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七、隧道与地下工程设计与施工100问
南京地铁建设中的几个难点

    一是TRANBBS施工环境差。地铁工程施工大都在繁华闹市展开，南北线一期工程不仅要从新街口、鼓楼等闹市区地下穿过，避让沿线众多建筑物桩基和南北向的鼓楼公路隧道，还要从东西向的内秦淮河、玄武湖公路隧道、玄武湖以及龙蟠路隧道、南京火车站既有铁路线下穿越，同时还要预留鼓楼公路东西向隧道，将遇上一系列的困难和矛盾。一方面地铁的大规模施工需要暂时开挖部分路面，占用部分道路，对环境和商业经营有所影响；另一方面TRANBBS城市中心能提供的施工场地很狭小,同时又要尽量保证地面商业经营和景观不受到太大的影响，保证安全，这些使得施工时施展不开。假如这一矛盾处理不好，显然会影响地铁施工的顺利推进。

    二是地质条件劣。南京的地质状况很复杂，地下水位较高，有较多的古河道及大量含水砂层、断裂破碎带、软流塑地层等不同地质情况。这些不利的地质条件给地铁的地下施工带来了很大的难度。针对这一难题，我们要认真做好了地质详勘工作和施工图TRANBBS设计，但在具体施工中仍有可能遇上各种险情。

    三是地下管线繁。地铁南北线一期工程施工线路基本上位于城市南北向主干道下，原有的上、下水、煤气、供电、通讯等管线交错其下。而南京地下管线的复杂程度尤以新街口、鼓楼一线为最,仅这两处的管线种类即达到32种。可以说每前进一米都将碰到管线障碍，一方面迁移众多管线使施工难度增加，进度减缓，另一方面管线资料不全又使勘测、施工的危险性和不确定性增加。地下管线中有的是解放前埋设的，有的是单位自行改线而没有上报的，还有的是军用管线在TRANBBS规划部门没有备案。这些情况直接导致地铁勘测、施工难度的增加，很有可能因有关部门无法提供准确资料而导致施工中地下管线的变形、沉降、断裂，情况一旦发生将有可能引发断水、断气、停漏电、塌方、乃至出现人员伤亡等事故。为减少事故发生，我们已责成规划局等有关部门尽可能将各类管线资料、图纸提供得尽可能准确，以利勘探、施工的开展。我们已针对可能发生的意外，制定抢救、抢险预案，以便把对四周的影响和危害降到最低程度。但仍然要加倍小心。

四是TRANBBS交通组织难。地铁施工过程中的交通组织及交通疏解尤为重要。由于一些地段的施工使道路变窄，有时甚至需要封闭部分路段，交通环境恶化，社会车辆的进出及现有交通的组织困难，另一方面施工、昼夜运土车辆本身的进出同样存在交通组织问题。

五是人才资源缺。地铁建设在我国是一门新兴产业，由于专业的原因，人才奇缺。其中主要的26个专业中的有些专业在我国现有大学中设置课程的很少。同时由于城市下岗、就业的矛盾较大，又在大城市中作战，想进入地铁指挥部的人很多，但就专业人才而言，不能适应地铁建设的需要。

随着工程建设的全面展开以及营运工作逐步提上议事日程，一方面，需要不断挑选引进各类专业TRANBBS技术人才，另一方面，由于编制、素质、业务等方面条件有限，对于进人需要从严把握，宁缺勿滥。我们下步打算：一是从做过地铁的城市，想方设法"挖"一些人才；二是从本市各行各业选调部分专业技术人员；三是从每年本科以上学历的通信、信号、自动控制、车辆等地铁相关专业优秀应届毕业生中挑选；四是从有实践经验、身体好的离退休专业技术人员中返聘；要确保引进的人才都是精兵强将，真正做到来之能战，战之必胜。

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七、隧道与地下工程设计与施工100问
地下工程围岩稳定性分析方法
　　地下工程的稳定问题亦即围岩的变形与破坏问题。顶板塌落、边墙挤入、底板隆起、围岩开裂、突发岩爆、支护折断等都是围岩不稳定的显现。但从永久性地下建筑物及地下空间利用的类型看,由于使用要求或标准不同,稳定性的定义就会有差异。围岩稳定性分析方法主要有:块体理论支持的分析方法,主要用于裂隙岩体的稳定分析中;模型试验方法,多用于重要的难以用现场试验方法解决的复杂工程;数值分析法,基于某种力学模型和分析理论对围岩进行稳定性分析的方法,是目前应用较广泛的一种分析方法,它根据力学模型和分析思想的不同又分为有限元分析、边界元分析、位移反分析等。
目前,在地下工程施工领域中,存在着一种倾向,即追求高精度的数值计算及数学方法的深奥,花了大量的精力、财力和时间去从事复杂而繁琐的数值计算,而放松了对地下工程非凡性的思考,忽略了对问题整体性的理解。

1 　地下工程的特点
    地下工程涉及到地理与地质环境因素、工程因素、社会经济水平、材料科学发展水平、施工过程控制水平以及地下工程在国民经济中的地位等因素。地理与地质环境本身就是复杂的,它是天然的介质(涉及地应力、地下水、岩性、地质结构、地质构造),很少有地质条件完全相同的两个工程;工程因素则是指工程规模、断面外形与尺寸、施工技术、过程控制、环境控制、工程材料、人、机、料的协调水平等。工作面在时间和空间上的动态性,技术发展的历史性均增加了地下工程的复杂程度。岩石这种非凡的材料组成和结构的复杂性,还远远没有被人们熟悉透,它远不像金属等均质材料那样简单。这种状况导致了开挖技术的理论研究至今只能停留在简单的结构分析和孤立的固体力学和数值分析的领域。
地下工程的地理与地质环境、投资水平、设计水平、承建者的技术与治理水平等诸多因素都与工程的成败有联系,它们相互作用、相互渗透、相互影响、相互制约。因此,必须用系统的方法去解决地下工程问题。限于传统确定性思维方式的单纯、精确的力学与数学分析方法已无法解决稳定分析在隧道工程设计施工中的普及应用问题。理论研究和工程实践表明,要想解决岩石力学在隧道工程设计与施工中的普及问题,单纯应用力学、数学的理论分析是行不通的,必须从隧道工程实际出发,以系统概念为指导,依靠原型观测资料的验证与反馈,走理论分析与经验分析相结合的道路。

2 　地下工程围岩稳定分析及支护设计方法回顾
    20 世纪70 年代末,“ 新奥法”引入我国后,使人们对隧道设计理论有了熟悉上的飞跃,人们熟悉到: 支护结构和围岩是一个受力的整体,隧道支护设计需要考虑的问题已经不仅仅局限于支护结构体本身的强度和稳定性,而是要将眼光更多地投向围岩,要充分发挥围岩的自撑能力,并将围岩与支护结构有机地统一在结构稳定性与经济性的合理水平上。
概率极限状态和可靠度设计方法在地面结构中的成功应用,引起了隧道界的重视,自80 年代中期就开始将可靠度方法引入了隧道结构设计的研究中。各高校联合攻关,经过可行性研究阶段和基础性研究阶段,到20 世纪90 年代中期,以“ 荷载-结构”模式为主的一般地区单线隧道整体式衬砌,单线隧道偏压衬砌和单线拱形明洞等结构的可靠度设计方法已达实用程度。1999 年发布的《铁路隧道设计规范》( TB10003 -99) 中已采用这一成果。在现行《铁路隧道设计规范》TB10003 -2001 中仍在应用。

支护结构设计方法主要有:概率极限状态法;荷载-结构模式计算法; 经验类比法; 岩石力学计算法。
    对这些方法的进一步了解可知: 前3 种方法是以往及今后一段时间内的主流设计方法,它是以前人工程实践的经验为基础,通过统计分析的方法得出的荷载计算模式或经验式,在材料强度理论的基础上,经过赋予可靠性指标或安全系数得以实际应用。这些经验式是在成千的工程实例基础上得出的,从统计意义上来说具有一定的高概率特征,这种方法将成为今后相当长一段时间内的主流设计方法。这种方法具有简单、快速、易把握的特点,已成为事实上地下工程支护设计与结构稳定分析的主流方法。但是,应该看到这些经验式的产生过程不可避免地存在着许多不严密之处,如样本采集的技术很大程度上不能完全满足概率抽样的要求,样本的统计数量也难以保证。因此,前提条件的不满足(采样过程) 形成的严密的数值推论结果显然不能期望获得与实际工程的高符合度的结论,据此进行的稳定性猜测其可靠性也就可见一斑。另外,从揭示地下工程围岩变形的实质、探索其科学道理的角度看, 必须进行岩土工程理论的研究,一个没有坚实理论支持的学科注定是没有前程的。目前的工作无疑将有利于基础理论的形成,在基础研究取得突破性进展时,围岩稳定性分析才能有一个坚实的理论基础, 地下工程的设计及稳定性猜测也才能期望像地表工程那样得以很好地把握。

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七、隧道与地下工程设计与施工100问
地下室施工中裂缝的预防及处理
地下室施工中，混凝土裂缝是普遍存在的问题，本文对地下室混凝土施工中常见的一些裂缝问题进行分析，并提出预防处理措施。

一、地下室常见施工裂缝
1、地下室底板裂缝高层建筑地下室的底板一般较厚，属
属大体积混凝土施工。发生裂缝的主要原因是水化热高，与环境气温温差大，或养护不当，裂缝严重的可导致底板渗漏。若混凝土温度较高时，突然浇冷水养护，也会产生无规则的多条微裂缝。
2、地下室外挡土墙裂缝由于墙体混凝土强度等级普遍较高，采用C40、C45，甚至C50、C60，这样水泥用量多达500～550公斤/立方米，势必造成混凝土收缩量大，不易养护，地下室外挡土墙又很长，因此往往形成多条较有规律的竖向裂缝，肉眼可明显地看到收缩裂缝形状。
3、地下室阴角裂缝在地下室施工完后，通常在外墙截面刚度变化处，平面形状转折处的阴角存在结构竖向裂缝，由顶部向下开裂，上宽下窄，这是由于收缩应力和沉降、温度应力等共同作用，在角部形成集中应力超过混凝土抗拉强度所造成的。

二、施工裂缝的预防
1、对于大体积混凝土底板施工，可采取下列措施：选用低水化热的矿渣水泥掺加高效减水剂，以减少用水量；掺加粉煤灰，以减少水泥用量；掺加UEA微膨胀剂，以补偿收缩；分层分段浇筑混凝土，并加强养护，严格控制混凝土内外温差（中心与表面、表面与外界），使温差<25℃。采取这些相应的措施后，完全可以控制裂缝的发生。
2、对地下室外挡土墙裂缝的预防，可采取的措施主要是调整混凝土配合比，通过加外加剂（减水剂、高效泵送剂、UEA微膨胀剂、粉煤灰等），力求减水、减少水泥用量来防止裂缝，注意加强养护，及时覆盖、淋水，或喷洒养护剂，墙体模板尽可能晚拆一些。
3、为了防止阴角部位混凝土产生裂缝，除从设计方面尽量少用凹凸的平面形式，并且在阴角处采用附加钢筋等构造措施外，在施工方面还必须保证阴角部位的混凝土施工质量，及时覆盖、淋水，或喷洒养护剂进行养护，控制拆模时间，不宜过早。

三、施工裂缝的处理
1、表面修补法。表面修补法是一种简单、常见的修补方法。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥，或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料。在防护的同时，为了防止混凝土继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。
2、灌浆法。灌浆法是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。
3、嵌逢法。嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。
4、加固法。当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构进行处理。结构加固中常用的主要有以下几种方法：加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢，采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。
5、电化学法。电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土所处的环境状态，钝化钢筋，以达到防腐的目的。阴极防护法、氯盐提取法、碱性复原法，是化学防护法中常用而有效的三种方法。

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七、隧道与地下工程设计与施工100问
浅谈地下室砼施工的一些常见问题

1、地下室砼强度偏高，容易使结构产生严重的收缩裂缝。
在设计方面，高层建筑设计时，一般柱砼强度设计较大，考虑到施工等因素，往往地下室板墙砼强度等同于柱砼强度。一般板墙砼强度不宜大于C40.在施工方面，原设计砼强度较高，而施工时砼配合比不易控制，其实际浇筑的砼强度往往比设计强度要高得多。这样就很容易导致砼因强度偏高而产生收缩裂缝。

2、后浇带浇筑时间控制不足，从而引起结构性沉降裂缝。
一般后浇带分为两种：一种是因结构超长而设置的伸缩性后浇带，另一种是防止沉降不均而设置的沉降性后浇带。在实际工程中，有些设计人员未予明确，而施工人员不注意，将沉降后浇带与伸缩后浇带混淆，而一起浇筑起来。这样，很有可能产生结构性沉降裂缝。一般伸缩后浇带浇注时间为两个月左右，沉降后浇带浇筑时间为主体结构封顶后，根据沉降观测资料确定。

3、后浇带未采取加强和保护措施，存在较大质量和安全隐患。
1）后浇带部位的梁板钢筋未加强和保护。后浇带为后期二次浇筑，浇筑成型后该部位容易产生应力集中，如果对构件钢筋不采取加强措施，会使该部位砼内部产生较大的拉应力，造成砼后期裂缝。另外，一些施工企业不注意保护，使得后浇带内钢筋长期暴露在湿气中或浸泡在水中，造成钢筋锈蚀而影响其粘结度和有效截面。
2）过早拆除后浇带部位的底部模板支撑。有些施工单位把后浇带部位的构件当作悬臂梁那样，其强度达到100％后就将其底部模板支撑拆除了，甚至还在其上部搭设模板支撑或堆放材料，这种做法是非常危险的，容易造成构件上部出现裂缝乃至坍塌。后浇带梁板并非悬挑构件，其底部模板支撑必须待后浇带砼浇筑完成并达到规定强度后方可拆除。为方便起见，建议将后浇带部位的模板支撑搭设为与周边脱开的独立支撑体系。

4、地下室砼侧壁与顶板相交处未设置暗梁或框架梁，使砼变形不协调而引起内角裂缝。
地下室外墙受到侧面土、底板和顶板变形约束作用，而外墙较底板和顶板刚度差异较大，使砼产生变形。如果外墙与顶板相交处未设置暗梁或框架梁，该部位顶板厚度范围内则没有抗扭筋来抵抗和约束其变形，使得该处内角砼产生较大的拉应力，直至出现收缩裂缝。

5、侧壁钢筋保护层或钢筋间距偏大，易造成砼裂缝。
外墙钢筋的配筋量往往由裂缝宽度控制（外墙裂缝宽度控制在0.2mm之内），如果外墙设计时，漏掉抗裂性验算，配筋率不够，易造成砼裂缝。钢筋的弹性模量比砼的弹性模量大7～15倍，在相同的配筋率下，应选择细筋密布的办法。还有施工时，对钢筋保护层或钢筋间距控制不好，亦易造成侧壁裂缝。另外，砼应考虑增加抗变形钢筋，对于侧壁，应增加双向温度筋。

6、顶板、侧壁开洞过大或私自预留安装洞而未采取加强措施，造成应力集中裂缝。
有些施工单位为了安装方便，在顶板和侧壁上任意开洞，且未采取任何加强措施，使得该部位产生裂缝。对于开口洞应采取钢筋加强或增设暗梁等措施，来抵抗该部位引起的集中应力。

7、地下室顶板施工荷载或堆载过大，造成挠曲变形甚至裂缝。
为了能够缩短工期，一些施工企业在地下室顶板上过早或过多的堆放建筑材料，甚至行使重型机械设备（如砼搅拌车等），施工荷载远远大于顶板设计荷载，造成顶板挠曲变形甚至裂缝。

8、砼施工的操作程序不当，出现孔洞渗漏水现象。
在地下室砼浇筑时，经常因操作程序不当，比如施工缝处基层处理不好，较高板墙砼浇筑振捣不充分不密实等，而出现孔洞空隙渗漏水现象。

9、不注意砼温度的控制，造成砼膨胀或干缩裂缝。
对大体积砼切不可忽略温度的影响，应合理分段分层进行浇筑，使砼温度均匀上升，浇前应在室外气温较低时进行，砼浇筑温度不宜超过28℃。砼浇筑以后，砼因水泥水化热升温而达到的最高温度主要是砼入模温度与水化热引起的，温度升幅不宜超过25℃。浇筑后的养护是防止地下室砼产生裂缝的一重要环节，目的是控制温差，防止产生表面裂缝，可充分发挥砼早期强度，防止产生贯穿裂缝。潮湿的环境可防止砼表面因脱水而产生的干缩裂缝，浇水养护不少于14d。
总之，地下室砼工程质量的控制是一个综合性的课题，要通过设计、施工、材料优选等环节进行全面控制，才能减少裂缝等问题的产生。

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七、隧道与地下工程设计与施工100问
地下水对公路路基的破坏研究

公路路基在地下水作用下，经常会发生许多使用病害，严重影响公路的正常使用。在道路养护中经常遇到的路基沉降、湿陷、盐渍化、冻胀等病害，都是地下水直接或间接作用的结果。因此，在公路路基设计、施工及养护中应充分重视地下水作用，认识其对路基的破坏实质，选择有效的防治措施，将对我省公路发展起到积极作用。

1、地下水对路基的破坏作用
地下水土层和路基作用部分的表现为渗入和一系列作用的增强或改变，这一系列作用中的一部分可为原始的，而另一部分是一些继发作用，它们是原始作用的直接后果。作为原始作用，首先是土的湿度改变的物理过程，同时还有土层应力状态的改变过程，这种应力状态的变化是在一种作用力的因素即水的一定作用条件下产生的。

土的强度降低、沉降的发展、滑坡就形的发展、冻胀作用与就形的发展等过程与现象是上述原始作用同其它作用的共同后果。认识它们在地下水破坏作用下的实质是非常必要的。
1.1 湿陷现象
湿陷是浸湿时黄土的剧烈沉陷，同一般沉陷的本质不同在于湿陷发生提比较快，并且是土的物理-化学性质改变的结果，土处于由固定的外部压力所形成的稳定的应力状态中。水的浸湿是引起湿陷的主要因素。当浸湿时，水减小着土的内部粘结强度，使结构联结削弱，并且已经不能支承外荷载了，这时土的矿物颗粒和团粒便进入运动状态，重新排列和更加紧密，产生与结构联接的削弱程度和外荷载数值相适应的土的附加压缩，形成湿陷。黄土层浸湿的一个主要原因是地下水拉的上升，也就是说浸湿是从下而上进行的。自下而上浸湿时，经受变形的是相对较干燥的上履土体，它通常具有半固态稠度和低于液限的天然含水量，湿陷时下陷土层会破碎成一些大块，彼此间被缝切割。
1.2 盐渍化
土的盐渍化过程主要发生在气候干燥并且分布着盐渍土的地区。地下水（潜水和毛细水）是形成盐土的主要原因之一，因为在干燥气候条件下发生着潜水将盐分自深处带向表面的过程，而更经常的则是由于携带盐分的毛细水的上升。由于水的蒸发，盐分会在土的上层和表面浓缩，并形成盐壳。盐分的析出，将增大孔隙度和丧失结晶粘聚性，从而提高了透水性，减弱了土的强度，造成土的沉陷。
1.3　滑坡现象
当路基处于天然山坡的坡积层上时，由于坡积层地下水的力的作用（静水压力和动水压力），坡积层会滑动，可能造成路基稳定性的破坏，形成滑坡。地下水流的深度变化影响着渗透压力的大小，地下水位上升，渗透压力增大，路基稳定性降低；地下水的存在会降低土体抗剪强度，尤其是滑动层充水，地下水作为一种力的因素对山坡上滑坡体的稳定程度有着特别的影响。
1.4 冻胀的形成
冻胀是冬季在道路上形成的局部抬高，春季时就会出现路面的破坏。在水移动薄膜机制基础上，冬季水分潜移至路面下的冻结区，形成冰夹层和冰晶体，春融时，土变得过湿和软化。在地下水作用下，路基通常会形成深层浆胀（水文地质冻胀）。较高的潜水水位和来至山坡一侧的潜水靠近路基在路基基底或在路暂与侧沟的边坡上尖灭是促成深层冻胀的主要条件，在含水层的上面被厚度不大、透水性较低的土层所覆盖时，潜水的尖灭更加有害。
1.5 含水量增大
地下水浸湿路基的水源主要是自潜水和上层滞水面上升的毛细水。这种水经常改变着路基土的含水量，尤其是当路堤由粉土和粘性土构成并填筑在沼泽或地下水位很高的地基上时，更是如此。当从潜水面自下而上发生浸湿时，会形成一个具有饱和含水量的区。含水量的改变（提高）能降低土的强度（抗剪强度），因而降低稳定性，导致路基变形。

2、地下水破坏作用的防治
防治地下水对路基的破坏作用，应特别注意路基上层的防护，因为路基上层是路面的支撑，是主要承重结构层。目前解决地下水破坏的主要途径是；路基工作层远离地下水位；人为降低地下水位高度；设置人工障碍物阻止地下水对路基的浸湿。
2.1 提高路基标高
人为提高路基标高，保证路基工作层在下水位以上一定高度，这是最简单和传统的解决方法。对路堤而言实现起来比较容易、简单，但对于路堑和零填情况，还有当缺乏合格的填土时，实现起来可能不现实。
人工提高路基标高主考虑地下水位高度和选择合格的路基填料，保证公路路基稳定性所要求的路基标高应至少高出地下水位2M以上，同时提高标高可以预防和消除路基深层冻胀，两者综合确定高度。在提高的同时应特别注意填土不能破坏天然的地下水排水条件，且不要造成出现人工水头的条件。
2.2 降低或拦截地下位
利用有效排水工程对地下水进行拦截或降低是一种有效的解决方法。通常使用的排水工程主要有水平排水层、渗沟、排水明沟等。
渗沟从结构划分主要有水平、立式和混合三种。水平渗沟是渗水管或渗水洞，它们带有水孔，具有朝向集水地的坡度，其周围填有渗水材料。立式渗沟由一系列降水钻孔组成，它们通常保持相同的隔距离，籍助于吸收或虹吸系统可保持所规定的水位，混合渗沟是一种自流的排水洞或管和一系列沿长度等距离布置的自流钻孔，自流钻孔的口一般通入排水洞侧面的检查井。完全性渗沟仅部分地切断含水层，而且其基底达到隔水层。渗沟形式、位置和材料的选择应根据地下水的水头位置、流向、水位高度以及工程规模、要求，结合当地实际经验和水力计算，进行综合考虑、合理组合。这是目前在公路实际工程中应引起设计、施工及管理部门充分重视的方面。因为在许多工程中已大量应用了渗沟，但不顾实际条件，肓目引用、套用，导致失效或起不到作用，使路基严重受到地下水危害，甚至导致失效或起不到作用，使路基严重受到地下水危害，甚至导致路面破坏的实例比较普遍。
2.3 修筑结构层
修筑适宜的结构层，以调节路基的水温状态，也是一种有效的处理方法，而且应用范围比较广泛。目前主要应用的是防水层和割断层。防水层主要应用各种合成材料和沥青、水泥等结合料，掺人集料共同组成不透水、抗冲刷的结构层，设置于路基和路面之间或路基底部，起到防止地下水浸入的作用。割断层与防水层类似，主要目的在于割断地下水的上升路径，从而减小或消除其对路基的破坏作用。
为了防治地基和路基土的盐渍化，当不可能保证路基肩部在地下水位以上所需高度时，可修筑一定厚度的卵石或碎石夹层，起到割断作用。
预防自潜水或上层滞水面上升的毛细水对路基的危害，可修筑毛细割断层。毛细割断层由于其作用，应采用非冻胀、透水性良好的土填筑。
随着公路的发展，防治地下水危害还有许多其它方法，但只要能合理利用以上几种方法，而且使它们发挥作用，一般可以满足公路的使用要求。

3、结语
对于预防和处治地下水对公路路基带来的危害，在公路设计过程中应准确探明地下水的位置、来源及大小，从根本上分析清楚可能带来的各种危害，并预估危害大小，结合具体条件和各种方法的作用原理，合理设计完善的防治系统，这是主要前提条件和根本：施工的质量识和管理中的系统观测是实现手段、保障措施。

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七、隧道与地下工程设计与施工100问

某大楼地下室框架梁裂纹形因及对策
一、工程概况
三峡库区某迁建行政大楼工程结构采用现浇钢筋框结构.结构安全等级二级,抗震设防裂度为6度，层数为11层.该工程室内标高 ±0.000相当于决对高236.45m,建筑面积为18792.2平方米,建筑主体高度为40.04m,基本采用人工挖孔灌注桩,桩端支撑于中等风化的岩砂.岩石饱和单轴抗压标准为fyc=39.435mpa..桩护壁砼强度等级为c20纵向钢筋用Ⅱ级钢筋@250.φ.8,地梁砼c30,外墙及水池砼为c35抗渗等级不得小于0.6mpa,现浇梁柱楼梯均为C35。
已浇筑工程采用普通硅酸盐425号水泥,砂为本地长江特细砂,细数模度为1.5-0.7,石子采用5-40河床;卵石,水为自来水公司供给的饮用水,设计配给比为 C35为1:0.47:3.27:0.34,坍落度为30-50mm..C30配合比为1:1.12:3.17:0.38, 坍落度为30-50mm(水泥用量每立方米485kg,气温大于28.℃)配料严格过磅,采用机械搅拌,搅拌时间不少于60-120秒.采用插入振捣,每次浇灌厚度250-300mm,砼捣完24t后拆模.
该楼地下室顶板框架梁在施工后第七天左右出现裂缝,裂缝大多产生在距柱三分之一跨度范围内,均为纵向裂缝,裂缝宽度最大处达0.5mm一般在0.3mm之内 (朝阳面居多）。

二、裂纹原因分析
框架梁浇灌到三分之一时,拆模四天后即发现竖向裂纹,当即由施工,监理,设计,质监等单位组织专班,对裂缝进行观察,分析,研究,并从设计,材料,施工三个方面认真查找原因,认为裂缝不是强度裂缝,而是温度收缩裂缝.一方面对裂缝继续观察,研究,另一方面严格按设计和《规范》继续组织施工.但浇灌的砼拆模后仍出现纵向裂缝,因此,决定停止施工,查找原因.
　　从设计图纸,取用材料(水泥,卵石,砂,水),施工程序和操作程序上均认为没有直接问题,但根据我国(硅酸盐水泥,普通硅酸盐水泥(GB175-85)第4.4.17条:在浇大体积混凝土时,由于混凝土的温度高,凝结加快.(一般混凝土达到30℃比20℃要快1-3h):第4.5.3条还规定:大体积混凝土在硬化过程中,产生的水化热不易散发,施工中如不采取措施,会由于混凝土内外温差过大而出现裂缝.因此,必须使温差控制在设计要求以内.当设计无要求时,温度以不超过25℃为宜.从国外一些施工规范来看,对混凝土浇筑温度也作了规定,如日本暑期混凝土的搅拌温度为30℃以下,浇筑混凝土温度应低于35℃;而美国,法国规定不得超过30℃.我国水土混凝土规范(SDJ207-82)中规定:高温季节施工时,混凝土最高温度不得超过28℃.大楼地下室框架梁施工时间为2000年8月,此期间三峡库区正是天旱高温,中旬一周平均气温达33℃以上.
　　从施工现场观测,分析,认为裂缝的主要原因是夏季气温较高,砼成形后早期膨胀最大,导致后期砼收缩应变大造成的.由于长期高温,长江边气候变化异常,昼夜温差较大,白天最高可达42C℃,混凝土表面可达54℃,夜间室外最低气温28℃,该建筑物所处的位置相对较高,四周空旷,受高温气候影响,半地下室四周设置600柱与300厚剪刀墙相连,突出地面3.5-4.0m高对梁形成附加约束较大,加之通风不良对砼的收缩影响,结构温度不均.因此,在砼的变形受到约束的情况下,膨胀不能自由进行,砼的拉应力超过了砼的抗拉强度,是梁产生有规律裂纹的根本原因.另外,采用特细砂,水泥用量偏大(水泥水化热反应),拆模过早,结构限制(剪力墙和半地下室)约束力较大,用单层麻袋覆盖,水管浇水不均等,也是不可排除的间接原因.
三、技术措施
根据工程实际情况,采取了以下综合措施,有效的控制了裂缝.
1、设计
　①构件内钢筋设置:梁高大于或等于600mm,增设腰筋一道,即2φ.12,大于或等于900mm的梁,增设腰筋二道,即2φ.12,以减少收缩对结构的影响.
　②在后浇带处应有可靠支撑,并在后浇带处上下各增加2φ.20的纵径,箍径加为 8@100.
　2、建筑材料
　①减少砼拌合物的水灰比.在拌合物中掺高效缓凝减水剂,降低热峰值及推迟热峰值出现时间以保证砼强度,满足砼拌合物的工作性能.
　②改用525号水泥,减少水泥用量.水泥用量减少,骨料含量相对增加,由于骨料的体积稳定性比砂浆好,故以此减少水泥凝胶体所引起的收缩.
　③ 在已选用的5-40mm的卵石中掺入15-20%的5-15mm的碎石.改善骨料的结构.增加砼的骨架钢度.
　④降低砼用水温度.供水管埋入土中,避免太阳直接暴晒.
　3、搅拌设备
　①搅拌机为避免直接暴晒,设遮荫棚(包括料石)
　②采用两台搅拌机同时拌制砼.多利用夜间进行施工.
　③ 严格砼拌制工艺,适当延长拌制时间,增加砼拌制物的均质性.
　4、模板
　①做到几何尺寸正确,严密不漏浆,强度,钢度稳定性,性能满足要求,支撑牢固.
　② 浇筑前充分将模板淋湿.尽量延缓拆除侧模时间.
　5、浇筑
　①进一步强化工艺过程控制.避免直接暴晒.安排夜里施工,计算好当班浇筑量,按规范定施工缝位置.
　② 浇筑前用冷水将模板和钢筋降温,浇筑时提高振捣砼的振捣质量.
　6、养护
　①在浇筑完毕后的砼立即用双层湿麻袋覆盖,防止因高温使水份蒸发,并保持湿润状态,待砼终凝后,再直接浇水保持湿润,实施专人负责,多人日夜值班养护..
　②砼的养护时间一般不少于14天,对浇筑的砼和试块应同样对待。

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七、隧道与地下工程设计与施工100问
隧道喷射混凝土施工的质量控制措施

摘要：介绍了施工原材料的控制与喷射击混凝土配合比的设计要点及加强养护的措施。

　　关键词：喷射混凝土；回弹率和粉尘率；质盆控制

　　0、前言

　　随着科学技术的发展，大量的新材料、新工艺、新设备、新技术不断应用于工程中，同时，隧道施工技术也在超长、大跨度、防水、穿过不良地层等方面取得了长足的进步，涌现出了大量的科技成果。锚喷构筑法在技术上有采用速度较快，支护及时、支护质量较好、强度高、密实度好、防水性能较好；省工、操作较简单，支护工作量减少；施工灵活性很大，可以根据需要分次喷射混凝土追加厚度，满足工作设计与要求等优点。

　　在国内，一些国际招标的大型水利工程中，如二滩水电站，黄河小浪底工程，三峡工程等，均是采用湿式混凝土喷射作业。国内目前使用的各种湿式混凝土喷射机多是从国外引进的设备。近几年来，国内一些单位也开发研制出几种湿式混凝土喷射机，但生产规模尚有待扩大。湿式混凝土喷射机主要优点有四个。

　　（1）湿法：作业大大降低了机旁和喷嘴外的粉尘浓度，消除了对工人健康的危害。

　　（2）生产率高。干式混凝土喷射机工作效率一般不超过5扩/h.而使用湿式混凝土喷射机人工作业时可达10m'/h，采用机械手作业时，则可达20扩/h，

　　（3）回弹度低。千喷时，混凝土回弹度可达15%~50%.采用湿喷技术回弹率可降低到10%以下。

　　（4）湿喷时，由于水灰比易于控制，混凝土水化程度高，故可大大改善喷射混凝土的品质，提高混凝土的匀质性，而干喷时，混凝土的水灰比是由喷射手根据经验及肉眼观查来进行调节的，混凝土的品质在很大程度上取决于机手操作正确与否。

　　1、施工工艺与原材料的控制

　　1.1 施工工艺

　　喷射前，应将岩面冲洗千净，并将表面软弱破碎岩石清扫干净。喷射作业应分区段进行，长度一般不超过6二，喷射顺序应自下而上。后一次喷射应在前一次混凝土终凝后进行，若终凝后1h以上再次喷射，应用风水清洗混凝土表面。边墙一次喷射厚度4~6cm，拱部则为2-4em，喷射2一4h后应洒水养护，一般养护7一14d，混凝土喷射后至下一循环放炮时间，应通过试验确定，一般不小于4h，放炮后应对混凝土进行检查，如出现裂纹，应调整放炮间隔时间或爆破参数。

　　1.2 原材料控制

　　（1）拌和用水：工程中多以饮用水作为拌和用水，而pH值小于4的酸性水和含硫酸盐量（SO4，一）超过水量1%的水，含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质的水均不得使用。

　　（2）水泥：为保证喷射混凝土的凝固时间及与速凝剂的相溶性，所用水泥应具有强度高、抗渗性和耐久性好，应优先选用4S5，以上的普通硅酸盐水泥，其次选用矿渣硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥。在地质条件复杂的隧道中应采用早强水泥，使用前应做强度鉴定实验，水泥存放时严禁受潮和结块，也不得把不同规格、不同厂家的水泥混合使用。

　　（3）骨料：混凝土的强度除了取决于骨料的强度外，还取决于水泥浆与骨料的粘结强度，同时骨料的表面越粗糙界面粘结强度越高，因此用碎石比用卵石好。实验表明在一定范围内骨料粒径越小，分布越均匀混凝土强度越高，骨料最大粒径地减少不仅增加了骨料与水泥浆的粘结面积，而且骨料周围有害气体减少，水膜减薄，容易拌和均匀，从而提高了混凝土的强度。

　　（4）活性：掺和料：水泥水化是一个逐步发展的过程，在28d的龄期中，水泥的实际利用率仅占60%一70%，而另外的未水化的水泥中的Ca0后期遇水后生成Ca（OH）2，产生体积膨胀，给后期强度带来不利影响，利用活性掺和料代替部分未水化的水泥，不仅可以降低成本，最主要的是可以利用活性材料中的活性成分（主要是Si02与A403）与水泥水化产物Ca（OH）：进行二次反应，生成含水硅酸钙与含水铝酸钙，新生成的水化产物不仅提高了喷射混凝土的强度和致密性，而且提高了其抗冻、抗渗、抗腐蚀等性能，这一类活性掺和料主要是粉煤灰和沸石粉，掺量约为水泥重量的10%-20%.

　　（5）外加剂：为了降低用水量、降低回弹率和粉尘率，使喷射混凝土早凝早强，必须使用外加剂。应采用符合质量要求并对人体危害性很小的速凝剂，掺加速凝剂之前，应做速凝剂与水的相溶性实验及水泥净浆速凝效果实验，注意速凝剂效果实验，初凝时间不应大于5min，终凝时间不应大于10min，保持速凝剂干燥勿受潮变质，在喷射混凝土中添加速凝剂的目的是使喷射混凝土满足设计要求，促进早强。一般速凝剂最佳掺量约为水泥重量的2%一4%，实际使用时拱部可利用2%-4%，边墙可用2%，过多的掺量对喷射混凝土反而不利，这是因为速凝剂虽然加速了喷射混凝土的凝结速度，但也阻止了水在水泥中的均匀扩散，使部分水包裹在凝结的水泥中，硬化后形成气孔，另一部分水泥因而得不到充足的水分进行水化反应而干缩，从而产生裂纹。另外速凝剂掺人应均匀。

　　2、喷射混凝土配合比的设计与控制要点

　　喷射混凝土的配合比不同于普通混凝土的配合比，需要根据其施工工艺来选择，主要讲述C，喷射混凝土潮喷法的配合比的设计方法。为了减少回弹量需要较高的砂率，砂率增加意味着集料的总面积增加，这就要求用更多的水泥来包裹集料表面，以满足喷射混凝土的强度要求，水泥用量越大，喷射混凝土就越容易干缩、开裂，同时成本也增加。因此首先确定水泥用量，根据经验水泥用量宜为375一450kg/m；，其次确定砂率，宜选用粗砂或中砂，砂率宜为45%一55%，砂率过高或过低易造成堵管，再次确定水灰比，水灰比宜为0.4-0.5，水灰比过小会产生粉尘，回弹量大，粘结力低，喷层会产生干斑，砂窝等现象，水灰比过大会造成强度低、速凝效果差，喷层流淌、滑移、坍落等现象，另外要注意根据施工环境的温度，周围岩壁类别、施工队伍的施工水平做相应的调整。

　　研究超塑化剂、硅灰、速凝剂和掺人火山灰或矿渣硅酸盐水泥的复合作用，用湿喷法生产高性能喷射混凝土（HPS）具有下列优点：（1）碱腐蚀性低；（2）工作性高和坍落度损失低；（3）回弹率低；（4）早期强度和后期强度高；（5）耐久性强。
2.1 材料和配合比

　　2.1.1 水泥

　　高强硅酸盐水泥由于水化速度较快，用于做喷射混凝土性能一般优于混合水泥。火山灰和矿渣硅酸盐水泥具有耐久性高，水化热低，对裂缝自收缩和干缩有较好性能。火山灰水泥中可用35%粉煤灰替代硅酸盐水泥；矿渣水泥中可用50%矿渣取代硅酸盐水泥。

　　2.1.2 硅灰

　　使用加密硅灰以改善对基材的粘结力和减少集料回弹。

　　2.1.3 超塑化剂

　　使用市售的质量浓度为30%的液体淡基丙烯酸醋（CAE）为超塑化剂，生产水灰比为0.42一0.44，坍落度为210-220mm流动性混凝土。也可采用聚磺酸盐系高效减水剂。

　　2.1.4 速凝剂

　　用两种不同的市售速凝剂，一种常用速凝剂是硅酸钠（30%），另一种无碱速凝剂是以从（SO4），为主要成分的水溶液（60%），当使用后者时，由于无碱降低了在施工过程中碱性腐蚀的危险。

　　2.1.5 集料

　　使用细砂（0一4mm），粗砂（4一6mm），石子（6一8mm）三者的体积比为65%，30%，5%.

　　2.1.6 混凝土配比

　　配制两种未掺速凝剂的基准对比拌合物，它们的主要区别在于水泥品种（42.5火山灰水泥和42.5矿渣水泥）每种混凝土拌合30min，在喷嘴处加人不同的速凝剂（水玻璃或无碱速凝剂）的掺量分别为水泥量的8%-12%或6%一7%，

　　2.2 试验结果

　　由于使用超塑化剂，50min之内的坍落度损失可以忽略不计，这意味着在喷嘴处加人速凝剂之前坍落度损失可忽略不计，以可靠方式供给喷射设备的泵送混凝土的工作性能好，喷射混凝土产量可达20m；/ho在规定超塑化剂掺量为1%一2%时，尽管矿渣水泥混凝土的W/C稍低于火山灰水泥混凝土，其初始坍落度（220mm）还是稍高于火山灰水泥混凝土坍落度（210mm）在无筋隧道内施工，由于复合有超塑化剂、硅灰和速凝剂，拌合物粘结性好，研究的所有喷射混凝土的回弹率仅仅为2%一3%.

　　3、喷射混凝土养护措施

　　养护是喷射混凝土施工中的一个重要环节，在正常养护条件下，混凝土强度随龄期延长而增大，其原因是由于胶凝材料的水断水化。而水化速度与环境温度和湿度有关，由于经常放炮和通风不良导致隧道内的温度较高，喷射混凝土周围的空气相对来说比较干燥，加上水化热引起的混凝土内部温度较高，将使其表面水分很快就蒸发掉，进而引起水石“毛细管”中水分继续蒸发。喷射混凝土中水泥与水接触的时间短且范围有限，与普通混凝土相比水泥水化的程度更低。喷射混凝土的凝结过程也是水泥进一步水化的过程，水泥的水化反应必须在有水的条件下才能发生，水泥水化因为水泥石缺少水分不能继续进行，还因毛细管引力作用在混凝土中引起收缩，此时的喷射混凝土强度还很低，收缩引起的拉应力将使混凝土开裂，破坏了混凝土结构，影响混凝土强度的继续增长，而且停止水化使水化物不能进一步向水泥石的毛细孔填充，还将影响混凝土的抗渗性。

　　4、结束语

　　喷射混凝土在隧道施工中应用已经非常广泛，喷射混凝土的质量直接影响着结构受力、防护、耐久性等情况，所以对喷射混凝土施工，必须按质量控制系统的要求，通过各种措施强化质量意识，加强质量管理，制定操作规程，使喷射混凝土在隧道防护中发挥越来越重要的作用。

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七、隧道与地下工程设计与施工100问
管波探测法能发现钻孔旁边的溶洞
一种能在复杂的岩溶发育地区进行工程勘查的新的地球物理勘探方法——管波探测法近日通过专家验收。据专家介绍，这项成果为国内外首创。

这项已获得国家发明专利的地质科研成果，是由广东省地质勘查局地质物探工程勘察院饶其荣、李学文两位高级工程师研究发明的。这一探测法就是在钻孔中利用“管波”这种物理弹性波探测孔旁一定范围内的溶洞、溶蚀裂隙、软弱夹层等不良地质体，是具有自主产权的最新的孔中物探方法。

广东省地质物探工程勘察院运用管波探测法，近几年来先后在岩溶发育地区完成公路、铁路、地铁等多项重点工程的1300多个钻孔的桩位探测，有效率在98%以上。科技人员根据管波探测法的解释结果，在满足嵌岩桩桩底以下3倍桩径并不小于5米范围内无溶洞、溶蚀裂隙、软弱夹层等不良地质体的条件下确定桩端深度。基桩工程完工后，按有关规范抽检从未发现桩底以下存在溶洞、溶蚀裂隙、软弱夹层等缺陷，从而也有力地证实了管波探测法的可靠程度。

业内人士称，与一桩多孔（钻探）、孔中雷达或跨孔CT等方法相比，管波探测法具有明显的技术和经济优势，它同时有易解释、精度高、异常明显、分辨能力强、工期短、仪器设备投资少、探测费用低等优点。利用该技术在复杂的岩溶发育地区进行桩基勘查，其存在的桩底溶洞、半边嵌岩等风险将大为减少。

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七、隧道与地下工程设计与施工100问
地下连续墙施工中的三点控制
　　1 概述

　　地下连续墙施工工艺由于对周围环境影响小，墙体刚度大，止水性能好，是深基坑工程常用的围护方法之一。所谓地下连续墙施工工艺，即是在土方开挖之前，用特制的成槽机械，在泥浆护壁的作用下，每次开挖一定长度的沟槽，直至开挖到设计深度，然后清除槽段内沉淀的沉渣，将钢筋笼放入冲满泥浆的槽段内，并用导管向槽段内浇筑混凝土，使混凝土充满整个槽段。地下连续墙既可作施工阶段的围护结构，亦可做结构正式复合墙体的一部分，其质量好坏直接关系到工程的百年大计，故须对其施工质量进行重点控制。

　　在地下连续墙施工以前，监理工程师应分析地下连续墙施工期间的检查点、控制点和停止点，以控制地下连续墙的施工质量。下面以柔性接头地下连续墙施工为例，说明地下连续培施工中的“三点”控制。

　　2 地下连续墙施工准备期间的“三点”控制

　　序号　工序名称　控制类别　主要检查、控制内容

　　1　图纸会审　控制点　检查图纸是否有效、完整、压确、合理、可行

　　2　质保、安保审核　检查点　检查是否建立质保、安保体系，是否符合要求

　　3　分包商审核　控制点　审核资质、业绩及质安保体系、主要管理人员及特殊上岗人员资质

　　4　特殊上岗审核　控制点　审核资质证书是否有效、真实，是否满足要求

　　5　主要设备审核　控制点　审核设备检查证明及其他质保资料，现场检查设备组装及运行情况

　　6　主要材料审核　控制点　审核材料的质保资料，现场检查材料外观质量，并见证取样

　　7　施工方案审核　控制点　审核方案是否完整、正确、合理、可行，审批手续是否完整

　　3 导墙施工的“三点”控制

　　序号　工序名称　控制类别　主要检查、控制内容

　　1　测量放线　控制点　在施工单位放样复核后，监理应根据业主提供的控制点100％复核

　　2　槽段开挖　检查点　检查槽段轴线位置、开挖深度、宽度等，如遇障碍物应酌情处理

　　3　钢筋绑扎　检查点　确保钢筋复试合格，检查钢筋规格、间距等是否符合设计及方案要求

　　4　立模板　停止点　在钢筋通过验收后方可立模，检查模板的稳定性及槽段宽度、轴线

　　5　混凝土浇筑　控制点　确保在钢筋、模板已验收，检查破配合比、坍落度，井旁站浇捣

　　4 泥浆拌制的“三点”控制

　　序号　工序名称　控制类别　主要检查、控制内容

　　1　原材料控制　控制点　在泥浆使用前确定拌制泥浆材料，督促施工方进行泥浆配合比试验

　　2　泥浆池　检查点　检查设置是否满足工程要求

　　3　泥浆性能　检查点　定期检查槽段底、中、上部泥浆比重、粘度是否符合设计及方案要求

　　4　泥浆面　检查点　槽内的泥浆而必须高于地下水位0 .5m以上，并不低于导墙顶面下0．3m

　　5　混凝土浇筑　控制点　检查底部泥浆是否被抽吸，顶部泥浆是否补浆

5 槽段成槽开挖的“三点”控制

　　序号　工序名称　控制类别　主要检查、控制内容

　　1　测量放线　控制点　在承包商放样复核后，监理应根据槽段划分情况进行复核

　　2　槽段开挖　检查点　控制初始挖槽垂直精度及槽段附近的荷载，控制泥浆面高度及泥浆性能

　　3　清孔　检查点　成槽完成后督促承包商首次清孔，复查合格后下钢筋笼，进行二次清孔

　　4　槽段验收　停止点　检查槽深、槽宽，并用超声波等垂直度监测仪测量槽段垂直度

　　5　安全控制　控制点　成槽完成后督促承包商在槽口盖好安全网板，防止人、物坠入槽内

　　6 钢筋笼制作、安装的“三点”控制

　　序号　工序名称　控制类别　主要检查、控制内容

　　1　原材料控制　控制点　钢筋加工前要检查其质保资料，并经过复试合格后方可使用

　　2　钢筋加工　检查点　检查钢筋加工大样图及加工的钢筋是否满足设计及方案要求

　　3　钢筋加工平台　检查点　检查钢筋制作平台平整度能否满足钢筋笼制作要求

　　4　钢筋安装（焊接）　检查点　检查钢筋规格、间距及焊接接头质量等是否符合设计及方案要求

　　5　钢筋笼预埋件　检查点　检查保护层垫块、支撑预埋垫块、结构梁、板的连接接驳器等

　　6　钢筋笼吊钩吊点　控制点　检查钢筋的吊点位置、焊接牢度，起吊及固定的方式应符合方案要求

　　7　钢筋笼附属件　检查点　检查地下墙址注浆管、测斜管等是否符合方案要求

　　8　钢筋笼验收　停止点　检查钢筋笼长、宽度及刚度，检查钢筋规格、间距及接头、预埋（附属）件及吊钩等

　　9　钢筋笼起吊　控制点　检查起吊吊架、上钩吊点、副钩吊点处、吊环及吊索、钢筋笼桥架应焊接牢固

　　10　钢筋笼下放　控制点　控制钢筋笼下放速度，不可强行下放，钢筋笼下放后应固定在导墙上，并及时清基

　　7 混凝土浇筑和接缝处理的“三点”控制

　　序号　工序名称　控制类别　主要检查、控制内容

　　1　原材料控制　控制点　控制砼配合比、塌落度、粗细骨料及外加剂，配合比强度应提高一级

　　2　吊放锁口管　控制点　确保清基合格，控制锁口管中心线位置及管底插入深度，并固定锁口管

　　3　接头刷壁　控制点　督促施工人员上下反复刷动，直至接头刷无泥为止

　　4　混凝土浇筑前　检查点　确保在钢筋笼下放4小时内浇筑混凝土，否则应重新清基

　　5　混凝土浇筑中　　控制点测量砼塌落度，控制相邻导管内砼高差及浇筑速度，旁站浇捣并留试块

　　6　混凝土浇筑前　控制点　根据水下砼凝固情况，起拔锁口管，控制锁口管起拔速度和频率。

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七、隧道与地下工程设计与施工100问
利用隧道弃渣填筑路堤和加工人工砂探讨
1．问题的提出
　　GZ40（国道主干线二连浩特-河口）陕西境户县涝峪口至洋县高速公路（以下简称户洋高速公路），横穿秦岭南北，是我国华北通往西南的大通道，也是陕西省“米”字型公路主骨架的重要组成部分。
　　该公路为陕西省第一条山岭重丘区高速公路，桥梁隧道长度所占比例达75%，隧道弃渣场地困难并对自然生态环境造成破坏。而另一方面，路基填筑需要大量土石方，桥梁隧道、防护排水工程对砂的需求量很大，由于沿线天然砂较少，工程用砂主要依靠远运，平均运距达60公里，运输条件差，施工干扰大，运输成本高。为解决二者之间的矛盾，设计中路基填筑全部采用隧道弃渣和开山弃渣，工程用砂部分采用人工砂。其中路基（含主线、立交、服务区、连接线工程）填筑利用隧道弃渣  195.9万立方米，加工机制砂利用隧道64.8万立方米。
　　2．利用隧道弃渣填筑路堤的探讨
　　目前，已有不少地区修筑了填石路堤的高等级公路，但现行高等级公路填石路堤的设计与施工，不仅没有可靠的技术规范可依，也没有成熟的经验供参考。在设计中主要考虑了填石路基的边坡绿化、路床和墙背填料和填石路基的压实。
　　2.1填石路基绿化设计
　　为保证填石路基的美观，达到与自然界的协调，体现生态路的要求，设计中填石路基边坡采用厚度为50cm的拱型骨架护坡防护、绿化。
　　2.2路床和墙背填料设计
　　填石路堤采用隧道弃渣或开山弃渣填筑，其石料含量大于70%，石料强度大于15MPa，最大粒径不超过30  cm。设计中全线路基施工采用光面爆破，因此隧道和路基弃渣容易满足最大粒径要求。
　　考虑到填石路基顶面和路面结构层之间应设置过渡层、挡土墙墙背填料不易压实等因素，设计中填石路堤路床顶面以下50cm、挡土墙墙背2米范围内和非岩石地段挖方（零填）路床顶面以下30cm填筑未筛分碎石，填料最小强度（CBR）（%）大于8.0，其压实度要求同土质路基。
　　2.3填石路基压实要求实的目的是使各粒料之间的松散接触状态变为紧密咬合状态。由于块石的颗粒较大，石块之间会有蓬架、搁空现象，形成空隙率过大，易造成局部塌陷，因此填石路基的压实应选用低频高幅的大吨位振动压路机，如25～50T的钢轮振动压路机。在碾压之前，应用大型推土机摊铺平整，个别不平整处，应人工配合用细石屑找平。
　　根据石（家庄）太（原）高速公路的压实经验，应先用小吨位压路机静压2遍，然后用50吨振动压路机至少压实5遍，待看不出轮迹为止，具体的碾压遍数可参考下述方法，由试验工程确定。
　　压实合格的判定方法：碾压结束后，在路基表面布设测点，测定其标高，再用50吨拖式振动压路机碾压两遍后，测定测点标高，同一测点两次标高差值小于5mm。
　　3．利用隧道弃渣加工人工砂的探讨
　　人工砂的名称，各地叫法不一，如上海叫碎石砂，广东叫石粉，贵州叫山砂等。2002年2月1日实施新的国家砂石标准《建筑用砂》（GB/T14684-2001）将砂按产源分为天然砂、人工砂两类。天然砂（natural  sand）指由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的、粒径小于4.75mm的岩石颗粒，包括河砂、湖砂、山砂、淡化海砂，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。人工砂（manufactured  sand）指经除土处理的机制砂、混合砂的统称，包括机制砂、混合砂。机制砂指由机械破碎、筛分制成、粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒；混合砂指由机制砂和天然砂混合制成的砂。
　3.1人工砂应用的历史
　　美国、英国、日本等国家使用人工砂有几十年的历史，如80年代日本的天然集料与人工集料的比例，大约为0.9：1；90年代则降为0.5：1。在我国，它可以说是一种传统材料在快速发展的建筑市场中崛起的新材料，人工砂在缺少天然砂的地区已经普及应用，有的还制订了地方法规。从20世纪60年代起，我国一些建筑工程因环境条件所限，开始以石材为原料进行机制砂加工和应用研究；到了70年代，贵州省已大规模使用机制砂，并制订了地方标准；之后，云南、河南也出台了人工砂地方标准和使用规程，如《云南省人工砂技术标准及应用规程》；20世纪90年代以来，京、津、沪、渝等地都有了人工砂生产线，生产、使用也带动了人工砂的研究。2001年重庆地区机制砂配制混凝土应用研究获重庆市科技进步三等奖，2002年北京出台了《人工砂应用技术规程》，上海出台了《机制砂在混凝土中应用技术规程》。人工砂已被列入新的国家砂石标准中《建筑用砂》（GB/T14684-2001），并经国家质量技术监督总局批准，于2002年2月1日实施。
　　3.2人工砂在其它领域应用实例
　　贵州乌江渡水库大坝工程全部采用了自己生产的人工砂350万m3；天津西斯尔混凝土工业有限公司已生产人工砂127万吨，生产商品混凝土180m3，并成功地用于北水南调工程的西河闸工程；浙江湖州新开元碎石限公司已生产人工砂100余万吨，用人工砂配制的高强度泵送混凝土成功地应用于上海市贸滨江花园、徐汇苑等工程。长江三峡工程坝区缺少天然砂，如在河床中采挖天然砂，既破坏了长江河势、运输距离达100Km以上，而决定采用人工砂的方案，二期工程需生产人工砂910万m3，三期工程需生产人工砂261万m3。内昆、株六复线等铁路建设中也有人工砂使用的报道。郑州市河砂资源相对缺乏，而石灰石资源较为丰富。大力推广人工砂可以变废为宝、保护环境，同时也能够增加地方财政收入，有利于资源合理利用及郑州市建材业的可持续发展。郑州市建委下发通知，要求郑州市大力推广人工砂，有关部门、单位不得为人工砂的推广设置障碍。北京市矿业协会、北京市混凝土协会向北京市国土资源和房屋管理局提出了推广应用人工砂的建议。可以说，作为混凝土和砂浆等基本材料之一的建筑用砂，人工砂应用已经积累了成功经验是不争的事实。
　　3.3人工砂的质量
　　新的国家砂石标准采用或参照了国际通用的相关条款内容及试验方法，使之与国际接轨。例如新标准中，天然砂中粒径小于75μm的颗粒含量，称为含泥量，人工砂中粒径小于75μm的颗粒含量称为石粉含量，而用亚甲蓝MB值判定人工砂中粒径小于75μm颗粒含量主要是泥土还是与被加工母岩化学成分相同的石粉。有些生产厂家用水洗法去掉石粉是一个误区，把泥土含量与石粉含量泥淆，从大量试验看，从C10到C60泥凝土，石粉起到了增大强度及改善和易性的作用，这在低标号砼表现更突出。人工砂被列入规范，标志着对人工砂有了新的认识，发展人工砂条件已经成熟。实践证明人工砂的物理性能、混凝土力学性能、水泥用量及抗渗、抗冻和耐久性能等指标均优于天然砂。
　　3.4人工砂的价格
　　全国各地人工砂价格差异较大，一是因为砂石生产采用的技术、工艺、流程不同形成的，二是砂石资源会储量和分布不均造成销售价不样。例如，三峡工程成品砂单价45.55元/吨(汽车运距12Km)。河南省辉县市由鹅卵石经机械粉碎、水洗等加工后形成的砂每吨成本价50元，销售价每吨60元。2001年，中国砂石协会通过对11个地区17个企业价格的收集与分析，天然中粗砂价格在25元／吨左右，但公路用砂由于运距较远（几十公里，上百公里），运输条件较差，运输费用决定了天然砂的价格。因此对于公路用砂，就地加工人工砂往往较天然砂便宜。
　　4．结语
　　随着经济的快速发展，山区高速公路建设方兴未艾，如何解决隧道弃渣数量大且集中，而河道狭窄，弃渣场易破坏环境的矛盾是设计工作中必须考虑的问题。

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七、隧道与地下工程设计与施工100问
回填土施工工艺
　　一、施工准备

　　1、材料

　　⑴回填土：且优先利用基槽中挖出的优质土。回填土内不得含有有机杂质，粒径不应大于50mm，含水量应符合压实要求。

　　⑵石屑：不应含有有机杂质。

　　⑶填土材料如无设计要求，应符合下列规定：

　　1）碎石、砂土（使用细、粉砂时应取得设计单位同意，并办好签证手续）和爆破石碴；可作表层以下的填料。

　　含水量符合压实要求的粘性土，可作各层的填料。

　　碎块草皮和有机含量大于8%的粘性土，仅用于无压实要求的填方。

　　4）淤泥和淤泥质土一般不能用作填料，但在软土或沼泽地区，经处理其含水率符合压实要求的，可用于填方中的次要部位。

　　5）含有机质的生活垃圾土、流动状态的泥炭土和有机质含量大于8%的粘性土等，不得用作填方材料。

　　2、作业条件

　　⑴填土基底已按设计要求完成或处理好，并办理验槽签证。

　　⑵基础、地下构筑物及地下防水层、保护层等已进行检查和办好隐蔽验收手续，其结构已达到规定强度。

　　⑶大型土方回填前应根据工程特点、填料种类、设计压实系数、施工条件和压实工艺等合理确定填料含水量、每层填土厚度和压实遍数等施工参数。重要的填方工程和路基，其参数应通过压实测定确定。

　　⑷室内地台和管沟的回填，应在完成上下水道安装（经试水合格）或间墙砌筑，并将填区内的积水和有机杂物等清除干净后再进行。

　　⑸在建（构）筑物地面以下的填方，若填筑厚度小于0.5m，应清除基底上的草皮和垃圾；若填筑厚度小于1m，应清除树墩及割去长草。

　　⑹填土前，应做好水平高程的测设。基坑（槽）或沟坡边上按需要的间距打入水平桩，室内和散水的墙边应有水平标记。

　　二、操作工艺

　　1、当填方基底为积土或耕植土时，如设计无要求，可采用推土机或工程机械压实5~6遍。

　　2、填筑粘性土，应在填土前检验填料的含水率。含水量偏高时，可采用翻松晾晒，均匀掺入干土等措施；含水量偏低，可预先晒水湿润，增加压实遍数或使用大功率压实机械等措施。

　　3、使用碎石类土或爆破石渣作填料时，其最大粒径不得超过每层铺填厚度的2/3（当使用振动辗压时，不得超过每层铺填厚度的3/4）铺填时，大块料不应集中，且不得填在分段接头处或填方与山坡连接处。

　　若填方场内有打桩或其他特殊工程时，块（漂）石填料的最大粒径不应超过设计要求。

　　4、填料为砂土或碎石土（充填物为砂土）时，回填前宜充分洒水湿润，可用较重的平板振动器分层振实，每层振实不少于三遍。

　　5、回填土应水平分层找平夯实，分层厚度和压实遍数应根据土质、压实系数和机具的性能参照2-7选定。

　　6、路基和密实度要求较高的大型填方，宜用振动平辗压实。使用自重8~15t的振动平辗压实爆破石碴类土时，铺土厚度一般为0.6~1.5m，宜先静压，后振压。辗压遍数应由现场试验确定，一般为6~8遍。

　　7、墙柱基回填应在相对两侧或四侧对称同时进行。两侧回填高差要控制，以免把墙挤歪；深浅两基坑（槽）相连，应先填夯深基础，填至浅基坑标高时，再与浅基坑一起填夯。

　　8、分段分层填土，交接处应填成阶梯形，每层互相搭接，其搭接长度应不少于每层填土厚度的两倍，上下层错缝距离不少于1m.

　　填方分层的铺土厚度和压实遍数表

压实机具　每层铺土厚度（mm）　每层压实遍数（mm）　
平辗　 200~300　 6~8　
羊足辗　 200~350　 8~16　
蛙式打夯机　 200~250　 3~4　
人工打夯　不大于200　 3~4　

　　注：1、辗压时，轮（夯）迹应相互搭接，防止漏压。

　　2、当用5t、8~10t、12t压路和辗压时，每层铺土厚度分别为0.25、0.4m，压实10~12、8~10、4~6遍。

　　3、当用功率（kw）60以下的履带式推土机辗压时，每层铺土0.2~0.3m，压实6~8遍。

　　9、挡土墙背的填土，应选用透水性较好的土，如石屑或掺入碎石等，并按设计要求做好滤水层和排水盲沟。

　　10、混凝土、砖、石砌体挡土墙，必须在混凝土或砂浆达到设计强度后才能回填土方，否则要作护壁支撑方案，以防挡土墙变形倾复。

　　11、管沟内填土，应从管道两边同时进行回填和夯实。填土超过管顶0.5m厚时，方准用动力打夯，但不宜用振动辗压实。

　　12、对有压实要求的填方，在打夯或辗压时，如出现弹性变形的土（俗称橡皮土），应将该部分土方挖除，另用砂土含砂石较大的土回填。

　　13、采用机械压实的填土，在角隔用人工加以夯实。

　　人工填土，每层填土厚度为150mm，夯重就为30~40kg；每层厚度为200mm，夯重应为60~70kg.打夯要领为“夯高过膝，一夯压半夯，夯排三次”。夯实基坑（槽）、地坪，行夯路线由四边开始，夯向中间。

　　14、填方基土为杂填土，应按设计要求加固地基，并妥善处理基底下的软硬点、空洞、旧基及暗塘等。

　　填方基土为软土，应根据设计要求进行地基处理。如设计无要求时，应按现行规范的规定施工。

　　15、每层填土压实后都应做干容重试验，用环刀法取样，基坑每20~50m长度取样一组（每个基坑不少于一组）；基槽或管沟回填，按长度20~50m取样一组；室内填土按100~500取样一组；场地平整按400~900 取样一组。

　　采用灌砂（或灌水）法取样时，取样数量可较环刀法适当减少，并注意正确取样的部位和随机性。

　　三、质量标准

　　保证项目

　　⑴基底处理，必须符合设计要求或施工规范的规定。

　　⑵回填土的土料，必须符合设计要求或施工规范的规定。

　　⑶回填土必须按规定分层夯压密实。取样确定压实的干密度，应有90%以上符合设计要求，允许偏差不得大于0.08g/cm3，且应分散不得集中。

允许偏差表

项目　允许偏差（mm）　检查方法　
柱基、基坑基槽、管沟排水沟　填方、场地平整　地（路）
面基层　
人工施工　机械施工　
标高　 0~-50　 ±50　 ±100　 0~-50　用水平议检查　
表面平整　 /　 /　 /　 20　用2m尺和木塞形塞尺检查　

　　注：地（路）面基层的偏差只适用于直接在挖填方做地（路）面的基层。

　　四、施工注意事项

　　避免工程质量通病

　　⑴回填土应按规定每层取样测量夯实后的干容重，在符合设计或规范要求后才能回填上一层。

　　⑵严格控制每层回填厚度，禁止汽车直接卸土入槽。

　　⑶严格选用回填土料质量，控制含水量、夯实遍数等是防止回填土下沉的重要环节。

　　⑷管沟下部、机械夯填的边角位置及墙与地坪、散水的交接处，应仔细夯实，并应使用细粒土料回填。

　　⑸雨天不应进行填方的施工。如必须施工时，应分段尽快完成，且宜采用碎石类土和砂土、石屑等填料。现场应有防雨和排水措施，防止地面水流入坑（槽）内。

　　⑹路基、室内地台等填土后应有一段自然沉实的时间，测定沉降变化，稳定后才进行下一工序的施工。

　　产品保护

　　⑴施工时，应注意保护有关轴线和水准高程桩点，防止碰撞下沉。

　　⑵基础或管沟的混凝土、砂浆应达到一定的强度，不致受损坏时方可进行回填作业。

　　⑶已完成的填土应将表面压实，路基宜做成一定的坡向排水。

　　⑷基坑回填应分层对称，防止造成一侧压力，不平衡，破坏基础或构筑物。

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2010-08-16

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三、地基处理与施工100问
题：如何验算扩底墩设计参数

答：以某工程为例，该工程建筑均为住宅楼，地上四到六层。依据该工程岩土工程勘察报告显示，本工程地基土质为回填碎石土，地基持力层为强风化基岩，因此本工程基础采用人工挖孔扩底墩，桩端阻力为3500kPa。
依据甲方所提供上部结构荷载图以及柱平面布置图显示，本工程上部荷载为1200-3800kN，上部柱截面为400-600mm。
针对上述参数，本工程设计桩径为分别为Ⅰ型(800mm)、Ⅱ型(900mm)、Ⅲ型(1000mm)三种型号，均为圆形。扩大端直径分别为1200mm、1300mm、1300mm。混凝土标号为C25，扩底墩主筋采用Φ20（HRB335）分别为Ⅰ型10Φ20、Ⅱ型12Φ20、Ⅲ型14Φ20。箍筋均采用ø8(HPB235)。现对该工程扩底墩设计进行反验算：
（一）单桩承载力验算：
Ⅰ上部荷载=1200     Ⅱ上部荷载=2500    Ⅲ上部荷载=4000
端承桩单桩承载力计算公式：
Ra=(qpaAp)/2
式中：Ra:—单桩的竖向承载力   qpa——桩端阻力  Ap—桩端截面面积
本工程安全系数取2
Ⅰ:  Ra=（3500×1.12）÷2=1960.0KN>1200
Ⅱ： Ra=（3500×1.54）÷2=2695.0KN>2500
Ⅲ:  Ra=（3500×2.54）÷2=4450.95KN>3800
  单桩承载满足设计要求
（二）钢筋的配筋率验算：
依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）、《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)本工程桩基配筋率为0.2-0.65%。
Ⅰ型10Φ18：桩截面积为：400×400×3.14=502400mm2
钢筋截面积为10×254.5mm=2545mm2
配筋率： 3142mm2÷502400mm2=0.51%
Ⅱ型12Φ18：桩截面积为：450mm×450mm×3.14=635850 mm2
钢筋截面积为12×254.5mm=3054mm2
配筋率： 3054mm2÷635850mm2=0.48%
Ⅲ型14Φ20：桩截面积为：500mm×500mm×3.14=785000㎡
钢筋截面积为14×254.5mm=3563mm2
配筋率：3563mm2÷1785000 mm2=0.45%
                             配筋率满足设计要求
（三）桩身混凝土强度验算：
混凝土强度计算公式：Q≤Apƒcψc
Q——单桩竖向力设计值
Ap——桩横截面面积
ƒc——混凝土轴心抗压强度设计值
ψc——工作条件系数
本工程采用人工挖孔，因此工作条件系数取0.6
Ⅰ型：0.50㎡×11.9N/mm2×0.6=3570＞1200
Ⅱ型：0.635㎡×11.9 N/mm2×0.6=4533.9＞2500
Ⅲ型: 0.785㎡×11.9 N/ mm2×0.6=5604.9＞4000
桩身混凝土强度设计值满足设计要求
通过对本工程的设计验算，均满足设计要求

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2010-08-16

李德胜

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