高文生-城市化进程中的地基基础工程

城市化进程中地基基础工程新特点高文生博士研究员地基基础研究所地基基础研究所/建研地基城市化，使地基基础工程“多姿多彩”！2010年8月上海地基基础研究所/建研地基我国的城市化进程z改革开发三十年来，我国城市化进程明显加快，城市化率由1979年的17.9%，提高到2008年的45.68%。到2008年底，全国城市总数达655个。z中国社会科学院《中国经济增长报告（2009~2010）：城市化与经济增长》报告中指出我国在2013年左右（预计在2011~2016年之间）城市化率将达47.93%~53.37%，预计到2020年中国的城市化率将达到60%。21世纪中期,城市化率可望达到70％以上,城镇总人口将超过10亿。z城市化进程的加快必然带来人口城市化和土地城市化速度的提升。地基基础研究所/建研地基国家《中长期铁路网规划》到2020年，中国铁路网总里程达到10万公里。按照中国2005年公布的高速公路网发展规划，到2020年，中国高速公路通车总里程将达10万公里。2006年8月16日，国务院审议并通过《全国沿海港口布局规划》，将全国沿海港口划分为5个港口群体，8个运输系统的布局。2008年1月获得国务院批准出台《全国民用机场布局规划》。到2020年，我国民航运输机场总数将达到244个，新增机场97个(以2006年为基数)，我国八成以上的县市居民能够在一个半小时车程内到达机场乘坐飞机。“20105月8日中国（深圳）商业房地产合作大会”，有报告说：目前是我国城市化发展的“钻石时期”，每年有1300万人进城。“如果按照每人商业配套1平方米，将是1300万平方米的增量工作。地基基础研究所/建研地基城市化进程中带来以下地基基础工程的一些新特点1工程量大复杂，设计施工面临新挑战2特殊土场地上的工程项目增多3对周边环境的影响控制的要求提高4设计理论和计算方法不断深入细化5机械化施工水平迅速提高，施工技术不断创新6检测方法与仪器多样化7规范体系覆盖面加大8工程事故时有发生，专业技术管理人员缺乏地基基础研究所/建研地基1工程量大复杂，设计施工面临新挑战上海环球金融中心：492米,桩基有2271根，昀长的约78米，重达17吨。所有桩基所用的钢管总重量约为2万吨，连起来的长度达到88.67公里。天津高银金融117大厦：597米,后注浆灌注桩，昀长桩长120米桩基施工部分总投资2个亿，100米以上的超长桩达1000多根，￠600、￠800桩型的裙楼桩共有8000多根。钻孔垂直度偏差小于1/300、采用泵吸反循环技术施工。主要难点：超长桩基础的承载变形计算、沉桩、灌注桩的垂直度桩身质量等问题。上海中心：建筑高度632米，地上124层，地下5层，采用桩端后注浆大直径灌注桩，桩端埋深约86米。地基基础研究所/建研地基1工程量大复杂，设计施工面临新挑战上海世博500kV地下输变电工程：全地下结构，直径130米，地下结构埋置深度33.5米，地下连续墙支护。桩筏基础，桩长48.5m，桩径800mm，扩底段长2m，扩底直径1500mm。整个地下结构减去结构自身重量外还承受1387043kN的上拔力。中国国家大剧院:大剧院的屋顶是个椭圆大穹体，高46.285米，东西轴跨度212米、南北轴跨度144米，周长达6000多米，基础为箱形基础，地下昀深达32.5米。基坑支护分阶采用桩锚和地下连续墙(深达41米)方案。主要难点：深基坑支护、开挖、抗浮以深开挖对桩基承载力的影响等问题。地基基础研究所/建研地基青藏铁路由青海省西宁市至西藏自治区拉萨市，全长1956公里。其中，西宁至格尔木段(简称西格段)长814公里，1979年铺通。格尔木至拉萨段(简称格拉段)，全长1142公里，其中新建1110公里，是世界上海拔昀高、线路昀长的高原铁路，翻越唐古拉山的铁路昀高点海拔5072米。全线经过海拔4000米以上地段960公里，连续多年冻土区550公里以上，另有部分岛状冻土、深季节冻土、沼泽湿地和斜坡湿地。地震、崩裂、滑坡、泥石流等地质灾害严重。每年有效施工期仅6—7个月。工程自2001年6月29日开工，2006年7月1日通车，历时5年。面临挑战:多年冻土高寒缺氧生态脆弱z青藏铁路1工程量大复杂，设计施工面临新挑战地基基础研究所/建研地基京沪高速铁路是联接北京与上海之间的一条高速铁路客运专线，该工程于2008年4月18日开工，预计2013年投入运营。全线按照昀高时速350公里设计，运行时速每小时300公里，线长1318公里，其中桥梁长度约1140km，占正线长度86.5%；隧道长度约16km，占正线长度1.2%；路基长度162km，占正线长度12.3%，全线用地总计5000hm2。桩基工程难度如下。面临的问题:1沿线多软土，地形起伏大2桩基工程量大，施工的质量控制难度高.桩基50多万根，路基处理CFG桩20多万根z京沪高铁1工程量大复杂，设计施工面临新挑战地基基础研究所/建研地基杭州湾跨海大桥南起慈溪市水路湾村，北至嘉兴海盐市乍浦港，全长36公里，为现今世界第一长跨海大桥。于2003年11月14日开工，2008年5月1日通车。桥梁基础不但需要承受垂直荷载，而且还需承受较大的波浪、水流等横向荷载。钢管桩5513根，其中水中区域打钢桩4000多根，昀大直径1.6米，单桩昀大长度89米，昀大重量74吨。钻孔桩3550根，承台1272个，墩身1428个。其中，南岸10公里滩涂区干湿交替，环境的腐蚀作用严重。海上工程大部分为远岸作业，施工条件很差。受水文和气象影响，有效工作日少，据现场施工统计，海上施工作业年有效天数不足180天，滩涂区约250天。工程难点:1杭州湾潮差大、流速急、流向乱、波浪高、冲刷深、软弱地层厚，部分区段浅层气富集;2海上工程量大,作业时间短。z杭州湾跨海大桥1工程量大复杂，设计施工面临新挑战地基基础研究所/建研地基总干渠沟通长江、淮河、黄河、海河四大流域，需穿过黄河干流及其他集流面积10km2以上河流219条，跨越铁铁路44处，需建跨总干渠的公路桥571座，此外还有节制闸、分水闸、退水建筑物和隧洞、暗渠等，总干渠上各类建筑物共936座，其中昀大的是穿黄河工程。对所经膨胀土和黄土类渠段的渠坡稳定问题、饱和砂土段的震动液化问题和高地地震裂度段的抗震问题、通过煤矿区的压煤及采空区塌陷问题等在设计中采取相应工程措施解决。工程难点:膨胀土和黄土渠段稳定饱和砂土的震动液化、高地段的抗震及采空区塌陷等z南水北调工程南水北调工程总投资将超过5000亿元丹江口水库1工程量大复杂，设计施工面临新挑战地基基础研究所/建研地基2特殊土场地上的工程项目增多我国幅员辽阔，岩土的形成过程中，受自然条件、气候条件、地理环境、地质历史等因素的影响，形成土性迥异的各种特殊土，并表现出明显的区域性。“西气东输”、“南水北调”、“青藏铁路”、“三峡水利水电工程”、“京沪高铁”、跨越南北东西“四纵四横”高速铁路等项目的建设场地遍及我国各种特殊土区域。另一方面，18亿亩的耕地红线与城市化进程的矛盾也使得我们不得不向原本不适合建筑的场地开拓。z软土z黄土z膨胀土z冻土z围海造地吹填地基z采空区建筑地基z山区高填方地基z土岩组合地基地基基础研究所/建研地基2特殊土场地上的工程项目增多z软土：沿线的工程地质条件主要是软土、松软土分布广泛，尤其是武清—沧州松软土、丹阳—上海软土，埋深变化大，软土层厚、强度低，工程性质差。路基处理用CFG桩20多万根。工程实例2：天津武清翠金湖工程实例1：京沪高铁软土在我国的东海、渤海、黄海、南海等沿海的滨海平原、河口三角洲有广泛分布。翠金湖居住小区工程为天津市重点民用工程，是文化与生态结合、水系与建筑结合的小镇式高档小区，项目原址为原生态芦苇湿地，人工开挖鱼塘区，南侧为后薄棒村回迁区。建筑面积18.4万平米，地基处理面积21万平米。采用CFG桩+碎石桩+强夯置换处理方法。主要问题：工后沉降的控制。地基基础研究所/建研地基2特殊土场地上的工程项目增多z黄土：面积约为635万km,主要分布于北纬33°~47,即主要分布在甘肃、陕西、山西、宁夏、河南、河北等省。宝天高速公路甘肃段，称为“陇上天路”，沿线大部分黄土。工程实例2：山西太旧高速公路主要问题：消除湿陷性。工程实例1：宝天高速公路山西太原至旧关高速公路全长140.7公里，路线所经地区为山西黄土高原与太行山脉两大地貌地带，横跨地势平缓的汾河河谷平原，穿越冲沟发育、切割严重的重丘区。地基基础研究所/建研地基2特殊土场地上的工程项目增多z膨胀土我国膨胀土主要分布在华中、华南、西南地区，区域人口3亿以上，遍布20多个省市直辖市自治区，总面积在10万平方km以上，其中以云南、广西、湖北和河南的一些地区昀为发育。南水北调中线一期工程典型膨胀土地基段的土工膜防渗研究南水北调中线工程南阳膨胀土试验南水北调中线工程总干渠穿越膨胀土（岩）地段累计长约386．8km，膨胀土（岩）的处理是南水北调中线工程的主要技术问题之一。国家“十一五”科技支撑计划课题“膨胀土地段渠道破坏机理和处理技术研究”项目，通过多种研究手段综合研究了膨胀土（岩）渠坡破坏机理，提出了适合的膨胀土（岩）渠坡稳定性分析方法，并针对性地研究了膨胀土（岩）渠道的处理措施，在试验渠段进行了现场验证比较，提出了经济可行的处理方案。工程实例：南水北调中线工程总干渠主要问题：遇水膨胀的稳定性地基基础研究所/建研地基2特殊土场地上的工程项目增多z冻土:我国冻土主要分布在东北和西北。主要问题：冻胀与融沉。工程实例：青藏铁路青藏铁路建设的诸多困难中，很多来自于地下，即如何通过占全线的近半，大约550公里的多年冻土带，以桥梁跨越是主要方式之一。青藏铁路多年冻土区桥梁桩基础施工的关键是昀大限度减小桩基础施工过程中外界热量对桩周多年冻土的扰动，同时确保桩基砼强度的增长。地基基础研究所/建研地基2特殊土场地上的工程项目增多z采空区建筑地基山西是采空塌陷灾害昀严重的地区。全省共15万多平方公里的土地，采空区就达2万多平方公里，相当于总面积的七分之一。而其中6000平方公里的地域遭受了地质灾害。黑龙江省也是受灾较为严重的省区。七台河矿区从1958年开发，50年不到的时间里，全市下沉2.5米～6.5米；鸡西矿区经过80多年开采，已形成地表采煤沉陷区193平方公里；鹤岗矿区有63.73平方公里的沉陷区，其中昀深的地方下沉了30米，在地面上造成6米多的裂缝，而且现在仍在以每年1.3米的速度下沉。目前，全国累计采空塌陷面积超过70万公顷，造成的损失已经超过500亿元。而在一些煤炭城市，采空塌陷情况尤为严重。问题突出地区1：山西省问题突出地区2：黑龙江省主要问题：地基的稳定性。地基基础研究所/建研地基2特殊土场地上的工程项目增多z围海造地吹填土地基：自从2003年以来，中国的围海造地运动正在以数倍于过去的速度高速发展。2003年的围海面积是2123公顷，2004年则达到了5352公顷，2005年以后每年围海的面积都超过1万公顷，相当于这几年每年中国都新增100平方公里以上的土地。工程实例：曹妃甸工业园区曹妃甸吹沙造地工程是我国规模昀大的填海造地工程。按照规划，曹妃甸需填海建设的总面积达310平方公里。到目前，曹妃甸已经填海造地超过15平方公里面积，工业区初显雏形。主要问题：强度低、稳定性差等。地基基础研究所/建研地基2特殊土场地上的工程项目增多z山区高填方地基我国是一个山区及丘陵地区覆盖面积较大的国家之一。在山区及丘陵地区利用“开山填谷”解决工程建设用地的项目越来越多，由此形成大面积、大土石方量、高填方地基的变形问题日趋增多。主要问题：稳定性、差异沉降等。工程实例1；贵阳龙洞堡机场机场站地面积约236万，飞行区场地平整，挖填宽度约420，总长度为3840左右。地基处理采用大块石填料分层回填，采用强夯法处理。工程实例1；昆明新机场总投资260多亿,为全国第四大机场。昆明新机场场地的地面昀大高差达210m,挖填工程量巨大(总2亿多方),昀大填方高度达50余米。地基基础研究所/建研地基2特殊土场地上的工程项目增多z土岩组合地基地质构造