（环境工程专业论文）青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究.pdf

青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究 r e s e a r c ho n “e m b e d d e d - in - r o c k f o u n d a tjo npit s inqin g d a oa r e a a b s t t a c t f o u n d a t i o ne n g i n e e r i n gi sas y s t e m a t i c e n g i n e e r i n gi n v o l v i n ge n g i n e e r i n gg e o l o g y , h y d r o - g e o l o g y , e n g i n e e r i n gs t r u c t u r e ，t e c h n i q u e s a n dm a n a g e m e n to fc o n s t r u c t i o n ，e t c g e o l o g i c a lc o n d i t i o n sa r et h em a i nf a c t o r sc o n t r o l l i n gs e l e c t i o no fs u p p o r t i n gs c h e m ea n do f d e s i g nc o m p u t a t i o n f o rt h ef o u n d a t i o np i tp r o j e c t so fr e v e a l i n gt h eo v e r l y i n gs a n d ys o i ls t r a t u m a n dc u t t i n gac e r t a i nd e p t hi n t oh a r db e d r o c ki nt h ee x c a v a t i o nr a n g e ，a n ym o n o s u p p o r t i n g s c h e m es e e m si n s u f f i c i e n tf o rt h ed u a lr e q u i r e m e n t so fs a f e t ya n de c o n o m y f o rt h i sk i n do f f o u n d a t i o np i tp r o j e c t s ，ac o m p o u n ds u p p o r t i n gs y s t e mc o m b i n i n gav a r i e t yo fc o m b i n a t i o nt y p e s ， a n dh e n c en e wp r o b l e m sa r ep o s e di nt h i sf i e l d i nt h i sp a p e ro n es u c hf o u n d a t i o np i tp r o je c ti nq i n g d a oa r e a ，w h e r eg r a n i t ei sc o m m o n l y s e e n ，i st a k e na sa ne n g i n e e r i n gc a s e a f t e ra n a l y s e so fd e s i g nb o u n d a r yc o n d i t i o n s ，e n g i n e e r i n g d e s i g na i m s ，s c h e m es e l e c t i o n , c o n s t i t u t i v em o d e l ，d e s i g nc o m p u t a t i o n ，d e s i g ne x p r e s s i o n ， c o n s t r u c t i o n t e c h n i q u e s b a s e do ni n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , e t c ，m o d e l i n gp r i n c i p l e so f c o n s t i t u t i v em o d e la n dc o m p r e h e n s i v ed e t e r m i n a t i o nm e t h o d so fd e s i g np a r a m e t e r so f “e m b e d d e d - i n r o c k ”f o u n d a t i o n p i t s - ? - t h e r e f o r e ，d e s i g n a n dc o m p u t a t i o np r o b l e m so f “e n d s u s p e n d e dp i l e ”e n c o u n t e r e di np i l e - r o ws u p p o r ts c h e m ei n 翻e m b e d d e d i n - r o c k ” f o u n d a t i o np i t sa r et h u ss o l v e d o nt h eb a s i so f r e s e a r c hr e s u l t s ，t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sa r er e a c h e d ： 1 i ti saf u n d a m e n t a lp r i n c i p l et h a te s t a b l i s h m e n to fc o n s t i t u t i v em o d e l so ff o u n d a t i o np i t p r o je c t ss h o u l df i tt h ea c t u a lw o r kc o n d i t i o n st ot h eu t m o s td e g r e e g e n e r a l l ys p e a k i n g ， e x c e p t f o rn a t u r a l s l o p es c h e m eo rc a n t i l e v e rs u p p o r ts c h e m e ，p h a s e dm a t h e m a t i c a l m o d e l i n gi sr e c o m m e n d e da c c o r d i n gt ot h ea c t u a le x c a v a t i o nc o n d i t i o n s ，s ot h a tu n d e ra l l c i r c u m s t a n c e st h ef o u n d a t i o np i tc a nm e e tt h er e q u i r e m e n t so fe n g i n e e r i n gd e s i g ng o a l so f t h ep r o je c t 2 - 一o w i n g t ot h e - a m p e r f e c f i o no 心e o t e c h n i c a t - d e s i g n t h e o r i e sa n d - d e f i c i e n c y - o fp r a c t i c e e x p e r i e n c e ，d e s i g no u t c o m e so ff o u n d a t i o np r o je c t s c a nb ee x a m i n e da n dv e r i f i e db y c o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e sb a s e do ni n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y t h i si sav e r yi m p o r t a n tv e r i f y i n g m e t h o d ， a n d c a na t t a i nt h e p u r p o s e s o fe x a m i n i n g ， v e r i f y i n ga n dm o d i f y i n gd e s i g n o u t c o m e s ，a c c u m u l a t i n ge n g i n e e r i n ge x p e r i e n c ea n dp r o m o t et h ed e v e l o p m e n to fd e s i g n t h e o r i e s 青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究 3 “e m b e d d e d i n - r o c k7 f o u n d a t i o np i tp r o je c t sa r ea ne n g i n e e r i n gc a t e g o r yo fs p e c i a l g e o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，a n dh e n c ec o m p o u n ds u p p o r t i n gs y s t e mo fm u l t i p l ec o m p o s i t e s t m c m r e si s u s u a l l ya d o p t e d as u p p o r t s t r u c t u r ec o m b i n a t i o n o f “p i l e r o w + a n c h o r i n g g r o u t i n g ”c a ns u p p l yt h er e q u i r e m e n t so fd e s i g na i m si nab e a e rw a y a c c o r d i n gt oa c t u a lw o r kc o n d i t i o n s ，t h ed e s i g no fm a t h e m a t i c a lm o d e lc a nb ed i v i d e di n t o t h r e ep h a s e s ：p i l e r o wm o d e l ，“e n d s u s p e n d e dp i l e ”m o d e la n dc o m p o u n ds o i l - n a i lw a l l m o d e l g e o t e c h n i c a l d e s i g n a n d c o m p u t a t i o n i sa c o m p l i c a t e d f i e l d b e y o n dc o m p l e t e c o m p r e h e n s i o no fh u m a nb e i n g s ；t h e r e f o r e ，i nt h i sp a p e rt h er e s e a r c hr e s u l t so fd e s i g nm e t h o d s o f “e m b e d d e d i n r o c k ”f o u n d a t i o np i t sa r eo fr e f e r e n c es i g n i f i c a n c et op e e re n g i n e e r s d e s i g n p r o c e s sa n dm e t h o d sc o m p l yw i t hc o m m o np r i n c i p l e so ff o u n d a t i o np i td e s i g n ，s oi tc a nb es o m e g u i d a n c et oy o u n gg e o t e c h n i c a le n g i n e e r s k e yw o r d s ：f o u n d a t i o np i te n g i n e e r i n g ，s u p p o r ts t r u c t u r e ，b o u n d a r yc o n d i t i o n s ，c o n s t i t u t i v e m o d e l ，d e s i g nm e t h o d ，c o n s t r u c t i o nt e c h n i q u eb a s e d o ni n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y 2 青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含未获得( 洼! 塑遗查基丝重要挂墨9 直明的! 奎拦亘窒2 或其他教 育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位敝作者签名：婚答字日期：龇钙月习日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学 位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适 用本授权书) 学位论文作者签名：导师签字： 参1 孑孳 i t 签字日期：妇 年f 月1 日 签字日期：归，g 年夕月矽日 青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究 1 绪论 1 1 基坑工程研究及工程实践 1 1 。1 基坑工程发展历史 从历史观的角度看，深基坑支护工程不但是一项古老的、传统的基坑支护技术，而且 也是一项具有当今时代特色的、年轻的、富有生命力的岩土工程设计课题。其发展历史可 追溯到千年之前，而随着现代高层建筑工程的不断发展，在近几十年内呈现了一片繁荣景 象。其发展历程经历了从理论完善与实践经验相结合的过程。 理论完善过程：1 8 5 7 年英国学者朗肯( r a n k i n e ，w j m ) 提出朗肯土压力理论，其概 念明确，方法简便，至尽被广泛应用；1 7 7 6 年法国的库仑( c a c o u l o m b ) 根据墙后土体 处于极限平衡状态时的力系平衡条件提出了库仑土压力理论；2 0 世纪2 0 年代( 1 9 2 5 年) 太沙基发表了第一部“土力学”专著，相隔4 年( 1 9 2 9 年) 又发表了工程地质学专著； 在2 0 世纪4 0 年代t e r a g h i 和p e c k 等人就提出了预估挖方边坡稳定程度和支撑荷载大小的 总应力法，这一理论标志着岩土支护设计理论的逐渐形成。5 0 年代b i e r r u m 和e i d e 给出了 分析深基坑底板隆起的方法。从6 0 年代开始在奥斯陆和墨西哥城软粘土深基坑中使用了 仪器进行监测，一些学者相继提出了作用在支护结构上的土压力图式。随后，许多西方学 者都进行了深基坑工程的研究。在我国，随着深基坑工程的不断发展，各地区陆续出台了 适合当地水文地质和工程地质特点的深基坑工程技术规程。国家建设主管部门于1 9 9 9 年 发布了深基坑工程强制性标准建筑基坑支护技术规程( j g j l 2 0 9 9 ) 及地基基础设计 规范( g 5 0 0 0 7 2 0 0 2 ) 。一大批论文专著得到了出版，有学者还提出了建立深基坑工程学 这门新学科的设想。 实践经验：人类土木工程活动的不断繁荣促进了基坑工程的不断发展。早期的边坡支 护活动可追溯到上千年，甚至更为遥远的历史时期，“放坡开挖、木桩支护”等在深度很浅 的基坑中的应用是基坑支护技术的最早期应用。 近几十年来，随着全球城市化进程的不断发展，深基坑支护技术得到全面发展和应用。 在我国，深基坑工程得到广泛的应用是始于2 0 世纪8 0 年代。在这之前，我国多层建筑、 高层的地下室多为3 m - 4 m 深左右的单层地下室，仅有少数大型工程项目( 如北京地铁) 中有开挖深度达到1 0 m 以上的深基坑工程。随着我国国民经济和城市建设的高速发展，进 入8 0 年代后期以来，为了充分利用土地，高层、超高层建筑如春笋般拔地而起。据不完 青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究 全统计，迄今为止，我国己建成1 0 层以上的高层建筑累计超过1 3 亿栋，高度超过1 0 0 米 的高层建筑己超过2 0 0 栋，高度超过1 8 0 m 的高层建筑达数十栋。由于建筑结构设计和建 筑使用功能上的要求，深基坑开挖的深度越来越深，开挖的面积也越来越大，如目前中国 最高、世界第三高度的上海金茂大厦，地上8 8 层，塔楼的开挖深度达1 9 6 5 m ，基础开挖 面积近2 万平方米。随着我国城市化的快速发展( 城市数量的增加和城市规模的扩大) ， 城市地下空间的开发利用在节约土地资源、调节城市土地使用结构、城市现代化基础设施 建设、防灾救灾和国防建设等方面将发挥越来越重要的作用。可以说，没有地下空间的有 效开发利用就没有城市的可持续发展。这样，就势必带来了大规模的深基坑工程问题，也 对深基坑开挖与支护技术提出了更高、更严的要求，即基坑支护结构不仅要满足承载能力 设计要求，还要满足地下结构施工和基坑周边环境正常使用功能的要求。 1 1 2 基坑工程的发展动力 深基坑工程是集岩土工程和结构工程等专业于一体的系统工程，亦即挡土、支护、防 水、降水、挖土、爆破、监测和信息化施工技术等作为一个系统工程，针对工程安全、环 境保护、施工队伍与作业时空关系进行周密的施工组织与设计，实行分级审批和施工监控。 近2 0 年来，我国各地深基坑工程盛行，其开挖深度在北京地区最深超过3 0 米，在上 海最大平面尺寸达到2 7 4 x 1 8 7 米，面积约5 1 0 0 0 平方米，最深的3 2 米；地铁车站基坑平 面尺寸最大也达6 0 0 x 2 2 米，最深达2 0 米。 深基坑工程得以迅速发展，其源动力基于以下几点：( 1 ) 2 0 世纪8 0 年代以来，我国 各地高层建筑、超高层建筑大量出现，由此产生了大量深基坑工程，且规模和深度不断加 大；( 2 ) 随着建设的发展，当前城市地窄人稠，地价上涨，地上可利用面积越来越少，向 地下发展又逐渐成为趋势。为提高地下空间的利用率，综合管线共同沟、地下停车场、地 下商场、地下变电站及仓库等地下构筑设施日渐增多；( 3 ) 人防设置要求；( 4 ) 城市地铁 尤其是多层地铁的兴建；( 5 ) 地下竖井或工作井的兴建；( 6 ) 地下储槽以及污水处理厂抽 水站的兴建；( 7 ) 其它工业、采矿、军事、航天等都会出现一些大中型的深基坑工程。由 此，深基坑工程作为一门科学应运而生成为必然的趋势。 1 1 3 常规基坑支护结构 基坑挡土支护结构是指在现场条件不允许基坑维持其自然坡度情况下用于保持基坑 开挖面稳定的结构物，其作用是在挖土过程中和挖土完成后使土体侧壁保持稳定。挡土支 护结构一般按下列规定进行分类： 2 青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究 ( 1 ) 重力式挡土支护结构和柔性挡土支护结构 重力式挡土支护结构( 其厚度一般与基坑深度为同一数量级) 是以支护结构自身重力 来维持在土体侧压力作用下的自身稳定性。深层搅拌水泥土挡墙、高压喷射水泥土挡墙、 毛石混凝土挡墙等均属于此种类型。 柔性挡土支护结构又称非重力式挡土支护结构，其厚度远远小于长度和高度。这种结 构除自立( 悬臂) 式结构外，常与锚拉或支撑构件相结合，以维持在土体侧压力作用下的 自身稳定。排桩、地下连续墙等均属于此种类型。 ( 2 ) 悬臂式、单点式和多支点挡土支护结构 悬臂式支护结构完全依靠嵌入土体内的足够深度来维持其稳定性，故嵌入深度是关 键。这种支护结构对于土的性质、荷载大小等非常敏感。当采用这种支护结构时，对于软 土地区，基坑深度一般不大于4 米；对属于一般粘性土地区且地下水位较深的地区，基坑 深度一般不大于1 0 米，否则就不经济。 当基坑深度超过悬臂挡土结构的合理的基坑深度时，就必须增设横向支点，支点类型 可选择锚杆型、锚定板型和内支型等。根据基坑开挖深度和地质条件等因素，设置单支点 或多支点，其设置条件因各个地区工程地质条件和开挖深度的不同通常存在较大差异。 ( 3 ) 被动制约机制挡土支护结构和主动制约机制挡土支护结构 锚拉式、内支撑式和悬臂式等挡土支护结构，均以挡土支护结构承受其后面的侧压力， 防止土体整体稳定性破坏，属于被动制约机制挡土支护结构。 土钉墙技术则在土体内放置一定长度和分布密度的土钉体，同时增设钢筋混凝土面层， 与土体共同作用，构成复合土体，以弥补土体自身强度的不足，增强边坡土体自身稳定性， 属于主动制约机制挡土支护结构。 w t 王j 啦多捎板组各j ：)卜窭哥砸痂；二 ；0 1 - 主板与水泥土拱组合。 。缪行锄画1 l ，诲桩与水泥防渗墙酊乙黟渺”籀裔；隔南面5 鼍 图1 1 挡土支护机构分类 青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究 1 2 论文选题的背景及意义 1 2 1 选题背景 近几年来，各地在深基坑开挖和支护技术方面积累了丰富的经验，新技术、新结构、 新工艺不断涌现。但是，现在的城市建筑基本上是“见缝插针”，有的基坑边缘距已有建筑 物仅几米，给基础工程的施工带来很大的难度，给周围环境带来极大威胁，也相应增加了 施工工期和施工费用。尤其是大量的高层或超高层建筑出现，在具备条件的情况下其基础 持力层通常选择承载力和变形参数值较高的质地坚硬的岩石地层，而随着地下空间开发需 求的不断加大，地下构筑物经常会埋置于岩石地层一定深度。由此造成基坑工程揭穿上覆 土层，并深入基岩一定深度，形成“嵌岩”基坑工程。“嵌岩”基坑工程揭露地层工程特性通 常差异性巨大，同时可能会伴随着地下水的存在，存在涌水冒沙不良地质危害。如何在基 坑设计中充分利用岩石地层强度并确保基坑安全，增强方案可行性是“嵌岩”基坑面临的新 挑战。 1 2 2 选题意义 存在上覆软弱砂土层的“嵌岩”基坑一般情况下很难用一种支护方案达到安全可靠、经 济合理的设计目的。根据分步开挖工况不同，拟合工程实际，采取多种模型设计方法，最 大限度的利用岩土体自身强度，达到预定设计目标要求是本文探讨的主要课题。本文选择 地质条件极其复杂的一个深大基坑作为工程实例，将排桩支护方案应用于存在上覆软弱土 层的“嵌岩”基坑中，通过分阶段、多模型设计的方法解决排桩支护方案在“嵌岩”中的“吊脚 桩”问题，其设计计算过程依据建筑基坑支护技术规程( j g j l 2 0 9 9 ) ，分别以排桩模型、 “吊脚桩”模型、复合土钉墙模型，等效荷载替代桩锚土体模型等多种计算方法综合确定设 计参数。以清晰明了的数学模型确保设计结果可靠性，使设计方案做到安全可靠、经济合 理、方便可行。 1 3 设计方法概述 基坑工程设计是指为满足基坑开挖后基坑侧壁稳定且变形控制在一定的范围内，保证 周边建( 构) 筑物、管线等满足正常使用功能而进行的设计。 1 3 1 设计原则 现行规范规定基坑支护结构应采用以分项系数表示的极限状态设计表达式进行设计。 基坑支护结构极限状态可分为下列两类： 4 青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究 ( 1 ) 承载能力极限状态：对应于支护结构达到最大承载能力或土体失稳、过大变形 导致支护结构或基坑周边环境破坏；( 2 ) 正常使用极限状态：对应于支护结构的变形己 妨碍地下结构施工或影响基坑周边环境的正常使用功能。 基坑支护结构设计应根据表1 1 选用相应的侧壁安全等级及重要性系数。 表1 1 基坑侧壁安全等级及重要性系数 安全等级破坏后果加 一级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响很严重 1 1 0 支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下 二级1 o o 结构施工影响一般 三级支护结构破坏、土体失稳或过大变形对基坑周边环境及地下结构施工影响不严重 0 9 0 注：有特殊要求的建筑基坑侧壁安全等级可根据具体情况另行确定。 支护结构设计应考虑其结构水平变形、地下水的变化对周边环境的水平与竖向变形的 影响，对于安全等级为一级和对周边环境变形有限定要求的二级建筑基坑侧壁，应根据周 边环境的重要性、对变形的适应能力及土的性质等因素确定支护结构的水平变形限值。 当场地内有地下水时，应根据场地及周边区域的工程地质条件、水文地质条件、周边 环境情况和支护结构与基础型式等因素，确定地下水控制方法。当场地周围有地表水汇流、 排泻或地下水管渗漏时，应对基坑采取保护措施。 根据承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计要求，基坑支护应按下列规定进行 计算和验算。 ( 1 ) 基坑支护结构均应进行承载能力极限状态的计算，计算内容应包括： 1 ) 根据基坑支护形式及其受力特点进行土体稳定性计算；2 ) 基坑支护结构的受压、 受弯、受剪承载力计算； 3 )当有锚杆或支撑时，应对其进行承载力计算和稳定性验算。 ( 2 ) 对于安全等级为一级及对支护结构变形有限定的二级建筑基坑侧壁，尚应对基坑 周边环境及支护结构变形进行验算。 ( 3 ) 地下水控制验算：1 ) 抗渗透稳定性验算；2 ) 基坑底突涌稳定性验算；3 ) 根 据支护结构设计要求进行地下水位控制计算。 基坑支护设计内容应包括对支护结构质量检测及施工监控的要求。 当有条件时，基坑应采用局部或全部放坡开挖，放坡坡度应满足稳定性要求。 1 3 2 设计步骤 基坑工程设计的一般步骤：查明设计边界条件一确定工程设计目标斗方案选型呻建立 青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究 本构模型寸设计计算专确定设计成果参数呻设计表述( 编制设计成果) 呻设计成果验证手 段。 基坑设计前需查明的边界条件包括：基坑工程规模特征，工程地质条件，水文地质条 件，外荷载条件，周边环境条件，变形要求条件等。 工程设计目标综合考虑边坡稳定性问题，地下水控制问题，变形控制问题，外部环境 问题，社会影响因素等方面的综合需求，从而使目标要求与客观实际相符。 方案选型重点将可行性方案进行安全性、经济性、可操作性以及工程特殊需求满足度 等方面综合比较，综合确定工程适宜的最佳技术方案。 本构模型的建立是设计过程中的核心部分，其是将客观存在转化为可供计算的数学模 型，该过程含盖了从设计输入、设计计算到设计输出的主要设计工作内容。本构模型的建 立应当最大限度地拟合实际开挖工况，以保证设计成果实施的过程和实施的结果同时安全 可靠。 设计成果验证是对基坑设计过程正确与否的检验，是确保基坑支护工程安全的必要手 段。采取信息化施工技术，可有效地根据基坑监测的结果，动态的调整设计成果，使之最 大限度的确保工程安全、节省工程投资，使设计方案更加合理、协调。 1 3 3 基坑工程设计依据 基坑工程设计应当依据现行的国家技术规范、行业标准、地区规定和地方成功的工程 经验。现行的国家及行业标准包括：岩土工程勘察规范( g b 5 0 0 2 1 2 0 0 1 ) 、建筑结构荷 载规范( g b 5 0 0 0 9 2 0 0 1 ) 、建筑地基基础设计规范( g b 5 0 0 0 7 2 0 0 2 ) 、建筑桩基技术规 范( j g j 9 4 9 4 ) 、建筑地基处理技术规范( j g j 7 9 2 0 0 2 ) 、建筑基坑支护技术规程 ( j g j l 2 0 9 9 ) 、建筑边坡工程技术规范( g b 5 0 3 3 0 2 0 0 2 )土层锚杆设计与施工规 范( c e c s2 2 ：2 0 0 5 ) 、混凝土结构设计规范( g b 5 0 0 1 0 2 0 0 2 ) 、建筑基坑工程监测技 术规范( d b j l 4 0 2 4 2 0 0 4 ) 以及其他相关规范；基坑工程设计尤其应当尊重地区规定和地 方成功的经验，因为基坑工程设计具备鲜明的半理论、半经验的特点，到目前为止，尽管 基坑支护取得了丰硕的成果，但是，理论落后于实践的状况仍然很突出，任何的一种本构 模型都很难准确的反映出客观存在的边界条件；同时岩土工程存在鲜明的地域性特点；因 此基坑支护工程设计和施工应根据地区的工程地质条件以及其它不确定因素的影响，并结 合本地区的成功经验进行实施。 6 青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究 2 设计边界条件 2 1 工程概况 拟建场区地处青岛市商业繁华地带，场区面积约5 0 0 0 平方米，场区交通便利，风景优 美，是理想的商业、居住场所。拟建物为1 栋6 5 层的超高层建筑及裙房，室内地坪标高 士0 0 0 = 7 6 0 米，带有5 层地下车库，拟采用筏板基础，基础荷重1 1 0 0k p a ，基础持力层选择 花岗岩微风化带，筏板基础，基底相对标高2 1 1 0 米。本工程安全等级为一级。 2 2 基坑工程规模特征 基坑四周边线沿地下室外边线展布方向设置，平面坡底预留1 5 0 米施工作业面。根据 建筑设计要求，本基坑平面呈矩形布置，平面尺寸为6 5 x 8 0 米，占地面积约5 2 0 0 平方米， 基坑侧壁周长约2 9 0 米。基坑开挖深度自现状地面标高起约2 1 0 0 米。 一一一一 图2 - i ：基坑工程平面布置图 2 3 地质条件 深基坑工程设计需查明的地质条件应当区别于主体建筑地基勘察的内容和范围。基坑 勘察应符合如下要求：( 1 ) 勘察范围应根据开挖深度及场地的岩土工程条件确定，并宜 在开挖边界外按开挖深度的l - - 2 倍范围内布置勘探点，当开挖边界外无法布置勘探点时， 7 青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究 应通过调查取得相应资料。对于软土，勘察范围尚宜扩大； ( 2 ) 基坑周边勘探点的深度 应根据基坑支护结构设计要求确定，不宜小于1 倍开挖深度，软土地区应穿越软土层；( 3 ) 勘探点间距应视地层条件而定，可在1 5 - 3 0 m 内选择，地层变化较大时，应增加勘探点， 查明分布规律。 场地水文地质勘察应达到以下要求：( 1 ) 查明开挖范围及邻近场地地下水含水层和隔 水层的层位、埋深和分布情况，查明各含水层( 包括上层滞水、潜水、承压水) 的补给条 件和水力联系；( 2 ) 测量场地各含水层的渗透系数和渗透影响半径；( 3 ) 分析施工过程 中水位变化对支护结构和基坑周边环境的影响，提出应采取的措施。 岩土工程测试参数宜包含下列内容：( 1 ) 土的常规物理试验指标；( 2 ) 土的抗剪强 度指标；( 3 ) 室内或原位试验测试土的渗透系数；( 4 ) 特殊条件下应根据实际情况选择 其它适宜的试验方法测试的参数。 基坑周边环境勘查应包括以下内容： ( 1 ) 查明影响范围内建( 构) 筑物的结构类型、 层数、基础类型、埋深、基础荷载大小及上部结构现状；( 2 ) 查明基坑周边的各类地下 设施，包括上、下水、电缆、煤气、污水、雨水、热力等管线或管道的分布和性状； ( 3 ) 查明场地周围和邻近地区地表水汇流、排泻情况，地下水管渗漏情况以及对基坑开挖的影 响程度；( 4 ) 查明基坑四周道路的距离及车辆载重情况。 2 3 1 区域地形地貌 青岛地处胶东半岛西南部，东南濒临黄海，为海滨丘陵城市，总面积为1 0 6 5 4 平方公 里，其中市区1 1 0 2 平方公里。全市地形特征呈东高西低，南北两侧隆起，中间凹陷。现代 地貌轮廓是在漫长的地质历史发展中经过复杂的内外营力综合作用而成，其主要地貌单元 为侵蚀构造地貌一低山、构造剥蚀地貌一丘陵、剥蚀堆积地貌准平原、堆积地貌一洼地。 2 3 2 区域气象水文条件 青岛地区属华北暖温带沿海湿润季风区大陆性气候。受海洋环境的影响，空气湿润， 气候温和，具有冬暖夏凉，春温秋爽，春迟、冬长的气候特点。年均气温1 2 3 c ，最高温 度3 8 9 。c ( 2 0 0 2 年7 月1 5 日) ，最低温度1 6 。c ，历年平均相对湿度7 4 。春夏多东南风， 秋冬多西北风，年均风速5 3 0 米秒，瞬间最大风速4 4 2 0 米秒。年均受台风侵袭或台风 外围的影响达1 3 次；年均降雨量7 1 1 2 0 毫米，最大1 2 7 2 7 0 毫米，最小3 4 7 4 0 毫米；降 雨量年内分配不均，7 3 集中于6 - 9 月份，且多集中在几次暴雨中。冬季降雪较少，年 平均降雪日1 0 天，日最大降雪量2 3 0 毫米。海雾频繁是青岛地区一大特点，以夏季最盛， 青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究 东南风产生的雾最多，年均雾日4 3 4 天，年均结冰日8 2 天。季节性冻土深度小于0 5 米。 2 3 3 区域地质概况 ( 1 ) 地质发展简史 青岛地区所处大地构造位置为华北地台，“青岛海阳”断块凸起的v 级构造单元 的南部。自太古代元古代以来一直处在一个长期、缓慢、稳定的上升隆起状态，缺失华 北型地层沉积。自中生代燕山晚期以来，区域性构造活动强烈，发生大规模、区域性酸性 岩浆侵入，形成稳固的花岗岩岩基，以深成相似斑状中粗粒黑云母花岗岩为主要组成岩石。 随后受华夏式构造体系影响，形成n e 向为主的压扭性断裂构造。其后，酸性中基性岩浆 沿岩基内薄弱面入侵，形成煌斑岩、细粒花岗岩和辉绿岩等浅成相岩脉，与花岗岩岩基组 成复合岩体。它们之间虽然岩性不同，但属于同源异相的岩浆岩类硬质岩石，是坚硬稳固 的地质体，无后期沉积夹层、溶洞等不良地质作用。在漫长的地壳抬升、风化、剥蚀、夷 平作用的反复改造下，使燕山晚期稳固的花岗岩体，以基底形式分布于地表或地下一定深 度内，并在长期风化作用下形成了一定厚度的风化带，其上沉积了厚度不一的第四纪松散 堆积物。 ( 2 ) 区域地质构造 受华夏式构造体系控制，青岛地区区域性构造迹线主要为n e - n n e 向断裂，由西往 东较大断裂为：沧口断裂、劈石口一浮山所断裂、王哥庄山东头断裂。沧口断裂是区域上 华夏式i 级构造朱吴店集大断裂向西南方向延伸的部分，是青岛花岗岩岩基的西北边界， 属于v 级构造单元的分界线，控制了青岛花岗岩岩基的展布。受其控制在花岗岩岩基中发 育有与其近于平行的次一级的劈石口浮山所断裂、王哥庄山东头断裂。它们均属于沧口 断裂的派生构造，切割地壳的深度和规模相对较小。劈石口浮山所断裂，自三标山经崂山 至浮山所，全长2 8 k m ，断裂带走向n 4 0 0 5 0 。e ，倾向北西，倾角8 0 0 ，断裂带宽度几米 几十米。王哥庄山东头断裂，北起王哥庄，南至山东头，全长约3 0 k m ，走向n 4 0 。 4 5 0 e ， 倾向北西，倾角8 0 0 ，断裂带宽度几米几十米，本工程场区位于该断裂东侧，距离约1 公 里。 根据前人研究成果，上述断裂均形成于中生界燕山晚期，具多次活动迹象，最后活动 止于第四纪晚更新世，具压扭性断裂特征。全新世以来，均无活动迹象，属于非全新活动 断裂，基本不影响区域的稳定性，但其对本工程场地岩体构造特征及工程性状影响显著。 9 青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究 2 3 4 场区工程地质条件 ( 1 ) 场区地形地貌 场区地貌单位为侵蚀堆积地貌，后经人工回填整平，现状为拆除已有建筑物后形成的 平坦开阔地形，场区地面标高为7 3 l 7 8 5 米。 ( 2 ) 第四纪地质 场区第四系厚度相对较小，一般小于8 米，以第四系全新统洪冲积层为主，岩土层层 序清晰。根据青岛市建委推广的青岛市第四系层序划分标准地层层序编号，地层评价 以层及亚层为单位，共划分8 层4 个亚层。第四系情况简述如下： 第层、杂填土 广泛分布于整个场区。层厚：2 2 0 - - - 4 0 0 米，层底标高：3 6 0 5 2 2 米。 灰褐色杂色，湿饱和，松散。以粗砾砂、花岗岩碎屑及建筑垃圾为主，混有少量的 砖屑、炉渣等，场区西侧表层见有较多的生活垃圾，该层底部粗砂含量较高。 该层回填年限约2 0 年，成分较复杂，密实度差异较大。 第层、粉质粘土 该层在场区中呈透镜体状分布，厚度：0 - - - 1 9 0 米，层底标高：3 1 5 3 2 4 米。 黄褐色，软塑。切面较光滑，无光泽，具有中等压缩性。见有铁锰质氧化物条纹，混有 1 0 2 0 的粗砂颗粒，干强度较低。 地基承载力特征值f a r = 1 2 0k p a 。 第层、粗砂 在场区内分布局限，层厚：0 5 0 2 2 0 米，层底标高：2 6 9 3 8 0 米。 褐灰色褐黄色，饱和，松散。以长石、石英颗粒为主，分选、磨圆一般，含约3 0 粘性土，偶见有小碎石，直径约3 c m 。该层标贯试验结果n = 8 击。 该层取土试样测得其天然坡角：水上：4 2 度，水下：2 7 度。 地基承载力特征值f a k = 15 0k p a 。 第层、粉质粘土 该层在场区中广泛分布，层厚：0 6 0 2 5 0 米，层底标高：2 3 4 3 6 0 米。 灰褐灰黑色，软可塑，切面较光滑，无光泽，韧性较差般，干强度一般，含 有约5 有机质，含有约10 2 0 粗砾砂颗粒。 地基承载力特征值f k = 1 5 0k p a ，压缩模量e s l 2 = 7 4m p a 。粘聚力推荐值c = 2 1 0k p a ， 内摩擦角推荐值垂= 5 。9o 。 1 0 青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究 第。层、砾砂 广泛分布于整个场区。 层厚：1 0 0 3 0 0 米，层底标高：0 1 1 1 9 9 米。 褐色，松散稍密，混有约5 2 0 粘性土，局部含有较多碎石，粒径约l - - 3 c m 。分 选较差，磨圆一般较差。矿物成份以石英、长石为主，该层底部多以角砾碎石为主。 该层取土试样测得其天然坡角：水上o t , ：= 4 2 2o ，水下a m = 2 8 3o 。 地基承载力特征值鼠= 1 6 0k p a ，变形模量e o = 6 5m p a 。 ( 3 ) 基岩地质 场区内基岩主要以花岗岩( t 5 3 ) 为主，后期侵入的煌斑岩岩脉( x 5 3 ) 及细粒花岗岩 岩脉( t 5 3 ( x ) ) ，呈带状穿插分布。根据区域地质条件，脉岩多呈近北东北东东向带状或 脉状分布，宽度一般小于2 米，倾角8 0 度左右，或近陡立。基岩面埋深5 5 0 7 5 0 米，基 岩面总体较平缓。 由于长期受内外地质营力作用，场区内岩体物理力学性质在空间上发生了不同程度的 变化，自上而下形成了性状各异的风化带。不同岩性由于其矿物成份、结构构造不同，且 受内外动力作用改造的程度不同，导致其风化程度及风化带特征也有较大差异。根据国标 “岩土工程勘察规范”确定的“岩石按风化程度分类”；基岩风化带划分如下： 第琢层、粗粒花岗岩强风化带 揭露层厚：1 5 0 7 4 0 米，层底标高：一8 0 1 - o 4 6 米。 褐黄色黄褐色，粗粒结构，块状构造，主要矿物成分长石、石英、黑云母，矿物蚀 变强烈，长石多高岭土化，岩芯手搓呈砂状角砾状。合金钻具钻探进尺快。 该层岩体属极破碎的软岩，岩体基本质量等级v 级。 地基承载力特征值：f a k = 1 0 0 0k p a ，变形模量：e o = 4 5m p a 。 第1 2 层、粗粒花岗岩中等风化带( ，r ) 揭露垂直厚度：1 4 0 - - - 5 5 0 米，层顶标高：9 3 3 一5 1 8 米。 褐黄一肉红色，结构、构造、矿物成分同上。岩芯呈碎块短柱状，构造节理及风化裂 隙较发育，多为高角度节理，节理面呈闭合微张开状，节理面偶见铁染现象，受力易沿 节理面裂开。 揭露段岩体属较破碎的较软岩，岩体基本质量等级i 级。 地基承载力特征值：f a k = 2 4 0 0k p a ，弹性模量e = 8 1 0 3m p a 。 第1 1 层、粗粒花岗岩微风化带( t ) 青岛地区“嵌岩”类基坑工程设计方法研究 揭露厚度：4 o o 1 3 7 0 米，层顶标高：一6 3 8 1 5 7 4 米。 肉红色，结构、构造及矿物成份同上，矿物多未蚀变，仅节理面矿物有所蚀变，节理 不发育，岩芯完整，坚硬，锤击声脆，岩样多呈短柱长柱状，局部夹有宽约1 c m 的石英 脉岩；部分岩脉旁侧段节理较发育，多为高角度节理，岩体较破碎，岩样呈块状。 该层属完整的较硬坚硬岩，岩体基本质量等级卜级。 地基承载力特征值缸= 5 0 0 0k p a ，弹性模量e = 2 5 x1 0 3m p a 。 场区基岩内穿插分布一定数量的煌斑岩岩脉( x 5 3 ) 及细粒花岗岩岩脉( t 5 3 ( x ) ) ，岩 脉一般宽度较小，其脉体本身对边坡的影响较小，但设计时应考虑其结构面对边坡的不利 影响。 ( 4 ) 工程地质条件综合分析 基坑设计影响范围内的土层主要包括第四系上覆土层和下伏粗粒花岗岩，上覆土层厚 度合计约7 5 0 米，属软弱砂土地层；下伏花岗岩强风化带属极破碎的软岩，岩体基本质量 等级v 级，中、微等风化带属完整的较硬坚硬岩，岩体基本质量等级i 级。上部土层 和下部岩层工程特性差异巨大，相关参数如表2 1 。 表2 1 岩土层物理力学特性指标一览表 重粘聚 层号地层名称兮布厚度内摩擦角取载力鼬压缩模量地层柱状图 度力 杂填土 ! 2 m 4 0 01 9 0o 02 0 o 蕾程柱状臣地层名嚣地层分类 粉质粘土 0 0 1 9 01 9 o1 2 05 o1 2 0 l ( p a 匿 誊鹤土、 粉质枯土 粗