上海勘察设计志(岩土工程部分) -------------------------------------------------------------------------------- 作者: 来源: 发表时间:2006-06-23 字号:大 中 小 第五章 岩土工程上海软土地基岩土工程研究开展较早。解放前,黄浦江沿岸的边坡稳定及其治理,锦江饭店、国际饭店等高层建筑的桩基设计都是和岩土工程紧密结合在一起的。民国22年(1933年),美国著名土力学家太沙基(Terzaghi K)来上海考察,对卢湾发电所短桩引起的超量沉降,曾作过分析并发表了专著,使上海的软土地基情况闻名于世界。
上海勘察设计志(岩土工程部分)
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作者: 来源: 发表时间:2006-06-23 字号:大 中 小
第五章 岩土工程
上海软土地基岩土工程研究开展较早。解放前,黄浦江沿岸的边坡稳定及其治理,锦江饭店、国际饭店等高层建筑的桩基设计都是和岩土工程紧密结合在一起的。民国22年(1933年),美国著名土力学家太沙基(Terzaghi K)来上海考察,对卢湾发电所短桩引起的超量沉降,曾作过分析并发表了专著,使上海的软土地基情况闻名于世界。
上海从事岩土工程的单位包括勘察、设计、施工、研究机构和大专院校,在专门从事工程勘察的单位中,已初步实行岩土工程体制的有44家,约占总数的40%,其他单位正在逐步向岩土工程方向发展。
从事岩土工程的单位,所开展的业务广度与深度不一,有的(如上海勘察院)是全方位开展,包括岩土工程勘察、设计、治理、监测与监理,服务于建设项目的全过程,并已形成一定的技术经济实力,具有较高的知名度;有的仅侧重于岩土工程业务中的一部分工作,或侧重于设计与监测,或侧重于治理,利用常用的勘探机具从事地基处理与桩基施工。
60年代初,在市城建局的组织下,由城建局勘察总队、华东工业院、上海民用院、华东电力院等10多个单位编制了国内第一本地基基础设计规范——《上海市地基基础设计规范(试行)》。编制过程中,对上海软土的工程性质、天然地基和桩基础,地基强度和变形,以及降水地基处理等岩土工程问题进行了广泛的调查研究,总结经验,并编制了中国第一套工程地质分区图集。这本规范是软土地基岩土工程勘察经验的集萃,为上海地区的岩土工程勘测、设计、施工提供了依据,也为国内岩土工程规范化开了先河。之后,又两次进行了大规模的修订,相继出版了第二、第三版。该设计规范获1978年上海市重大科技成果奖、1994年上海市地方标准成果一等奖。
随着工程地质勘察向岩土工程体制转化,上海的许多重大工程项目在应用新技术、研究岩土工程性质和结合地基处理等方面取得了突出的成就。上海勘察院承担的224地面卫星站的工程勘察对上海软土的弹性模量、剪切模量等参数的确定,在室内土工试验的技术方法上做了开拓性研究,满足了美国设计要求,获1978年国家重大科技奖。华东电力院勘察处承担的华亭宾馆工程,获1991年国家优秀勘察金质奖。上海民用院勘测处对多层房屋地基处理,首创按沉降量控制的复合桩基设计方法。中船勘察院承担的秦山核电厂勘测工程,获1993年国家优秀勘察金质奖。上述4个单位,1992年都被国家建设部评为全国先进勘察单位。此外,上海市政院勘测处承担的上海黄浦江3座大桥勘察、上海市隧道工程设计院(简称上海隧道院)勘察分院承担的上海地铁一号线和延安东路隧道复线的勘察、三航院承担的上海大部分港口码头的勘察设计,都为岩土工程做出了贡献。进入90年代以后,上海城市建设日新月异,岩土工程专业队伍不断发展壮大,新技术、新方法、新理论蓬勃发展。桩基础、深基围护等岩土工程领域,都达到了较高的水平。
第一节 天然地基
第二节 桩基础
第三节 地基处理
第四节 基坑围护
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五、树根桩
树根桩是一种小型的钻孔灌注桩,通常的直径是7.5厘米至25厘米。它是用钻机钻孔,然后放入钢筋笼或者一根型钢,同时放入注浆管,注入水泥浆或混凝土而成桩。树根桩可以是单根的,也可以是成束的,是垂直的也可以是倾斜的。
80年代,国内开始试验研究和应用树根桩,最初用于苏州虎丘塔的纠偏和地基加固。以后通过试验研究广泛用于建筑物加层、纠偏、防止不均匀沉降、古建筑地基基础加固、岩石和土体加坡稳定的加固、地下挡土墙和防渗墙等。比较典型的是上海延安东路外滩天文台地层加固工程。天文台是清光绪十年(1884年)法租界公董局出资建造的,已有百余年的历史,被列为保护性建筑。延安东路越江隧道(盾构直径11米)从天文台附近通过,隧道中心线距天文台地表外缘仅18米,隧道开挖将直接威胁天文台的安全,上海市政府指示,要对天文台进行加固保护。上海隧道院提出采用两排树根桩(两排间距30厘米,桩间间距30厘米)对天文台地基土体加固,在土层中形成一道防坍地下墙,桩长为30米,配主筋4根直径25毫米、箍筋直径8毫米×500毫米,桩伸入隧道盾构底标高4.5米,计143根。经过加固后,天文台安然屹立在黄浦江畔。
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六、预压加固
70年代以来,在石化总厂化工油罐区、陈山码头油罐区及高桥炼油厂、宝钢等油罐区陆续推广使用充水预压加固地基技术。到80年代末,累计施工油罐约70座。其单项最大容量为3万吨。石化总厂1万立方米油罐于1974年10月28日开始加荷预压地基,41天充水至最高水位,到1975年3月开始卸荷,历时148天,测得中心沉降131.9厘米,固结度达93%,环基沉降84.2厘米,回弹量3.24厘米,不仅预压效果良好,而且工期短。从土建开工,油罐制作安装到充水预压后卸荷结束,全部时间不超过1年。
油罐充水预压加固地基的设计,必须验算地基的稳定性,包括地基土的天然抗剪强度,地基在受荷固结过程中抗剪强度的增长,并须计算地基在逐级加荷下的固结度。在充水加荷过程中,还需观测孔隙水压力的增长和消散,测量沉降变形的发展和稳定。所有这些工作,上海的岩土工程技术人员,包括勘察设计和监测人员作出了很大的贡献。在土工试验方面,除了直接固结快剪外,也做无侧限抗压强度试验和三轴固结不排水剪切试验,测定有效内摩擦角。同时在软粘土内进行十字板剪切试验,以验算受荷过程中抗剪强度的增长。还进行竖向和径向固结试验,测定在不同压力下的固结系数,供计算固结度调正。由于对上海软土的工程特性研究和掌握得比较全面,因而使油罐充水预压加固技术能够推广应用,创造了巨大经济效益。除充水预压外,堆载预压和真空抽气预压技术也得到了应用,为软土地基排水固结加固取得了经验。由华东电力院负责设计的利港电厂煤场,利用堆煤作为荷载,采用塑料排水板作为竖向排水通道,节约了大量地基处理费用。这种方法在高速公路建设中也得到了广泛应用。
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七、水泥土搅拌桩
使用深层搅拌法加固软土地基,由于施工工期短、施工过程无振动、无噪音、无地面隆起、不排污、不挤土和对相邻建筑物不产生有害影响,具有良好的经济效益和社会效益。
水泥土搅拌桩和粉喷桩是深层搅拌法加固地基的两种方法。前者以水泥浆液注入土层加以搅拌而形成水泥土桩,后者以干的水泥粉喷入土层加以搅拌而形成水泥土桩。深层搅拌法是在日本研究的石灰深层拌合法的基础上发展起来的,国内从1977年10月起,由交通部水运规划设计院和冶金部建筑研究总院协作进行机械设备研制和室内外试验,已形成一套适合中国条件的陆上深层搅拌法。
1981年,宝钢纬三路P5污水处理站,是国内首次采用深层搅拌法制作水泥土挡墙,作为深基坑开挖时的挡土措施。使用情况表明,这种挡墙的位移、倾斜均较小,桩体搭接良好,无渗水、漏土现象,支挡侧向土体的效果显著。同时挡墙本身可用作其内部钢筋混凝土结构施工时的外模板,甚至可以成为结构物壁体的一部分,可减薄钢筋混凝土墙壁的厚度,降低工程造价。随着城市建设的发展,水泥土系列的搅拌桩和粉喷桩,被广泛用于多层房屋的地基处理和深基坑开挖的围护。
在发展粉喷桩技术方面,1988年,由铁道部第四设计院和上海探矿机械厂联合研制的GPP5型深层粉体喷射搅拌机,通过专家鉴定后,投入批量生产。90年代以来,上海探矿机械厂生产的粉喷桩机,成为热门产品,供不应求。1992年,上海勘察院完成了由市科委立项的粉喷桩研究课题,通过了市建委科技委组织的鉴定,使粉喷桩技术在上海地区的应用更趋成熟。
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八、旋喷法
1978年,在宝钢工程中,对深22米的冷轧厂铁皮坑淤泥质粘土层地基,采取了旋喷法加固。基坑加固范围600平方米,加固厚度为22.5~27米。通过旋喷加固,提高了基底强度,克服了管涌危险,增加了边坡稳定,为基坑开挖和基础全面施工创造了有利条件。
90年代,上海石化总厂排污管加固、吴淞路闸桥基底堵漏、陈行水库防渗墙等工程都用旋喷法完成。
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第四节 基坑围护
80年代末,开发利用地下空间,建设多层地下室、地下铁道、地下商业街等各种地下建筑,成为上海城市建设的新趋势之一。在建筑物稠密的城市中心,深基坑的开挖成为岩土工程的一个重要课题。基坑围护体系,是一个土体、支护结构相互共同作用的有机体,由于周围建筑物及地下管道等因素的制约,对支护结构的安全性有了更高的要求。不仅要能保证基坑的稳定性及坑内作业的安全、方便,而且要使坑底和坑外的土体位移控制在一定范围内,确保邻近建筑物及市政设施正常使用。
90年代初,由于设计、施工不当,发生了多起深基坑工程事故。仅1992~1994年,就发生了30余项,造成巨大的经济损失和不良后果。浦东地区良丰大厦搅拌桩坝体的圆弧式整体滑动;齐鲁大厦搅拌桩坝体的倾覆破坏;良友大厦由于邻近供销大厦打工程桩使围护结构产生超大水平位移,导致工程桩的大位移及断裂;服饰中心由于支撑施工未按设计要求,导致支撑失稳,围护结构产生“踢脚”破坏等。特别严重的是广东路、福建路处的昌都大厦,深基坑地下连续墙围护,在开挖到基底深度13米,第三道支撑未及支护时,突然在广东路一侧发生坍落,折断了2条电力电缆,1条煤气管,1辆重车跌落坑内,估计造成的损失达上亿元,形成上海建筑史上少见的大事故。这些事故引起了上海市政府和工程界的高度重视。1993年,市建委批准上海市勘察设计协会岩土工程委员会负责编写上海市标准《基坑工程设计规程》,对基坑工程的设计和施工,提出了更严格的要求。
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一、重力式搅拌桩挡墙
在软粘土地基中开挖深度为5~7米左右的基坑,应用深层搅拌法形成的水泥土桩挡墙,可以较充分利用水泥土的强度,并可利用水泥土防渗性能,同时作为防渗帷幕。因此,具有较好的经济效益和社会效益。水泥土重力式挡墙一般做成格栅形式,按重力式挡墙计算。广泛用于开挖深度7米以内的深基坑围护结构、管道沟支护结构、河道支护结构、地下人行道等。
80~90年代,水泥土搅拌桩支挡结构得到了广泛应用和进一步发展,已有数百项工程采用这一新技术。由于施工时无振动、无噪音、无污染、开挖基坑一般不需要井点降水,也不需要支撑和拉锚,基坑内整洁干燥,有利文明施工。基坑周围地基变形小,对周围环境影响小,因此受到普遍欢迎。
1981年,宝钢纬三路P-5污水处理站是上海地区利用深层搅拌法作为挡土结构的先导。1983年,上海市人防科研所、同济大学地下工程系等单位在市科委的支持下,提出了“水泥土搅拌桩侧向支护应用技术研究”的课题,结合四平路地下车库深基坑开挖进行试验研究。该基坑的实际开挖面积为86米×49米,开挖深度5.75米,局部深度6.75米。经过对水泥搅拌桩的物理力学特性、影响水泥土抗压强度的各种因素(水泥掺入比、水泥标号、龄期及养护条件等),对水泥土的无侧限抗压强度、抗剪强度、渗透系数等进行了试验研究,获得了许多第一手资料,经过实际开挖,顺利完成了研究任务。得出结论为:在场地容许下,开挖深度不大于7.0米的深基坑,在满足支护体和机械操作所需要的场地面积条件下,不论何种土质条件,只要精心设计(包括支护结构设计和材料配合比设计),严格施工,确保施工质量,采用水泥土搅拌桩进行边坡支护都是可以取得成功的。
1983年,上海人防科研所等单位对11个工程进行统计表明,基坑围护技术的社会经济效益十分明显。上海市机电贸易大厦地下室基坑面积为3440平方米,实际开挖深度为7.0米,原已打了一排钢筋混凝土板桩,化了100多万元,尚需支撑、拉锚、二级井点降水,施工作业有困难。其南边的金山阁酒家距基坑最近处只有3米左右,边坡位移必须严格控制,后经研究,改用水泥土搅拌桩加固边坡,取消支撑、拉锚和井点降水,不仅边坡稳定可靠,确保了周围建筑物和地下重要管线的安全,而且节约工程费用30%以上,缩短工期1个多月。
上海市保险公司综合楼双层地下室基坑,面积1500平方米,实际开挖深度7米。原计划采用钢板桩加井点降水方案,因其周围有5层砖混结构居民住宅和4层厂房建筑物,实施原方案有困难。后改用水泥土搅拌桩边坡支护,取得成功,节约成本30%左右,缩短综合工期2个月。
90年代以来,随着工程实践经验的积累,水泥土挡土技术的发展和提高很快。除格栅状结构外,又发展了其他形式或更为节约的结构方案。1990年,在江苏路排管工程中,第一次应用拱形水泥土支护结构,该工程开挖深度9米,槽宽4.6米,总长度120米,采用变断面水泥拱壁,并在拱脚处设置两道支撑。拱形水泥土支护结构的造价,低于其他结构形式。以上海合流污水治理工程为例,开挖6.5米深、宽12米的箱涵槽,采用拱形结构的造价,仅为钢筋混凝土排桩的一半。
上海地铁新龙华站整个洞口引道长60米、开挖深度3.1~5.21米的槽段,设计用水泥土搅拌桩支护坑壁。由于土质很差,常用的水泥土搅拌桩支护难以满足要求,为此在槽底增设加固搅拌桩。每隔3.75米打设1条与挡墙垂直的加固桩,加固桩仅在开挖深度下喷浆,两端与挡墙相接,形成能支撑两侧墙体的横撑。
水泥搅拌桩和钢板桩复合,水泥搅拌桩与钻孔灌注桩复合,都是以水泥搅拌桩阻水,钢板桩或钻孔灌注桩挡土的结构。上海国际购物中心的基坑支护,就是采用水泥搅拌桩和钢板桩复合形式。水泥搅拌桩和钻孔灌注桩的复合形式,则是一种常用的支护结构,开挖深度10米以内的基坑,使用十分普遍。
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二、地下连续墙
上海地下连续墙支护技术,已广泛应用于民用建筑、工业厂房和市政工程,包括建筑物的地下室、地下变电站、地下铁道车站、盾构工作井、顶管工作井、引水或排水隧道防渗墙、地下停车场、地下商场、地下水库、大型污水泵站等。
地下连续墙的优点是对邻近建筑物和地下管线的影响较小,施工时无噪音、无振动,属低公害的施工方法。
据1990年统计,上海应用壁式地下连续墙的工程,已有50余个,其中有开挖最深达31米的宝钢铁皮坑工程,直径最大达64米的人民广场地下变电站,不用支撑和拉锚采用双层地下墙的皮尔金顿浮法玻璃厂熔窑坑,平面尺寸最大的人民广场地下停车场和地下商城,还有地下墙既承受水平方向水、土压力,又承受上部建筑物垂直荷重的上海电信大楼和地铁新闸路站等。上海地铁一号线11个地下车站的外墙结构,均采用地下连续墙。上海地铁新客站车站的长度为202米,净宽22.6米,基坑开挖深度12.4米,地下墙深为20.5米,壁厚65厘米,支撑采用直径580毫米钢支撑两道,分别设在-3.60米和-9.10米处,支撑水平间距3米。基坑施工时在墙外辅以轻型井点降水,车站结构分两层,上层为站厅,下层为站台,底板下设倒滤层,以减少底板反力。在基坑施工过程中,进行了原位量测,量测的内容有地下墙的侧压力、地下墙的变位、地下墙的内力、支撑轴力、基坑隆起、墙外地层变位及孔隙水压、底板反力及钢筋应力等。
延安东路隧道暗埋段106号地下墙基坑工程,平面呈Y型,地处闹市区,邻近建筑物离基坑最近的仅6.4米。基坑跨度20米,基坑开挖深度最深12米,地下墙深度20~22米,墙厚65厘米。基坑开挖时,采用4道支撑,分别设在-1.0米、-3.5米、-6.0米、-8.5米处。基坑开挖中,对墙体位移、支撑轴力和地表沉降监测,结果表明,第一道支撑轴力最小,第二道支撑轴力为640千牛,第三、四道支撑轴力为750千牛,墙体水平变位最大值为5厘米,约为开挖深度的0.5%,地表沉降最大值为1~2厘米,约为开挖深度的0.1~0.2%左右,安全系数高。
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三、桩列式挡墙
钻孔灌注桩作为围护结构承受水土压力,是深基坑开挖常用的一种围护形式,根据不同的地质条件和开挖深度可做成悬臂式挡墙、单撑式挡墙、多层支撑式挡墙等。它的排列形式有一字形相接排列、间隔排列、交错相接排列、搭接排列、或是混合排列,常见的排列方式是一字板间隔排列,并在桩后采用水泥土搅拌桩、旋喷桩、树根桩等阻水。这样的结构形式较为经济,阻水效果较好。上海地区大部分开挖深度在7~12米左右的深基坑,采用钻孔灌注桩挡土,水泥土搅拌桩阻水,普遍获得成功。
东海商业中心位于延安东路浙江路口,地下室基坑于1993年8月1日开挖,至11月2日结束。该工程地下室基坑平面尺寸为50米×43米,最大开挖深度为9.4米,围护结构采用钻孔灌注桩排桩组成的墙体及内支撑挡土,用树根桩及压密注浆组成隔水帷幕。钻孔灌注桩的桩径为直径800毫米,桩中心距900毫米,桩长20.2米,支撑采用一道钢支撑,均为直径609毫米×9毫米钢管桩,支撑间距6.6米。墙背用直径300毫米树根桩,桩长17米及三排压密注浆,深15米,组成隔水帷幕防水,情况良好。
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好东西,,,
够详细,,,,
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楼主写得太好了。
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