) 在正常施工和正常使用条件下，能承受可能出现的各种作用。

• (2) 在正常使用条件下具有良好的工作性能 • (3) 在正常维护条件下具有足够的耐久性 • (4) 在偶然事件发生时或发生后，仍能保证必

需的整体稳定性。 • (5) 在正常施工、使用和维护条件下，对环境

的影响不超过限值 •

设计安全度的经验调整设计安全度的经验调整 • （ 1 ）计算方法的成熟程度；• （ 2 ）设计经验的积累程度；• （ 3 ）设计基础资料的完整性和可靠性；• （ 4 ）材料和施工质量的可控制性；• （ 5 ）不能满足功能要求时的可补救性。

设计安全控制注意事项设计安全控制注意事项

• （ 1 ）做好概念设计，综合计算成果和工程经验作出设计决策；

• （ 2 ）选择正确适用而成熟的计算模式和计算软件，必要时多种计算模式和多种软件校核；

• （ 3 ）问题复杂难以决策时，申请专家论证；

• （ 4 ）信息化施工，动态设计，根据观测数据不断完善设计。

设计基础资料设计基础资料• 没有勘察不能设计 • 上部结构 资料• 周边环境 调查• 根据资料的充分程度调整安全度

• 缺乏经验的特殊性岩土和特殊工程• 设计时留出适当的余地

材料质量材料质量

• 1 混凝土、钢材等，由设计者选定，应保证其强度、耐久性等性能符合要求；

• 2 土工合成材料（土工纤维、土工膜等），由设计者选定，属于非常规材料；

• 3 人工制造或人工改造的岩土材料，如填方工程、路堤、土石坝等，由岩土工程师设计，施工时按岩土工程师设计的要求实施；

• 4 天然岩土，如天然地基、天然边坡，通过勘察测试确定其工程特性。

• 材料种类不同，保证安全的措施也有所不同。

施工质量施工质量• 施工的可操作性• 尽量采用施工简单，便于操作的工法，设

计得过于复杂 , 降低施工的可操作性

• 施工质量的可控制性• 举例

检验、监测和应急措施检验、监测和应急措施• 包括材料质量的检验和施工质量的检验

• 监测是岩土工程安全的最后一道防线，也为同类工程设计提供了实验依据

• 不确定性因素较强，风险较大的工程， • 紧急预案，以防不测

地质变化和地质灾害地质变化和地质灾害

• 土的含水量变化• 黄土湿陷、膨胀土胀缩、非饱和土基坑

渡过雨季因增湿而失稳、残积土边坡雨季发生浅层滑坡和泥石流

• 地下水位变化和抗浮设计水位• 挖方、填方、蓄水、排水，隧道和城市

地下工程等工程，• 都可能改变水文地质条件

7.2 7.2 岩土工程的安全风险评估岩土工程的安全风险评估

• 7.2.1 概述

• 7.2.2 岩土工程风险分析评估的方法•

• 7.2.3 岩土工程风险分析评估存在的问题

• 7.2.4 地铁和地下工程的安全风险评估

概述概述• 投资者和政府不仅关心技术层面的安全度，更关心工程失事造成经济损失、人员伤亡、社会影响、环境影响的风险

• 第一届国际岩土安全与风险研讨会 (ISGSR 2007)” 在上海同济大学召开

• 涉及领域：岩土工程的不确定性；岩土工程的灾难与风险；岩土工程的风险与可靠度分析；以风险管理理念为指导的设计指南建设；岩土工程风险管理工程实例；岩土工程与结构安全的和谐统一；岩土工程的维护与寿命周期

岩土工程风险分析评估的方法岩土工程风险分析评估的方法 • 定性分析：主要用于工程建设前的管理分析，用危险性极高、高、中等、低等术语；

• 定量分析：数值分析、概率分析、相关分析、聚类分析、极值分析、层次分析、模糊分析、系统分析、神经网络分析、信息分析、 GIS技术分析等

岩土工程风险分析评估存在的问题岩土工程风险分析评估存在的问题• 1相关实例资料缺乏

• 2 可接受的风险水平缺乏标准

• 3 风险指标和力学指标的结合问题

• 4 真正的定量分析尚待时日

地铁和地下工程的安全风险评估地铁和地下工程的安全风险评估• 定性分析：专家调查法：智囊法、德尔菲法、“如果……怎么办”法、失效模式及后果分析法等；

• 定量分析：模糊综合评判法、层次分析法、蒙特卡罗模拟法、控制区间记忆模型、神经网络方法、等风险图法；

• 半定量分析：事故树法 ( 或称故障树法 ) 、事件树法、影响图方法、原因 - 结果分析法、风险评价矩阵法，

• 各类综合改进方法，如专家信心指数法、模糊层次综合评估法、模糊事故树分析法、模糊影响图法等。

风险等级标准风险等级标准 详见教材 详见教材

• 工程风险概率等级标准• 工程风险损失等级标准• 风险评价矩阵• 风险接受准则• 直接经济损失等级标准• 人员伤亡等级标准• 直接工期损失等级标准• 周边区域环境影响损失等级标准• 社会信誉榀失等级标准

7.3 7.3 岩土工程的概念设计岩土工程的概念设计

• 7.3.1 从场地和工程的实际出发• 7.3.2 抓住关键，突出难点和重点• 7.3.3 坚持设计理性，避免盲目• 7.3.4 注重综合判断和现场试验• 7.3.5 统筹兼顾，协调配合，注意总体效果• 7.3.6 设置多道防线，确保工程安全• 7.2.7 小结

为什么提倡概念设计为什么提倡概念设计

• 不确定性引入概率论、统计学、模糊数学必须从实际出发，更好地解决工程问题，在正确概念框架内与传统方法结合，不能背离业已确立的基本概念

• 应认识复杂性 , 但解决问题时，尽量复杂问题简单化，不要简单问题复杂化。

• 概率极限状态讲究定量、精细和分析，概念设计注重定性、综合和判断，

• 岩土工程发展到目前，尚难精细分析

从场地和工程的实际出发从场地和工程的实际出发抓住关键，突出难点和重点抓住关键，突出难点和重点

• 一头是工程要求，一头是地质条件 • 勘察要了解设计要求，设计要掌握场地地基条件，

紧密结合，经常沟通

• 抓主要矛盾• 难点就是工程地质和岩土工程的疑难科技问题；重点就是对工程安全有重大影响的问题。有些问题可能既是难点，也是重点，更是关键。

坚持设计理性，避免盲目坚持设计理性，避免盲目

• 两种盲目性：盲目相信计算，• 盲目相信经验 • 对原理深刻理解，有丰富工程经验，• 从框架设计到细部设计，符合科学原理，清楚计算模式、计算参数、计算结果与工程实际的差别，

• 理性设计。

注重综合判断和现场试验注重综合判断和现场试验• 原因主要在于单纯的计算不可靠。• “不求计算精确，只求判断正确” • 设计基础资料完整性和可靠性的判断；• 设计重点问题和关键问题的判断；• 设计方案适用性、有效性和经济性的判断；• 计算参数、计算方法和计算软件合理性的判断；• 计算与实际偏差的判断；• 工程实施过程中可能发生问题的判断等等 • 植根于理论基础上的经验才有生命力

统筹兼顾，协调配合，注意总体效果统筹兼顾，协调配合，注意总体效果

• 概念设计首先进行总体设计的构思，构建总体框架，然后进入具体工程的细部设计计算。

• 协调配合得不好，不仅不能相辅相成，还可造成上道工序为下道工序设置障碍，下道工序破坏了上道工序的功能。

• 岩土和结构是一对矛盾的两个方面，相互作用，相互影响而处于同一个统一体中

岩土工程概念设计的哲理岩土工程概念设计的哲理• 从实际出发，实践的第一性• 分析矛盾，解决矛盾，抓住主要矛盾• 注意全面性，反对片面性• 强调科学性，理性即科学性，反对盲目• 理论和经验的结合

小结小结• 还是一门不严密、不完善、不够成熟的科学技术

• 狭义的概念设计可以理解为框架设计

• 广义的概念设计是一种设计思想，• 建立在理性基础上的设计

•概念设计典型案例

•中央彩色电视中心

• 挖孔扩底桩基础

1 1 工程概况工程概况• 分为播出区和制作区• 播出区建筑面积 4 万 m, 以播出大楼为中

心，东西北三面与裙房相连，• 主楼筒中筒结构，地上 26 层，地下 3 层，

箱形基础，天然地基。箱基底面标高 -12.5m 。

• 裙房地上 3 层，地下 3 层，局部 4 层，扩底挖孔桩基础，基底标高 -12.5m 。

• 制作区建筑面积 4.4万m,

• 以演播室为中心，分为 8段。• 主体框混结构，地上 3～ 4 层，地

下 1 层，扩底挖孔桩基础，基础底面标高 -12.0m左右。

• 1983年 6月开始施工， 1984年底结构完工， 1987年投入运营。

2 2 地基条件地基条件• 填土、粉土、粉质粘土、中粗砂、卵石和第三系泥岩、砾岩。

• 地下水位标高为 40.4m,卵石层中。• 播出区和制作区荷载差别很大，又不设沉

降缝，制作区各段平面布置复杂，• 为减少差异沉降，所有建筑物基础落在同

一稳定的硬层上。• 卵石为持力层，无软弱下卧层。

3 3 基础设计基础设计• 初步设计，主楼箱形基础，• 裙房和制作区钻孔灌注桩基础，桩径• 400mm ，以卵石为持力层。

• 施工图设计，根据勘察单位建议，裙房和制作区改用扩底挖孔桩基础，设计单位接受了这个建议。

4 4 概念设计分析概念设计分析 (1) (1)

• 钻孔灌注桩单桩承载力 280kN ，播出区需 2334根；制作区需 6659 根，共 8993 根。

• 需独立承合或条形承合。• 挖孔桩单桩承载力高，可通过扩底调整，一柱一桩，播出区 210 根，制作区 743 根，共 953 根，

• 只有桩帽和拉梁。不需弯矩和冲切验算，受力简洁，

• 钢筋混凝土方量大大减少，经济效益显著。

4 4 概念设计分析概念设计分析 (2) (2)

• 钻孔灌注桩施工质量不易保证，特别是沉渣问题难以控制，当时尚无监理制度，质量不易保证。

• 挖孔桩每桩浇注混凝土前均有专业人员下孔多次检查，认定合格才签字，准许下道工序实施，每桩质量均有确实保证。

4 4 概念设计分析概念设计分析 (3) (3)

• 钻孔灌注桩需多台机械施工，场地拥挤，泥浆污染，施工管理复杂，工期长。

• 挖孔桩第一期为人工开挖，人工扩孔；第二期为机械开挖，人工扩孔，进度快，现场文明。

• 主要是安全关，由专人严格按制度要求管理，实际工期为钻孔灌注桩的四分之一 , 未发生任何质量和安全事故。

4 4 概念设计分析概念设计分析 (4) (4)

• 桩底位于地下水位以上，便于施工。

• 个别略低于水位的桩位将桩底标高稍加提高，通过加大扩底补偿承载力。

• 桩侧地层便于扩孔，是实施挖孔桩方案的有利条件。

地基承载力和变形地基承载力和变形• 第一期持力层是卵石，估计端阻力为 800kPa ，

设计时采用了 1000kPa ，但不计侧阻力。根据经验，估计主楼沉降不会超过 5cm ，裙房和制作区不会超过 3cm ，主楼与裙房的沉降差约 1cm ，可以接受。

• 第二期做了载荷试验，根据试验结果调整了设计，卵石端阻力取 1500 kPa ，砂层端阻力取 750 kPa ，

• 侧阻力取 30 kPa ，作为安全储备。

沉降观测沉降观测

• 主楼平均沉降 3.11cm ，倾斜 0.023% 。• 裙房及制作区平均沉降 1.14cm ，倾斜平均 0.0

27% ，接近主楼较大，主楼的相邻影响。• 施工期间沉降约占 63% ，主体结构完成后一年，沉降基本稳定。

• 沉降差，最大 5.2mm ，最小 4.8mm ，平均 5.0mm 。

• 经多年使用，上部结构未发现由于地基沉降而造成的变形和开裂，与设计时的预估基本一致。

•某工程基础事故的

• 概念设计分析

1 1 工程概况工程概况

• 多功能综合楼，建筑面积 53 484m2 ，分 4部分：

• ①28 层筒体塔楼，地面以上高 109.0m ；• ②26 层主要部分；• ③副体部分 , 18 层；• ④纯地下室 • 筏板长 78.6 m ，宽 35.9 m （含外挑），埋深 11.0 m 。

• 框架剪力墙结构

• 沉管灌注桩加梁板式筏基• 桩径 500mm ，有效桩长 21.5m ，满堂布置。桩距 1.8m*1.8m 和 1.8m*2.lm两种。

• 单桩承载力标准值为 1100kN ，由试桩静载荷试验确定。

• 按主次梁将筏板划分为小区格，区格尺寸为 • 4.2m× 4.2m 和 4.5m× 4.2m 。• 主梁断面 1.40m× 2.30m ，• 次梁 0.60m× 2.18m ；• 筏板厚度 筒体部分 1.0m ，其余 0.6m 。

筏基平面及高度分布筏基平面及高度分布 ((刘明振刘明振 ))

2 2 地基条件地基条件

• 湖泊相沉积平原• 前期为湖相、湖沼相粘土，夹泥炭层，• 中期为湖相沉积粘土及含粉细砂的粉土，• 后期为冲洪积粘土、圆砾和粉土。• 地下水位埋深 1.2~1.6m 。• 筏基底面标高 -11.4m ，坐落在粉土层④上，桩端持力层为粘土层⑧。

3 3 事故表现事故表现

• 主、次梁及筏板开裂、渗漏 , 上部结构也有裂缝。

• 主体完工时， 80 % 的区格底板渗漏。 • 之后发现几乎全部底板渗漏或开裂，肋梁也产生

了裂缝，• 肋梁裂缝继续开展。 • 筏板裂缝多发生在区格对角线上，也有在底板与肋梁交界处。梁的裂缝主要发生在两端，

• 裂缝以筒体附近出现得最早，也最密集

4 4 从概念设计角度分析事故原因从概念设计角度分析事故原因

• (1) 桩型选择有误。• 在饱和粘性土中， 选用密集满堂布置的挤土型振动沉管灌注桩。

• 土体发生横向挤压和竖向隆起，导致已沉入的桩偏位、挠曲、上浮，出现缩径、断桩、吊脚等。

• (2) 桩端持力层的选择不合理。 • 土层⑧最差，平均孔隙比 1.05 ，有泥炭土夹层

或透镜体，孔隙比达 2.54 ，• 导致总沉降和差异沉降增加

• (3) 桩土分担的假设没有根据。• 设计假定桩间土分担 10％的荷载 , 实际上，施

工引起地基土隆起并产生很高的超孔隙水压力 , 消散导致筏板与地基土脱离 , 桩间土不能分担荷载。

• (4) 错误地均匀布桩 ,外挑和地下室部分也布桩 • 该工程荷载分布极不均匀，分 28 层、 26 层、 1

8 层和零层 4 部分，荷载差别很大。• 结构上有筒体、剪力墙，框架，刚度变化可观。• 荷载集中在中间部分，筏板在此产生严重变形和开裂是必然的。

• (5) 筏基结构设计不够合理。 • 梁板式筏基增加了施工难度和开挖深度，• 刚度差异造成梁板交界处应力集中。不同厚度使散热不均匀，混凝土凝固过程中，梁和板不同步收缩，在板中产生了较大的次应力。

• 筒体内板厚 1.0m ，筒外仅 0.6m ，太薄。

• (6) 忽视构造要求。 • 剪力墙分布杂乱无序，连续性差， • 施工方面的原因。 • 工程桩检测方法和数量不符合规范要求。

•整平场地水位上升

• 引发的问题

1 1 工程概况工程概况

• 内蒙准格尔大型选煤厂• 在土丘斜坡上，南高北低，高差 51m ，地面坡

度 10% 。

• 北端点岱沟，季节性水流，• 东西两侧都冲沟，西侧冲沟下游出露下降泉，水

量不大。东侧冲沟紧邻场地东边界，• 两沟雨季时由南向北流入点岱沟，沟深坡陡。

• 1990年平整场地，• 西冲沟全部填埋，下游泉水处用块石做成盲沟将

水引出，回填时不慎将盲沟出水口堵死。东冲沟上游填平，中有公路通过，将沟截断。

• 场地整平成六个平台，• 最低点岱沟为铁路站线，第二平台高出 20m, 布置 9个产品煤筒仓。二至六平台高差顺序为 4m 、4m 、 6m 和 6m 。边坡做成 1： 1.5 。第三平台布置浓缩池等，第四平台主厂房，第六平台布置双排 9个原煤筒仓。

• 极大的改变了原始地形地貌 • 平整后长 550m, 宽 300m 。

• 两组大型储煤圆筒仓，是高、重、大构筑物。

• 第六平台上 9个原煤筒仓，双排，单仓直径 22m, 高 56.4m, 至配煤车间总高 69m, 单仓容量 16 000吨 , 包括自重总荷载 292 000kN 。箱形基础，扩大直径至 25m, 埋深 6m, 基底压力 595kPa 。

• 第二平台 9个产品煤筒仓，单排、单仓直径 15m, 高 35m, 加配煤车间总高 47m ，单仓容量 3200~4500吨。包括自重总荷载 109 000kN 。片筏基础，扩大直径至 18m ，埋深 4m ，基底压力 430kPa 。

2 2 勘察设计与施工勘察设计与施工

• 按 20~25m间距勘探 ， 114探井保证取样原状。三轴、直剪、压缩、高压固结等。旁压、静探、标贯等原位测试

• 三组载荷试验，最大加荷 1200kPa 和 1000kPa, 超过建筑荷载一倍多。

• 原煤仓基底为 Q2 黄土状粉质粘土③，厚 8.8m ；其下虽仍为 Q2, 但含水星较高，饱和，土质较差，厚度不均，最厚者 13m ，有的为 0, 一般 8~9m ，下部是第三系红色粉质粘土，厚者 8~9m, 有的缺失，一般 6~6m 。基岩为二迭系上石盒子组的强风化泥岩。

•

• 产品仓基底下为 Q3 黄土状粉土②，厚 3.3~6.0m ，一般 4.3m 。；其下为 Q2 黄土状粉质粘土③，含水量较高，饱和，土质较差，厚 0~5.7m, 一般 4.0m 。基岩与原煤相同。

• 原煤仓水位地面 14m 以下，产品仓地面 8m 以下。水位变化很大，有的未见水。一般基岩突出处无水，考虑内蒙干早，地下水不会太大影响。

• 勘察重点是持力层和下卧层的饱和土。地基承载力以载荷试验为主，结合多种室内及原位测试数据，进行理论计算和经验公式取值。

•

• 原煤仓特力层③的地基承载力为 350kPa, 深宽修正后取值 600kPa 。产品仓持力层地基承载力在 460kPa 以上，取值 450kPa ，都满足上部荷载要求。

• 下卧层饱和土③未做载荷试验，但室内试验和原位测试数据齐全，承载力标准值 250kPa 。饱和土力学性质有所降低（ 20~30% ），但验算满足要求，余地不大。

• 变形验算，压缩模量采用探井原状土试验数据，并与载荷试验的变形模量对比。

• 原煤仓最大沉降 24.9cm ，最大倾斜率为 0.0036• 产品仓计算沉降和最大倾斜为 8.78cm 和 0.0009, 都满足要求。

• 1990年 7~8月两组煤仓相继开工，• 检验基底土性质，与勘察成果一致。基础出地面

后设立观测点，开始沉降观测。• 1991年 5月产品仓竣工， 1991年 8月部分原煤仓竣工。一年后， 1992年 8月实测原煤仓平均沉降 2.5cm, 倾斜 0.00045 ；产品仓为 1.7cm和 0.00047 。

• 尚未装煤，仓体自重占总重约 45% 和 55%, 实测沉降约为预估沉降的 50% ，并已趋向稳定，

• 认为这将是一项成功的岩土工程。

3 3 事故的发生与发展事故的发生与发展• 1993年末，一级平台高 20m 的边坡上，沿岩面

大量渗水，冬季冻成冰砣，开冻后大量渗水。• 1994年 3月，局部边坡突然塌滑。长约 120m,

坡顶裂缝距产品仓仅 20m, 裂缝宽 140mm, 最大落差 200mm 。 4月中旬裂缝宽 600mm, 落差 510mm 。

• 措施：• 仓北 15m处打两排嵌岩护坡桩 80 根。坡脚处做

42 根抗滑桩，边坡刷缓 1： 1.75 ，全部护砌。后在边坡下打水平泄水孔及筑盲沟排水，坡脚砌筑重力式毛石混凝土挡土墙，至 1995年 4月滑坡基本稳定。

• 产品仓自 1993年后沉降加速，至 1995年 1月，空仓沉降 4.3cm, 超过空仓预估沉降 4.13cm ，且仍在延伸，趋势不稳定。

• 补充勘察发现水位普遍上升 1.5~2.0m 。持力层Q3 黄土状土②下部饱和。原下卧的饱和土层位提高 2.0~2.5m 。

• 持力层含水量略有增加，液性指数由 <0 增至 0.12 。抗剪强度降低了约四分之一，压缩模量降低了 40~50% 。地基承载力仅 330kPa ，满足不了基底压力 450kPa 的要求。

• 软弱下卧层验算不能通过。• 当时尚未装煤。

• 原煤仓补充勘察，也发现水位普遍上升 1.5~2.5m, 饱和土层位提高了 3.0~3.5m, 最高处距基底仅 4m 。

• 软弱下卧层验算不能通过。 • 计算沉降达 58.3cm, 超过允许值（ 40cm ）。且倾斜多处超过 1%, 个别达 2% ，

• 两组筒仓补勘结论：必须加固，否则不能装煤。• 全场区水位都有不同程度上升，普遍上升 2m左右，最多 3.5m 。约三分之一钻孔不足 l.0m 。

44 地下水上升的原因分析地下水上升的原因分析

• 远离黄河，高程在 1170m 以上，无地表水体。年平均降水量 378mm, 蒸发量 2126.5mm 。汇水面积有限。

• 工程建设改变了环境 • 原来坡度 10% ，地表板结，部分植被。两侧冲沟 , 排水通畅。绝大部分雨水由地面排入点岱沟。垂直渗入土中不足 20%

•

• 平场填沟后，形成六个平台，平台坡度为 0.12~0.47% 。地表硬壳破坏，原土裸露。两侧冲沟填埋，冲沟内泉眼被堵，使通畅的地表迳流成为在各台阶平地上的缓流。

• 加上设计的排水系统尚未形成，使入渗量由不足20% 增至 40%左右。

• 黄土状土垂直渗透系数是水平的 10倍，水平运动十分缓慢。水在土中没有出路，只能在土中聚集，缓缓向最低一个边坡流动。

• 三年后开始在边坡基岩面上渗出形成冰砣，整个场地地下水位升高了 2~3m 。

55 事故的处理事故的处理 (1) (1)

• 产品仓上游（南侧） 15m处，• 风化岩石中开凿截水盲洞，盲洞净断面高 1.

7m, 宽 1.0m,

• 洞上一排渗水井，间隔 10~15m, 地下水通过渗水井引入盲洞 , 向坡下排出。

55 事故的处理事故的处理 (2) (2)

• 产品仓用劈裂水泥注浆加固地基，• 注浆孔 442个，间隔 3.0m 。穿透筏基注浆，水灰比 1： 1 和 0.8: 1 ，注浆深度达基岩 , 平均深6m 。

• 为避免跑浆及减少地基侧向变形，沿产品仓基础四周做直径 1.2m及 1.0m 的灌注桩围箍 162 根，桩端入基岩 3~6m, 平均桩长 17m 。灌注桩间加旋喷桩，

• 使整个地基土封闭

55 事故的处理事故的处理 (3) (3)

• 原煤仓同样用劈裂水泥注浆加固地基，注浆孔共 754个，平均间距 3.0m, 在箱基中作业穿透基础，水灰比 1： 1 ，注浆深度进入第三系（或基岩） 0.5m 。平均孔深 14.5m.

• 同样沿仓基础用旋喷桩围箍，共 680 根。

55 事故的处理事故的处理• 加固施工从 1995年 9月至 1996年 6月，• 处理费用 3500万元（含边坡处理），

• 处理效果良好。经检验，• 产品仓地基承载力达到 500~600kPa ，原煤仓达到 600~700 kPa 。

55 事故的处理事故的处理• 1996年 9月开始装煤，• 分三期加载，每期加三分之一容量。至

• 1998年 3月最大沉降• 产品仓为 26.6mm

• 原煤仓为 13.9mm

• 以后沉降基本稳定，生产运转正常。

小结小结

• 本工程勘察测试，地基承载力评价和变形分析，做得相当周全，惟一忽略的问题是工程建设造成环境的改变。

• 水位升高导致滑坡发生，地基承载力降低，变形不能满足要求。

• 许多工程只知按当前条件勘察设计，不注意预测未来，预测工程建设改变环境造成的影响。

•唐山体育中心

• 岩溶塌陷治理

1 1 塌陷概况塌陷概况

• 第二田径训练馆 1988年 6月 6日地面塌陷，坑深 6. 5m, 面积约 35m2, 用 200m3碎石将坑填满后，于 6月 15日再次塌陷。馆内两根混凝土柱子陷入坑内，房顶随之坍塌

• 体育场主席台西北角 , 地面沉陷。 2001年 4月止，最大沉陷量达 47cm, 面积 496m2. ，成为危险建筑。

勘察勘察• 为迎接 2001年 9月 18日举办全国陶瓷博览会，市政府决定对唐山市体育中心岩溶塌陷进行彻底勘察和治理。

• 塌陷在第二田径馆、主席台西北部和明丰房地产公司西侧三处。

• 塌陷范围内第四系被潜蚀、破坏，形成疏松带，• 强度明显降低， N明显低于正常值。如明丰房

地产公司处标贯试验 14次， N 最大仅 6 ，有的地方甚至测不出，（正常粘性土最低 6 ，砂土最低 25 ），

• 必须处理。

明丰房地产地质剖面明丰房地产地质剖面

2 2 地质和水文地质条件地质和水文地质条件• 第四系厚 22.25~ 44.30m ，粘性土和砂土互层。• 粘性土一般为中 ~ 低压缩性土，砂土为中密 ~密

实，均为超固结土。• 基岩与砂砾石含水层之间有透水性较弱的粉质粘

土，削弱了两个含水层之间的水力联系。• 但该层不稳定，局部缺失，形成“天窗”，给土洞和地面塌陷的形成创造了条件。

• 基岩：• 寒武系泥灰岩和灰岩，在东南部• 岩溶较发育；• 青白口系泥岩、页岩和砂岩，在场地的中部• 岩溶不发育；• 蓟县系白云岩、白云质灰岩，在场地的西半部

• 岩溶较发育。• 第二田径训练馆、主席台位于蓟县系白云岩、白云质灰岩分布区，

• 明丰房地产公司位于寒武系灰岩分布区。

地下水地下水• 第四系孔隙水为 3个含水层 • 第一层已基本疏干，呈上层滞水；• 第二层位局部疏干，水位较；稳定；• 第三层位局部疏干，局部缺失，水位埋深为

• 26.0~29.0m 。• 岩溶裂隙水位埋深 42.40~44.91m ，• 由于开采，水位远低于第四系孔隙水。• 市区形成多层漏斗，沿层面向漏斗中心汇流，• 垂直方向上孔隙水向下补给岩溶裂隙水

天窗天窗

• 第四系底部棕红色粘性土，厚 0.60-8.56m, 起隔水作用，

• 局部缺失，使砂砾层直接与基岩接触，形成通道。• 第四系孔隙水通过“天窗”补给裂隙岩溶水。• 孔隙水与裂隙岩溶水既各自独立，又有一定水力联系

• 使上部潜蚀成土洞，并进一步发展为地面塌陷。• 真空吸蚀作用

岩溶塌陷演化过程岩溶塌陷演化过程

4 4 治理治理 • 上段（第四系地层）充填加固，• 使地基稳固；• 中段集中封堵残积红土缺失段的天窗，

• 使天窗封堵；• 下段充填溶洞通道，• 岩溶水径流通道充填固化。

治理方法治理方法• 第四系地层土洞，用注浆法充填加固。以

水泥浆为主，掺加一定数量的粉煤灰和膨润土。

• 高压旋喷与高压注浆相结合，消除 “天窗。”

• 较大溶洞先充填骨料（碎石、中砂），再注浆胶结，阻断地下水渗流通道。

• 断层破碎带以注浆加固为主。

5 5 治理效果检验治理效果检验• 注浆情况分析；• 钻探验证；• 物探检测；• 沉降观测；• 原位测试；• 水位观测。

治理前后主席台处瑞雷波图治理前后主席台处瑞雷波图

•安贞雅园

• 地下车库基坑事故

1 1 工程概况工程概况• 位于北京北三环路外，朝阳区安定路 12号三机床厂院内，框架剪力墙结构，筏板基础，建筑面积 6858m2 。

• 基坑实际深度 13.0m 。• 地下水位埋深为 1.05~2.40m 。• 2003年 5月 10日早晨， 13. 0m宽边坡土

体整体下滑，造成塌方。

2 2 工程地质条件工程地质条件

• 人工填土，厚 1.50-4.20m ；• 粉质粘土、重粉质粘土；• 粘质粉土、砂质粉土、粉质粘土；• 砂质粉土、粘质粉土；• 粉质粘土、重粉质粘土；• 粘质粉土、砂质粉土层；• 粘土、重粉质粘土；粉质粘土；• 中砂、细砂；局部卵石；卵石、圆砾；• 粉质粘土、重粉质粘土；粘质粉土、砂质粉土。

3 3 环境与基坑支护环境与基坑支护

• 位于居民小区内，情况复杂。西侧距坑边 13m处有化粪池，化粪池与基坑间是建化粪池时新回填土，有污水管道。

• 紧邻坑边与基坑平行的电缆管道、煤气管道、上下水管道等。

• 采用土钉与锚杆组合支护，以事故发生的西侧为例，共 8 道。

3 3 事故经过事故经过• 2003车 4月底，施工第二、三排土钉时孔内有少量臭水，边坡无异常。

• 5月 6日，西侧污水井向上涌水，致地面积水。

• 5月 7日地面方砖轻微下沉。• 5月 8日疏通管道，未彻底。中午从污水井抽水，避免继续外溢。

• 5月 9日早晨，化粪池部位方砖严重下沉。• 将化粪池管道挖开，发现两个化粪池 4个

出口，管道接口处均错位。化粪池排出的污水不能流入污水管道，渗入基坑。

• 随即在化粪池内抽水，搭建施工平台，准备加固边坡。因坡面混凝土局部崩裂终止，

• 坡面竖向裂缝加大。

• 5月 10日早晨，化粪池方砖严重下沉，局部断裂。疏导小区车辆，淮备断水、断电、断气。

• 8点 05 分，基坑西侧北段下滑 , 10 分钟后南段下滑，南段最深下滑 8~9m, 土体整体推入坑内。

4 4 原因分析原因分析

• 基坑虽不深，但周边环境复杂，采用土钉和锚杆组合支护方案不妥。

• 直接原因是坑侧污水管道错位堵塞，污水渗入土内，增加土重，降低土的强度，促使土体加大位移。

• 土体位移加大进一步增大管道错位和漏水，进一步增加土重和降低强度，

• 如此恶性循环，最终造成整体滑坡。

谢 谢 ！