造價(jià)師《計(jì)量土建》教材：1.3 -造價(jià)工程師

第三節(jié) 常見工程地質(zhì)問(wèn)題及其處理方法

一、特殊地基

地基對(duì)建筑物的影響很大，工程建設(shè)難免遇到一些特殊地基必須加以處理。 (一)松散、軟弱土層

松散、軟弱土層強(qiáng)度、剛度低，承載力低，抗?jié)B性差。對(duì)不滿足承載力要求的松散土 層，如砂和砂礫石地層等，可挖除，也可采用固結(jié)灌漿、預(yù)制樁或灌注樁、地下連續(xù)墻或沉井等加固;對(duì)不滿足抗?jié)B要求的，可灌水泥漿或水泥黏土漿，或地下連續(xù)墻防滲;對(duì)于影響邊坡穩(wěn)定的，可噴混凝土護(hù)面和打土釘支護(hù)。

對(duì)不滿足承載力的軟弱土層，如淤泥及淤泥質(zhì)土，淺層的挖除，深層的可以采用振沖等方法用砂、砂礫、碎石或塊石等置換。

(二)風(fēng)化、破碎巖層

風(fēng)化、破碎巖層，巖體松散，強(qiáng)度低，整體性差，抗?jié)B性差，有的不能滿足建筑物對(duì)地基的要求。風(fēng)化一般在地基表層，可以挖除。破碎巖層有的較淺，也可以挖除;有的埋藏較深，如斷層破碎帶，可以用水泥漿灌漿加固或防滲。風(fēng)化、破碎處于邊坡影響穩(wěn)定的，可根據(jù)情況采用噴混凝土或掛網(wǎng)噴混凝土護(hù)面，必要時(shí)配合灌漿和錨桿加固，甚至采用砌體、混凝土和鋼筋混凝土等格構(gòu)方式的結(jié)構(gòu)護(hù)坡。

對(duì)結(jié)構(gòu)面不利交匯切割和巖體軟弱破碎的地下工程圍巖，地下工程開挖后，要及時(shí)采用支撐、支護(hù)和襯砌。支撐由柱體、鋼管排架發(fā)展為鋼筋或型鋼拱架，拱架的結(jié)構(gòu)和間距根據(jù)圍巖破碎的程度決定。支護(hù)多采用噴混凝土、掛網(wǎng)噴混凝土、隨機(jī)錨桿和系統(tǒng)錨桿。襯砌多用混凝土和鋼筋混凝土，也有采用鋼板襯砌的。

對(duì)于裂隙發(fā)育影響地基承載能力和抗?jié)B要求的，可以用水泥漿灌漿加固或防滲。 (三)斷層、泥化軟弱夾層

對(duì)充填膠結(jié)差、影響承載力或抗?jié)B要求的斷層，淺埋的盡可能清除回填，深埋的灌水泥漿處理;泥化夾層影響承載能力，淺埋的盡可能清除回填，深埋的一般不影響承載能力。斷層、泥化軟弱夾層可能是基礎(chǔ)或邊坡的滑動(dòng)控制面，對(duì)于不便清除回填的，根據(jù)埋深和厚度，可采用錨桿、抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索等進(jìn)行抗滑處理。

滑坡的發(fā)生往往與水有很大關(guān)系，滲水降低滑坡體尤其是滑動(dòng)控制面的摩擦系數(shù)和黏聚力，要注重在滑坡體上方修筑截水設(shè)施，在滑坡體下方筑好排水設(shè)施;經(jīng)過(guò)論證方可以在滑坡體的上部刷方減重以防止滑坡，未經(jīng)論證不要輕易擾動(dòng)滑坡體。不能在上部刷方減重的，可考慮在滑坡體坡腳采用擋土墻、抗滑樁等支擋措施，也可采用周結(jié)灌漿等措施改善滑動(dòng)面和滑坡體的抗滑性能。

當(dāng)?shù)叵滤l(fā)育影響到邊坡或地下工程圍巖穩(wěn)定時(shí)，要及時(shí)采用洞、井、溝等措施導(dǎo)水、排水，降低地下水位。

(四)巖溶與土洞

當(dāng)建筑工程遇到不可能避開的巖溶與土洞時(shí)，可挖除洞內(nèi)軟弱充填物后回填石料或混凝土。不方便挖填的，可采用長(zhǎng)梁式、桁架式基礎(chǔ)或大平板等方案跨越洞頂，也可對(duì)巖溶進(jìn)行裂隙鉆孔灌漿，對(duì)土洞進(jìn)行頂板打孔灌砂、砂礫，或作樁基處理。

二`地下水

地下水最常見的問(wèn)題主要是對(duì)巖體的軟化、侵蝕和靜水壓力、動(dòng)水壓力作用及其滲透破壞等。

(一)地下水對(duì)土體和巖體的軟化

地下水使土體尤其是非黏性土軟化，降低強(qiáng)度、剛度和承載能力。有侵蝕性的地下水使巖石發(fā)生化學(xué)變化，也可能導(dǎo)致巖石的強(qiáng)度降低，尤其是地下水使結(jié)構(gòu)面的粘結(jié)力C降低和摩擦角≠減小，使結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度降低，造成巖體的承載力和穩(wěn)定性下降。

(二)地下水位下降引起軟土地基沉降

一般在沿海軟土層中進(jìn)行基礎(chǔ)施工時(shí)，需要人工降低地下水位。若降水措施不當(dāng)，輕 者造成鄰近建筑物或地下管線的不均勻沉降，重者使建筑物基礎(chǔ)下的土體顆粒流失，甚至 掏空，導(dǎo)致建筑物開裂，進(jìn)而危及安全使用。

此外，還應(yīng)注意抽水環(huán)節(jié)。如果抽水井濾網(wǎng)和砂濾層的設(shè)計(jì)不合理或施工質(zhì)量差，那 么抽水時(shí)會(huì)將軟土層中的黏粒、粉粒、細(xì)砂等細(xì)小土顆粒隨同地下水一起帶出地面，使周 圍地面土層很快產(chǎn)生不均勻沉降，造成地面建筑物和地下管線不同程度的損壞。井管埋設(shè) 完成開始抽水時(shí)，井內(nèi)水位下降，井外含水層中的地下水不斷流向?yàn)V管，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間 后，在井周圍形成漏斗狀的彎曲水面一降水漏斗。在這一降水漏斗范圍內(nèi)的軟土層會(huì)發(fā)生 滲透固結(jié)而造成地基土沉降。而且，由于土層的不均勻性和邊界條件的復(fù)雜性，降水漏斗 往往是不對(duì)稱的，因而使周圍建筑物或地下管線產(chǎn)生不均勻沉降，甚至開裂。

(三)動(dòng)水壓力產(chǎn)生流砂和潛蝕

流砂是一種不良的工程地質(zhì)現(xiàn)象。在建筑物深基礎(chǔ)工程和地下建筑工程的施工中遇到 的流砂現(xiàn)象，按其嚴(yán)重程度可分下列三種：輕微流砂，當(dāng)基坑圍護(hù)樁排的間隙處隔水措施 不當(dāng)或施工質(zhì)量欠缺時(shí)，或當(dāng)?shù)叵逻B續(xù)墻接頭的施工質(zhì)量不佳時(shí)，有些細(xì)小的土顆粒會(huì)隨 著地下水滲漏一起穿過(guò)縫隙而流人基坑，增加坑底的泥濘程度;中等流砂，在基坑底部， 尤其是靠近圍護(hù)樁墻的地方，常會(huì)出現(xiàn)一堆粉細(xì)砂緩緩冒起，仔細(xì)觀察，可以看到粉細(xì)砂 堆中形成許多小小的排水溝，冒出的水夾帶著細(xì)小土粒在慢慢地流動(dòng);嚴(yán)重流砂，基坑開 挖時(shí)如發(fā)生上述現(xiàn)象而仍然繼續(xù)往下開挖，流砂的冒出速度會(huì)迅速增加，有時(shí)會(huì)像開水初 沸時(shí)的翻泡，此時(shí)基坑底部稱為流動(dòng)狀態(tài)，給施工帶來(lái)極大困難，甚至影響鄰近建筑物的 安全。如果在沉井施工中產(chǎn)生嚴(yán)重流砂，那么沉井就突然下沉，無(wú)法用人力控制，以致沉 井發(fā)生傾斜，甚至發(fā)生重大事故。

如果地下水滲流產(chǎn)生的動(dòng)水壓力小于土顆粒的有效重度，即滲流水力坡度小于臨界水 力坡度，雖然不會(huì)發(fā)生流砂現(xiàn)象，但是土中細(xì)小顆粒仍有可能穿過(guò)粗顆粒之間的孔隙被滲 流攜帶而走。時(shí)間長(zhǎng)了，將在土層中形成管狀空洞，使土體結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，壓縮性 增加，這種現(xiàn)象稱之為機(jī)械潛蝕。

(四)地下水的浮托作用

當(dāng)建筑物基礎(chǔ)底面位于地下水位以下時(shí)，地下水對(duì)基礎(chǔ)底面產(chǎn)生靜水壓力，即產(chǎn)生浮 托力。如果基礎(chǔ)位于粉土、砂土、碎石土和節(jié)理裂隙發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位 100%計(jì)算浮托力;如果基礎(chǔ)位于節(jié)理裂隙不發(fā)育的巖石地基上，則按地下水位50%計(jì)算 浮托力;如果基礎(chǔ)位于黏性土地基上，其浮托力較難確切地確定，應(yīng)結(jié)合地區(qū)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn) 考慮。

(五)承壓水對(duì)基坑的作用

當(dāng)深基坑下部有承壓含水層時(shí)，必須分析承壓水頭是否會(huì)沖毀基坑底部的黏性土層， 通常用壓力平衡概念即1.3.1式進(jìn)行驗(yàn)算：

Ym=yh (1.3.1)

式中y`yw――分別為黏性土的重度和地下水的重度;

H一相對(duì)于含水層頂板的承壓水頭值;

M一基坑開挖后黏性土層的厚度。

基坑底部黏性土層的厚度必須滿足1.3.2式：

M>yw/yh.K (1.3.2)

式中 K―一安全系數(shù)，一般取1.5～2.O，主要視基坑底部黏性土層的裂隙發(fā)育程度及 坑底面積大小而定。

當(dāng)M

(六)地下水對(duì)鋼筋混凝土的腐蝕

地下水對(duì)混凝土建筑物的腐蝕是一項(xiàng)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，在一定的工程地質(zhì)與水文 地質(zhì)條件下，對(duì)建筑材料的耐久性影響很大。硅酸鹽水泥遇水硬化，形成Ca(QH)2、水 化硅酸鈣CaOSi02.12H20、水化鋁酸鈣CaOAl203.6H20等，這些物質(zhì)往往會(huì)受到地 下水的腐蝕。

三、邊坡穩(wěn)定

(一)影響邊坡穩(wěn)定的因素

影響邊坡穩(wěn)定性的因素有內(nèi)在因素與外在因素兩個(gè)方面。內(nèi)在因素有組成邊坡巖土體 的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、巖體結(jié)構(gòu)、地應(yīng)力等，它們常常起著主要的控制作用;外在因素有地 表水和地”F水的作用、地震、風(fēng)化作用、人工挖掘、爆破以及工程荷載等。下面從地貌條 件、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造與巖體結(jié)構(gòu)、地下水四個(gè)因素來(lái)介紹具體的影響作用。

1.地貌條件

深切峽谷地區(qū)，陡峭的岸坡是容易發(fā)生邊坡變形和破壞的地形條件。例如，我國(guó)西南 山區(qū)，沿金沙江、岷江、雅礱江及其支流等河谷地區(qū)，邊坡松動(dòng)破裂、蠕動(dòng)、崩塌、滑坡 等現(xiàn)象十分普遍。一般來(lái)說(shuō)，坡度越陡，坡高越大，對(duì)穩(wěn)定越不利。例如，崩塌現(xiàn)象均發(fā) 生在坡度大于600的斜坡上。

2.地層巖性

地層巖性對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響很大，軟硬相間，并有軟化、泥化或易風(fēng)化的夾層，最 易造成邊坡失穩(wěn)。底層巖性的不同，所形成的邊坡變形破壞類型及能保持穩(wěn)定的坡度也 不同。

(1)對(duì)于深成侵入巖、厚層堅(jiān)硬的沉積巖以及片麻巖、石英巖等構(gòu)成的邊坡，一般穩(wěn) 定程度是較高的。只有在節(jié)理發(fā)育、有軟弱結(jié)構(gòu)面穿插且邊坡高陡時(shí)，才易發(fā)生崩塌或滑 坡現(xiàn)象。

(2)對(duì)于噴出巖邊坡，如玄武巖、凝灰?guī)r、火山角礫巖、安山巖等，其原生的節(jié)理， 尤其是柱狀節(jié)理發(fā)育時(shí)，易形成直立邊坡并易發(fā)生崩塌。

(3)對(duì)于含有黏土質(zhì)頁(yè)巖、泥巖、煤層、泥灰?guī)r、石膏等夾層的沉積巖邊坡，最易發(fā) 生順層滑動(dòng)，或因下部蠕滑而造成上部巖體的崩塌。

(4)對(duì)于千枚巖、板巖及片巖，巖性較軟弱且易風(fēng)化，在產(chǎn)狀陡立的地段，臨近斜坡 表部容易出現(xiàn)蠕動(dòng)變形現(xiàn)象。當(dāng)受節(jié)理切割遭風(fēng)化后，常出現(xiàn)順層(或片理)滑坡。

(5)對(duì)于黃土，當(dāng)具有垂直節(jié)理、疏松透水時(shí)，浸水后易崩解濕陷。當(dāng)受水浸泡或作 為水庫(kù)岸邊時(shí)，極易發(fā)生崩塌或塌滑現(xiàn)象。

(6)對(duì)于崩塌堆積、坡積及殘積層地區(qū)，其下伏基巖面常常是一個(gè)傾向河谷的斜坡 面。當(dāng)有地下水在此受阻，并有黏土質(zhì)成分沿其分布時(shí)，極易形成滑動(dòng)面，從而使上部松

散堆積物形成滑坡。

3.地質(zhì)構(gòu)造與巖體結(jié)構(gòu)

地質(zhì)構(gòu)造因素包括褶皺、斷裂、區(qū)域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地應(yīng)力等，這些對(duì)巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定也是主要因素。褶皺、斷裂發(fā)育地區(qū)，常是巖層傾角大，甚至陡立，斷層、節(jié)理縱橫切割，構(gòu)成巖體中的切割面和滑動(dòng)面，形成有利于崩塌、滑動(dòng)的條件，并直接控制著邊坡破，壞的形成和規(guī)模。例如寶雞到略陽(yáng)的鐵路線基本是沿一個(gè)大斷裂帶修筑的，結(jié)果邊坡破壞事故屢屢發(fā)生，接連不斷。

4.地下水

地下水是影響邊坡穩(wěn)定最重要、最活躍的外在因素，絕大多數(shù)滑坡都與地下水的活動(dòng)有關(guān)。許多滑坡、崩塌均發(fā)生在降雨之后，原因在于降水滲入巖土體后，產(chǎn)生不良影響所致。地下水的作用是很復(fù)雜的，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)地下水會(huì)使巖石軟化或溶蝕，導(dǎo)致上覆巖體塌陷，進(jìn)而發(fā)生崩塌或滑坡。 (2)地下水產(chǎn)生靜水壓力或動(dòng)水壓力，促使巖體下滑或崩倒。

(3)地下水增加了巖體重量，可使下滑力增大。

(4)在寒冷地區(qū)，滲入裂隙中的水結(jié)冰，產(chǎn)生膨脹壓力，促使巖體破壞傾倒。 (5)地下水產(chǎn)生浮托力，使巖體有效重量減輕，穩(wěn)定性下降。

(二)不穩(wěn)定邊坡的防治措施

為了確保工程的安全，針對(duì)不穩(wěn)定的邊坡，必須采取一些有效的防治措施。目前國(guó)內(nèi)外常用的方法有：防止地表水向巖體中滲透與排除不穩(wěn)定巖體中的地下水，削緩斜坡、上部減重，修建支擋建筑，錨固等。

1.防滲和排水

防滲和排水，是整治滑坡的一種重要手段，只要布置得當(dāng)、，.合理，一般均能取得較好效果。為了防止大氣降水向巖體中滲透，一般是在滑坡體外圍布置截水溝槽，以截?cái)嗔髦粱麦w上的水流。應(yīng)在大的滑坡體上布置一些排水溝，同時(shí)要整平坡面，防止有積水的坑洼，以利于降水迅速排走。針對(duì)已滲入滑坡體的水，通常是采用地下排水廊道，截住滲透的水流或?qū)⒒麦w中的積水排出滑坡體以外。另外也可采用鉆孔排水的方法，即利用若干個(gè)垂直鉆孔，打穿滑坡體下部的不透水層，將滑坡體中的水流到其下伏的另一個(gè)透水性較強(qiáng)的巖層中去。

2.削坡

削坡，是將陡傾的邊坡上部的巖體挖除，使邊坡變緩，同時(shí)也可使滑體重量減輕，達(dá)到穩(wěn)定的目的。削減下來(lái)的土石可填在坡腳，起反壓作用，更有利于穩(wěn)定。采用這種方法時(shí)，要注意滑動(dòng)面的位置，否則不僅效果不顯著，甚至更會(huì)促使巖體不穩(wěn)。

3.支擋建筑

支擋建筑，主要是在不穩(wěn)定巖體的下部修建擋墻或支撐墻(或墩)，也是一種應(yīng)用廣泛而有效的方法。材料用混凝土、鋼筋混凝土或砌石，支擋建筑物的基礎(chǔ)要砌置在滑動(dòng)面以下，若在擋墻后增加排水措施則效果更好。

4.錨固

錨固措施，有錨桿(或錨索)和混凝土錨固樁兩種類型，其原理都是提高巖體抗滑(或抗傾倒)能力。預(yù)應(yīng)力錨索或錨桿錨固不穩(wěn)定巖體的方法，適用于加固巖體邊坡和不穩(wěn)定巖塊，其作用是先在不穩(wěn)定巖體上布置若干鉆孔，鉆至滑動(dòng)面以下的堅(jiān)固穩(wěn)定的巖層中，然后在孑L中放入錨索或錨桿，將下端固定，上端拉緊，上端一般用混凝土墩、混凝土梁或配合以擋墻將其固定。錨固樁(或稱抗滑樁)適用于淺層或中厚層的滑坡體，在滑坡體的中、下部開挖豎井或大口徑鉆孔，然后澆灌鋼筋混凝土而成。一般垂直于滑動(dòng)方向布置一排或兩排，樁徑通常1～3m，深度一般要求滑動(dòng)面以下樁長(zhǎng)占全樁長(zhǎng)的1/4～1/30 除上述幾項(xiàng)較多采用的防治措施外，還可采用混凝土護(hù)面、灌漿及改善滑動(dòng)帶土石的 力學(xué)性質(zhì)等措施。一般而言，在進(jìn)行邊坡防治處理時(shí)，幾種措施同時(shí)采用效果更為顯著。 (三)地下工程圍巖的穩(wěn)定性

地下工程是指建筑在地面以下及山體內(nèi)部的各類建(構(gòu))筑物。如隧道、豎井、地 鐵，以及地下廠房、儲(chǔ)庫(kù)、車庫(kù)、車站、商場(chǎng)和軍事設(shè)施等。因地下工程埋于巖體中，首 先要考慮的就是地下工程圍巖的穩(wěn)定性問(wèn)題，如圍巖塌方、地下水滲漏等。

1.地下工程位置選擇的影響因素

地下工程位置的選擇，除取決于工程目的要求外，還需要考慮區(qū)域穩(wěn)定、山體穩(wěn)定及 地形、巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水、地應(yīng)力等因素的影響。

(1)地形條件。在地形上要求山體完整，地下工程周圍包括洞頂及傍山側(cè)應(yīng)有足夠的 山體厚度。如選擇隧洞位置時(shí)，隧洞進(jìn)出口地段的邊坡應(yīng)下陡上緩，無(wú)滑坡、崩塌等現(xiàn)象 存在。洞口巖石應(yīng)直接出露或坡積層薄，巖層最好傾向山里以保證洞口坡的安全。在地形 陡的高邊坡開挖洞口時(shí)，應(yīng)不削坡或少削坡即進(jìn)洞，必要時(shí)可做人工洞口先行進(jìn)洞，以保 證邊坡的穩(wěn)定性。隧洞進(jìn)出口不應(yīng)選在排水困難的低洼處，也不應(yīng)選在沖溝、傍河山嘴及 谷口等易受水流沖刷的地段。

(2)巖性條件。堅(jiān)硬完整的巖體，圍巖一般是穩(wěn)定的，能適應(yīng)各種斷面形狀的地下工 程。而軟弱巖體，如黏土巖類、破碎及風(fēng)化巖體、吸水易膨脹的巖體等，通常力學(xué)強(qiáng)度 低，遇水易軟化、崩解及膨脹等，不利于圍巖的穩(wěn)定。因此，地下工程位置應(yīng)盡量選在堅(jiān) 硬完整巖石中。一般在堅(jiān)硬完整巖層中開挖，圍巖穩(wěn)定、進(jìn)度快、造價(jià)低。在軟弱、破 碎、松散巖層中開挖，頂板易坍塌，邊墻及底板易產(chǎn)生鼓脹擠出變形等事故，且需邊開挖 邊支護(hù)或超前支護(hù)，進(jìn)而影響工程造價(jià)和工期。一般而言，巖漿巖、厚層堅(jiān)硬的沉積巖及 變質(zhì)巖，圍巖的穩(wěn)定性好，適于修建大型的地下工程。凝灰?guī)r、黏土巖、頁(yè)巖、膠結(jié)不好 的砂礫巖、千枚巖及某些片巖，穩(wěn)定性差，不宜建大型地下工程。松散及破碎的巖石穩(wěn)定 性極差，選址時(shí)應(yīng)盡量避開。

(3)地質(zhì)構(gòu)造條件。地質(zhì)構(gòu)造是控制巖體完整性及滲透性的重要因素。選址時(shí)應(yīng)盡量 避開地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的地段，否則會(huì)給施工帶來(lái)困難。如意大利的辛普郎隧道，長(zhǎng)二十多公 里，由于地層嚴(yán)重褶皺、倒裝并伴有大型的逆斷層，巖石破碎，施工中多次產(chǎn)生塌方，經(jīng) 多次停工處理才打通。下面從具體的地質(zhì)構(gòu)造對(duì)圍巖穩(wěn)定性的影響進(jìn)行分析：

①褶皺的影響。褶皺劇烈地區(qū)，一般斷裂也很發(fā)育，特別是褶皺核部巖層完整性最 差。在背斜核部，巖層呈上拱形，巖層雖破碎，但像石砌的拱形結(jié)構(gòu)，能將上覆巖層的荷 重傳遞至兩側(cè)巖體中，有利于洞頂?shù)姆€(wěn)定。向斜核部巖層呈倒拱形，頂部被張裂隙切割的 巖塊上窄下寬，易于塌落。另外，向斜核部往往是承壓水儲(chǔ)存的場(chǎng)所，地下工程開挖時(shí)地 下水會(huì)突然涌人洞室，因此，向斜核部不宜修建地下工程。從理論而言，背斜核部較向斜 核部?jī)?yōu)越，但實(shí)際上由于背斜核部外緣受拉伸處于張力帶，內(nèi)緣受擠壓，加上風(fēng)化作用，巖層往往很破碎。因此，在布置地下工程時(shí)，原則上應(yīng)避開褶皺核部，若必須在褶皺巖層.地段修建地下工程，可以將地下工程放在褶皺的兩側(cè)。

②斷裂的影響。斷層破碎帶及斷層交匯區(qū)穩(wěn)定性極差，地下工程開挖如遇較大規(guī)模的斷層，基本上都會(huì)產(chǎn)生塌方甚至冒頂(洞頂大規(guī)模突然坍塌破壞)o一般而言，應(yīng)避免地下工程軸線沿?cái)鄬訋Р贾谩６叵鹿こ梯S線垂直或近于垂直斷裂帶，所需穿越的不穩(wěn)定地段較短，但也可能產(chǎn)生塌方。因此，在選址時(shí)應(yīng)盡量避開大斷層。

③巖層產(chǎn)狀的影響。對(duì)于地下工程軸線與巖層走向垂直的情況，圍巖的穩(wěn)定性較好，特別是對(duì)邊墻穩(wěn)定有利。巖層較陡時(shí)穩(wěn)定性最好。當(dāng)巖層傾角較平緩且節(jié)理發(fā)育時(shí)，在洞頂易發(fā)生局部巖塊塌落現(xiàn)象，地下工程頂部常出現(xiàn)階梯形超挖;對(duì)于地下工程走向與巖層走向平行的情況，若巖層薄，彼此之間聯(lián)結(jié)性差，在開挖地下工程(特別是大跨度的洞室)時(shí)常常發(fā)生頂板的坍塌。因此，在水平巖層中布置地下工程時(shí)，應(yīng)盡量使地下工程位于均質(zhì)厚層的堅(jiān)硬巖層中。若地下工程必須切穿軟硬不同的巖層組合時(shí)，應(yīng)將堅(jiān)硬巖層作為頂板，避免將軟弱巖層或軟弱夾層置于頂部，后者易于造成頂板懸垂或坍塌。軟弱巖層位于地下工程兩側(cè)或底部也不利，容易引起邊墻或底板鼓脹變形或被擠出。在傾斜巖層中，一般也是不利的。當(dāng)洞身穿過(guò)軟硬相間或破碎的傾斜巖層時(shí)，順傾向一側(cè)的圍巖易于變形或滑動(dòng)，造成很大的偏壓，逆傾向一側(cè)圍巖側(cè)壓力小，有利于穩(wěn)定。因此，在傾斜巖層中最好將地下工程選在均一完整堅(jiān)硬的巖石中。

(4)地下水。地下工程施工中的塌方或冒頂事故，常常和地下水的活動(dòng)有關(guān)。因此，在選址時(shí)最好選在地下水位以上的干燥巖體內(nèi)，或地下水量不大、無(wú)高壓含水層的巖體內(nèi)。

(5)地應(yīng)力。在地下工程的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，必須了解工程所在部位初始應(yīng)力場(chǎng)的分布和變化規(guī)律，獲得地下工程開挖后圍巖應(yīng)力重分布的特征，以便選用相應(yīng)的措施來(lái)維護(hù)圍巖的穩(wěn)定。初始應(yīng)力狀態(tài)是決定圍巖應(yīng)力重分布的主要因素。

2.圍巖的工程地質(zhì)分析

(1)圍巖穩(wěn)定性分析。圍巖穩(wěn)定，是指在一定時(shí)間內(nèi)，在一定的地質(zhì)力和工程力作用下，巖體不產(chǎn)生破壞和失穩(wěn)。圍巖在壓應(yīng)力、拉應(yīng)力作用下能否破壞，一般可采用如下判據(jù)：一是圍巖的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度是否適應(yīng)圍巖應(yīng)力;二是圍巖的抗剪強(qiáng)度是否適應(yīng)圍巖的剪應(yīng)力。

由于巖體在強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)方面的差異，隧道、豎井和地下車站、倉(cāng)庫(kù)、廠房等地下工程的圍巖，變形與破壞的形式多種多樣，主要有五種：

①脆性破裂，經(jīng)常產(chǎn)生于高地應(yīng)力地區(qū)，其形成的機(jī)理是復(fù)雜的，是儲(chǔ)存有很大彈性應(yīng)變能的巖體，在開挖卸荷后，、能量突然釋放形成的，與巖石性質(zhì)、地應(yīng)力積聚水平及地下工程斷面形狀等因素有關(guān)。

②塊體滑移，是塊狀結(jié)構(gòu)圍巖常見的破壞形式，常以結(jié)構(gòu)面交匯切割組合成不同形狀的塊體滑移、塌落等形式出現(xiàn)。

③巖層的彎曲折斷，是層狀圍巖變形失穩(wěn)的主要形式，當(dāng)巖層很薄或軟硬相間時(shí)，頂板容易下沉彎曲折斷。在傾斜層狀圍巖中，當(dāng)層間結(jié)合不良時(shí)，順傾向一側(cè)拱腳以上部分巖層易彎曲折斷，逆傾向一側(cè)邊墻或頂拱易滑落掉塊。在陡傾或直立巖層中，因洞周的切向應(yīng)力與邊墻巖層近于平行，所以邊墻容易凸邦彎曲。

④碎裂結(jié)構(gòu)巖體在張力和振動(dòng)力作用下容易松動(dòng)、解脫，在洞頂則產(chǎn)生崩落，在邊墻上則表現(xiàn)為滑塌或碎塊的坍塌。當(dāng)結(jié)構(gòu)面間夾泥時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生大規(guī)模的塌方，如不及時(shí)支護(hù)，將愈演愈烈，直至冒頂。

⑤一般強(qiáng)烈風(fēng)化、強(qiáng)烈構(gòu)造破碎或新近堆積的土體，在重力、圍巖應(yīng)力和地下水作用下常產(chǎn)生冒落及塑性變形。常見的塑性變形和破壞形式有邊墻擠入、底鼓及洞徑收縮等。 (2)圍巖的分類。主要是鑒于圍巖的穩(wěn)定性對(duì)圍巖進(jìn)行分類，不同建設(shè)行業(yè)對(duì)圍巖的分類尚不盡相同。例如，水利建設(shè)行業(yè)將圍巖分為五類，交通建設(shè)行業(yè)將圍巖分為六類。 3.提高圍巖穩(wěn)定性的措施

為了保證地下工程施工的安全和正常運(yùn)行，應(yīng)該針對(duì)巖體的不同條件，采取相應(yīng)的施工方法和一定的工程技術(shù)措施，提高圍巖的穩(wěn)定性。目前，用以提高圍巖穩(wěn)定性的工程措施主要有傳統(tǒng)的支護(hù)或襯砌和噴錨支護(hù)兩大類。

(1)支護(hù)與襯砌。支護(hù)是在地下工程開挖過(guò)程中用以穩(wěn)定圍巖用的臨時(shí)性措施。按照選用材料的不同，有木支撐、鋼支撐及混凝土支撐等。在不太穩(wěn)定的巖體中開挖，需及時(shí)支撐以防止圍巖早期松動(dòng)。襯砌是加固圍巖的永久性結(jié)構(gòu)，其作用主要是承受圍巖壓力及內(nèi)水壓力，有混凝土及鋼筋混凝土襯砌，也可以用漿砌條石襯砌。

(2)噴錨支護(hù)。噴錨支護(hù)是在地下工程開挖后，及時(shí)地向圍巖表面噴一薄層混凝土(一般厚度為5～20cm)，有時(shí)再增加一些錨桿，從而部分地阻止圍巖向洞內(nèi)變形，以達(dá)到支護(hù)的目的。

噴錨支護(hù)能使混凝土噴層與圍巖緊密結(jié)合，并且噴層本身具有一定的柔性和變形特性，因而能及時(shí)有效地控制和調(diào)整圍巖應(yīng)力的重分布，最大限度地保護(hù)巖體的結(jié)構(gòu)和力學(xué)性質(zhì)，防止圍巖的松動(dòng)和坍塌。如果噴混凝土再配合錨桿加固圍巖，則會(huì)更有效地提高圍巖自身的承載力和穩(wěn)定性。

噴混凝土具備以下幾方面的作用：首先，能緊跟工作面，速度快，因而縮短了開挖與支護(hù)的間隔時(shí)間，及時(shí)地填補(bǔ)了圍巖表面的裂縫和缺損，阻止裂隙切割的碎塊脫落松動(dòng)，使圍巖的應(yīng)力狀態(tài)得到改善;其次，由于有較高的噴射速度和壓力，漿液能充填張開的裂隙，起著加固巖體的作用，提高了巖體的強(qiáng)度和整體性。此外，噴層與圍巖緊密結(jié)合，有較高的粘結(jié)力和抗剪強(qiáng)度，能在結(jié)合面上傳遞各種應(yīng)力，可以起到承載拱的作用。

錨桿有楔縫式金屬錨桿、鋼絲繩砂漿錨桿、普通砂漿金屬錨桿、預(yù)應(yīng)力錨桿及木錨桿等，目前在大中型工程中，常用的是楔縫式金屬錨桿和砂漿金屬錨桿兩種。為了防止錨桿之間的碎塊塌落，可采用噴層和鋼絲網(wǎng)來(lái)配合。

(3)各類圍巖的具體處理方法。對(duì)于堅(jiān)硬的整體圍巖，巖塊強(qiáng)度高，整體性好，在地下工程開挖后自身穩(wěn)定性好，基本上不存在支護(hù)問(wèn)題。這種情況下噴混凝土的作用主要是防止圍巖表面風(fēng)化，消除開挖后表面的凹凸不平及防止個(gè)別巖塊掉落，其噴層厚度一般為3～5cm o當(dāng)?shù)叵鹿こ虈鷰r中出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)時(shí)，應(yīng)采用錨桿穩(wěn)定圍巖。

對(duì)于塊狀圍巖，這類圍巖的坍塌總是從個(gè)別石塊――“危石’’掉落開始，再逐漸發(fā)展擴(kuò)大，只要及時(shí)有效地防止個(gè)別“危石’’掉落，就能保證圍巖整體的穩(wěn)定性。一般而言，對(duì)于此類圍巖，噴混凝土支護(hù)即可，但對(duì)于邊墻部分巖塊可能沿某一結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)滑動(dòng)時(shí)，應(yīng)該用錨桿加固。

對(duì)于層狀圍巖，在開挖地下工程時(shí)，往往不易打成拱形(或圓形)，爆破后頂面經(jīng)常成平板狀，如不加支護(hù)，圍巖常常先發(fā)生彎曲張開，然后逐漸坍塌。因此，對(duì)于此類圍巖，應(yīng)以錨桿為主要的支護(hù)手段。通過(guò)錨桿將各層聯(lián)結(jié)在一起，提高巖層的抗彎剛度，有效阻止各層之間的層間錯(cuò)動(dòng)。

對(duì)于軟弱圍巖，相當(dāng)于圍巖分類中的Ⅳ類和V類圍巖，一般強(qiáng)度低、成巖不牢固的軟巖，破碎及強(qiáng)烈風(fēng)化的巖石。該類圍巖在地下工程開挖后一般都不能自穩(wěn)，所以必須立即噴射混凝土，有時(shí)還要加錨桿和鋼筋網(wǎng)才能穩(wěn)定圍巖。