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浙江大学 硕士学位论文 杭州城区岩土体工程特性与建筑物基础合理选型研究 姓名:姬耀斌 申请学位级别:硕士 专业:建筑与土木工程 指导教师:谢康和;赵竹占 2012-09-13 摘要 杭州地处长江三角洲南翼,杭州湾西端,钱塘江下游,有着江、河、湖、山 交融的自然环境,风光旖旎。也正因为如此,杭州城区的岩土体工程性质变化很 大:既有海相和湖沼相沉积的软土、冲积形成的粉砂土,又有坚硬的岩体,给建 筑物的基础选型带来一定的困难。 本文首先从杭州城区各地貌单元入手,进行了工程地质分区,然后对各区的 岩土体工程特性进行了总结归类,并进行了综合对比分析,最后作出了总结评价, 同时给出了各土层的物理力学参数统计表及主要持力层特征表。 然后在基础选型方面,针对不同地质情况下建筑物基础类型如何合理选型进 行了探讨。在按各地貌单元进行分析的基础上,对杭州城区常用的地基基础方法 和基础型式进行了分类总结,并通过对比、分析,对各种方法出现的主要问题及 产生原因进行了阐述,同时提出了相应的防治措施。 杭州西南的岩体有其明显的地域特征,该区的软岩其单轴抗压强度很低,有 的工程为了增大单桩承载力,一味地选择增加桩长,结果是有相当数量的单桩静 载荷试验表明其桩端承载力尚有很大的余量没有发挥! 因此,要准确地选取其桩 端阻力特征值、确定合理的桩长,不造成浪费。笔者认为软岩的物质成分及结构 面组合与其桩端承载力大有关系,应在进行详细的调查与分析后综合提出桩端阻 力特征值。 关键词:杭州城区;岩土体工程特性;基础类型 A b s t r a c t H a n g z h o uc i t yi sl o c a t e di nt h es o u t ho ft h eY a n g t z eR i v e rD e l t a ,w e s to ft h e H a n g z h o uB a y , l o w e rr e a c h e so ft h eQ i a nT a n gR i v e r I ns u c han a t u r a le n v i r o n m e n t w i t hp l e n t i f u lr i v e r s ,l a k e sa n dm o u n t a i n s ,t h ee n g i n e e r i n gp r o p e r t i e so ft h er o c ka n d t h es o i l si nt h i sa r e aa r ev e r yc o m p l i c a t e d I ti sc o m p o s e do fn o to n l ym a r i n ea n ds o f t s o i lo fa l l u v i a lf o r m a t i o n ,b u ta l s os i l t sa n dh a r dr o c k s ,w h i c hb r i n g sc e r t a i nd i f f i c u l t y t ot h es e l e c t i o no fb u i l d i n g sf o u n d a t i o nt y p e I nt h i st h e s i s ,b a s e do na l lg e o m o r p h i cu n i to fH a n g z h o uc i t y , t h ee n g i n e e r i n g g e o l o g i c a lz o n i n gw a sm a d e ,a n dt h ee n g i n e e r i n gp r o p e r t i e so fr o c ka n ds o i li ne v e r y z o n ew e r es u m m a r i z e da n dc l a s s i f i e d B ym e a n so fc o m p r e h e n s i v ea n dc o m p a r a t i v e a n a l y s i s ,t h es u m m a r y e v a l u a t i o nw a st h e n d o n e M e a n w h i l e ,p h y s i c a l a n d m e c h a n i c a li n d e x e so fa l ls o i l sa n df e a t u r e so ft h em a i nb e a r i n gl a y e r sw e r es u g g e s t e d a n dl i s t e d B e s i d e s ,t h ep r o b l e m sa b o u tt h es e l e c t i o no ff o u n d a t i o nt y p eu n d e rd i f f e r e n t g e o l o g i c a lc o n d i t i o n sw e r ed i s c u s s e d O nt h eb a s i so ft h ea n a l y s e sf o rd i f f e r e n t g e o m o r p h i cu n i t s ,t h ef o u n d a t i o nm e t h o d sa n dr o u n d i o nt y p e sc o m m o n l yu s e di n H a n g z h o ua r e aw e r ec l a s s i f i e d ,a n dt h em a i np r o b l e m se n c o u n t e r e di nv a r i o u s f o u n d a t i o nm e t h o d sa n dt h er e s p e c t e dr e a s o n sw e r ei l l u s t r a t e d M o r e o v e r , t h er e l a t e d p r e v e n t i o na n dt r e a t m e n tm e a s u r e sw e r ep r o p o s e d I tw a sf o u n dt h a tt h er o c ki nt h es o u t h w e s to f H a n g z h o uc i t yh a di t sd i s t i n g u i s h e d g e o g r a p h i c a lc h a r a c t e r i s t i c s T oi n c r e a s et h eb e a r i n gc a p a c i t yo fs i n g l ep i l et h r u s t i n g i n t os u c hr o c kw i t hl o wc o m p r e s s i v es t r e n g t h ,s o m ep e o p l ec h o o s et oi n c r e a s et h ep i l e l e n g t hb l i n d l y H o w e v e r , ac o n s i d e r a b l en u m b e ro fs t a t i cl o a dt e s t ss h o wt h a tt h i sw i l l r e s u l t si nt h eb e a r i n gc a p a c i t yo fs u c hs i n g l ep i l eb e i n gn o tp l a y e df u l l y I no r d e rn o t t ow a s t e ,t h e r e f o r e ,w es h o u l ds e l e c tt h eb e a r i n gc a p a c i t yo fp i l et i pa c c u r a t e l y , a n d d e t e r m i n ep i l el e n g t hr e a s o n a b l y T h ea u t h o rd e e m st h a tt h eb e a r i n gc a p a c i t yo fp i l e t i pi ns o f tr o c kr e l a t e sg r e a t l yt ot h em a t e r i a lc o m p o s i t i o na n ds t r u c t u r a lp l a n e so ft h e r o c k I ti so n l ya f t e rd e t a i l e di n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i st h a tt h eb e a r i n gc a p a c i t yo f p i l et i pi nt h es o f tr o c kc a nb ed e t e r m i n e dr e a s o n a b l y K e y w o r d s :H a n g z h o uc i t y ;e n g i n e e r i n gc h a r a c t e r i s t i c so fr o c ka n ds o i l ;f o u n d a t i o n t y p e s 致谢 本文是在导师谢康和教授的悉心指导下完成的。导师知识渊博、平易近人, 尤以其严谨求实的治学态度、认真负责的工作作风使学生终身受益。值此论文完 成之际,在这里谨向我的导师致以衷心的感谢和深深的敬意 由于是在职研究生,能利用的时间相对较少,但在众多同事、朋友的帮助下, 完成了学业。他们的热情和友好让我深受感动。 工程硕士学习期间,感谢家人和亲友的理解、关心和鼓励,使学业得以顺利 完成。 感谢评阅工程硕士学位论文和出席论文答辩的多位专家和学者,他们建议性 的意见将是进一步工作的重要指导。 姬耀斌 2 0 1 2 年9 月 1 1 选题的目的和意义 第一章引言 地基基础,属于隐蔽工程,其质量的好坏直接关系到建( 构) 筑物的安全或 正常使用。而地基基础在整个建设周期和建设资金中所占比例约为1 5 1 3 ( 王允 锷,2 0 0 7 ) 。因此,在工程建设时,对地基基础形式的合理选型、设计和施工, 是保证建筑物使用安全、节约投资、加快进度的重要环节。 所有建筑物都是建造在岩土体之上,建筑物通过基础将荷载传递到地基中。 因此,建( 构) 筑物的安全与正常使用不仅取决于上部结构的安全性能,同时与 地基基础共同作用的岩土体的工程特性也是重要的安全保证。如果对岩土体工程 特性认识不清甚至认识有误,会导致在基础形式、设计或施工方法上选择不当, 轻则造成因过大沉降、倾斜和不均匀沉降引起的局部结构损坏,重则造成整个建 筑物的破坏。这在国内外工程中不乏教训。 杭州城区地处长江三角洲南翼,杭州湾西端,钱塘江下游,有着江、河、湖、 山交融的自然环境,风光旖旎。地貌类型多样,按其成因及形态可分为低山丘陵、 山麓沟谷和滨海平原三个区块。各个区块又可以划分出很多亚区:如滨海平原可 分为冲海积平原和冲湖积平原二个亚区。正因为如此,杭州的岩土体工程性质变 化很大:既有海相和湖沼相沉积的软土、冲积形成的粉砂土,又有坚硬的岩体, 各区块岩土体工程地质特性差别很大,从而使基础在选型、设计、和施工方法上 差别较大。因此,总结各区的岩土体工程特性并据此选择合理的基础形式具有一 定的现实意义。 杭州城区的西北部和城中部分地段属冲湖积平原,主要工程特性呈现典型的 软土地区地质。其软土具有厚度大、含水量高、大孔隙比、低强度、高灵敏度、 高压缩性、低渗透性等特点。软土地区目前的基础形式主要是采用长桩穿越和软 土加固等方法,其地基基础设计、施工等存在大量需优化解决的问题。 东部、南部和城中部部分地段属冲海积平原,工程地质特性表现为上部为稍 密中密状的粉土、粉砂,厚约1 2 2 0 m ,以下则为滨海相沉积的软土。而基岩的 埋深多在地表6 0 7 0 m 之下,钱江新城和东站枢纽均位于此位置,已建或拟建的 高层、超高层较多,其桩基持力层的选择,以及基坑开挖涉及到的岩土工程问题 均很复杂。 城区西南部为低山丘陵区及山麓沟谷区,基岩埋深浅,相当部分建筑采用人 工挖孔桩基础,而其桩端承载力特征值各种规范规定的各不相同,且差异很大。 不同的取值会导致桩长有明显的差异,从而引起工程造价、工期等方面的差别, 如何合理地选取桩端土承载力特征值是一个有现实意义的问题。 1 2 基础常见类型 规范( 中华人民共和国国家标准编写组,G B 5 0 0 0 7 ,2 0 0 2 ) 将地基解释为支承基 础的土体或岩体;将基础解释为结构所承受的各种作用传递到地基上的结构组成 部分;地基处理,指为提高地基土的承载力改善其变形性质或渗透性质而采取的 人工方法。 目前,杭州城区常用的基础形式类型有3 种,1 、浅基础;2 、地基处理;3 、 深基础。 浅基础、桩基础、地基处理三种地基基础形式的主要区别是荷载传递路线不 同:对于浅基础,荷载通过基础直接传递给地基土体。对于桩基础,荷载通过基 础先传递给桩体,再通过桩体传递给地基土体。对复合地基,荷载通过基础将一 部分荷载直接传递给地基土体,另一部分通过桩体传递给地基土体( 龚晓南, 2 0 0 7 ) 。从荷载传递路线的比较分析可看出复合地基的本质是桩和桩间土共同直 接承担荷载。这也是复合地基与浅基础和桩基础之间的主要区别。 1 浅基础 顾名思义,浅基础指的是埋深浅或埋深小于基础宽度的基础。它和深基础的 主要区别在于设计原理和施工方法上( 高大钊,2 0 0 8 ) 。通常浅基础设计不考虑 基础底面以上土的强度和承载力的作用,也不考虑基础侧面与土之间的摩阻力。 其施工按通常的方法进行,工艺较简单。 根据基础所使用材料的性能可分为刚性基础和柔性基础。根据它的大小和形 状又可分为独立基础、条形基础( 包括十字交叉条形基础) 、筏形基础、箱形基础 和壳体基础等。 刚性基础通常是指由砖、石、素混凝土、三合土和灰土等刚性材料建造的基 础,由于这些材料的抗拉强度比抗压强度低得多,设计时不考虑它们的抗拉强度, 只是必须控制基础的外伸宽度和基础高度的比值( 称为刚性基础台阶宽高比) 在 一定的限度内,否则,基础会产生破坏。这样,基础的高度比较大,不发生弯曲 变形。根据所使用的材料,可进一步分为砖基础、毛石基础、混凝土基础等。 当地基比较软弱时,刚性基础所需要的基础宽度就很宽,相应的埋置深度则 非常深,这样就不经济合理了,需要改成柔性基础。 柔性基础是由钢筋混凝土建造的,具有较高的抗剪能力和抗弯能力,可以用 扩大基础底面积的方法来满足地基承载力的要求,而不必增加基础的埋置深度, 因此可以适用于荷载比较大,而埋置深度又不容许过深的情况。 1 ) 钢筋混凝土独立基础 钢筋混凝土独立基础主要为柱下基础,其构造形式通常有现浇台阶形基础、 现浇锥形基础和预制柱的杯口基础。 轴心受压柱下基础的底面形状为正方形;而偏心受压柱下基础的底面形状为 矩形。 2 ) 钢筋混凝土条形基础 钢筋混凝土条形基础分为墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土条形 基础1 ,柱下钢筋混凝土条形基础又可分为单向条形基础和十字交叉条形基础。, 墙下钢筋混凝土条形基础设计原则基本上与柱下钢筋混凝土独立基础相同。 当地基土承载力特征值较低,采用柱下钢筋混凝土独立基础的底面积不足以 承受上部结构的荷载时,常把若干个柱子的基础连成一条构成柱下条形基础。条 形基础必须有足够的刚度将柱子的荷载均匀地分布到扩展的条形基础底面积上, 并且调整可能产生的不均匀沉降。当单向的条形基础底面积仍不足以承受上部结 构荷载时,可以在纵、横两个方向将柱基础连成十字交叉条形基础。 3 ) 筏形基础 当采用墙下条形基础或柱下十字交叉条形基础不能提供足够的基础底面积 来承受上部结构的荷载时,可采用钢筋混凝土满堂整板基础,称为筏形基础。 1 按国标,柱下钢筋混凝土条形基础不属于扩展基础,但根据扩展基础的概念,其实质上是属于扩展基础的, 因此,本文将其列为扩展基础范围。 3 筏形基础比十字交叉条形基础具有更大的整体刚度,有利于调整地基的不均 匀沉降,能适应上部结构荷载分布的变化。对于带有地下室的建筑物,筏板可以 作为地下室的底板,与侧墙及顶板组成一个具有相当刚度的地下空间,因此,筏 形基础特别适用于采用地下室的建筑物以及大型的储液结构物:如水池、油库等。 但要引起注意的是由于筏板基础的宽度大,应力传播的范围比条形基础更深,如 果深层的土层比较软弱,反而可能会使沉降量增大,从而产生建筑物的整体倾斜, 在软土地区已经发现了不少这类事故的例子。 4 ) 箱形基础 箱形基础由钢筋混凝土底板、顶板和纵、横向的内、外墙所组成,具有比筏 板基础大得多的抗弯刚度,可视作绝对刚性。箱形基础的材料消耗量大,施工要 求比较高,同时要克服深基坑开挖带来的困难,采用箱形基础时要考虑到这些不 利的因素,通过与其它地基基础类型进行技术、经济的综合比较后才能确定是否 采用。 2 深基础( 桩基础) 深基础的设计方法与浅基础不同,设计时需要考虑侧壁的摩阻力对基础稳定 性的有利作用。深基础施工较困难,要采用特殊的方法,所用的机具也比较复杂。 所有采用深基础的建筑物应当是建设场地的浅层地基不能满足对地基承载力和 变形的要求,也不宜采用地基处理等措施时才考虑的一种方法。 深基础( 桩基础) 的历史悠久,并以其有效、经济等特点得到最广泛的应用。 如我国秦代的渭桥、五代的杭州湾大海堤、南京的石头城、上海的龙华塔等,都 是我国古代桩基的典范。近年来,随着生产水平的提高和科学技术的发展,桩的 种类和形式、施工机具、施工工艺以及桩基设计理论和设计方法等,都得到了很 大的发展。 桩基础是由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。其作用是将上部结构物传来 的荷载,通过承台由各基桩传递到较深的地基土层中。根据桩的承载性状、施工 方法、桩身材料和设置效应等可以把桩分为各种类型。 ( 1 ) 按承载性状分类:根据桩在竖向荷载下桩土相互作用的特点,达到承 载力极限状态时桩侧阻力与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比,将桩分为摩擦型 桩和端承型桩两大类和4 个亚类。 A 摩擦型桩 在竖向荷载作用下,桩顶荷载全部或主要由桩侧阻力承受的桩称为摩擦型 桩。 a ) 摩擦桩:桩顶荷载绝大部分由桩侧阻力承受,桩端阻力很小可忽略不计。如 桩端无较硬的持力层或桩端持力层较坚硬但桩的长径比很大。 b ) 端承摩擦桩:桩顶荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受,桩侧阻力分担的 荷载大于桩端阻力。如当桩的长径比不是很大,桩端持力层为较硬的粘性土、粉 土和砂类土时。此类桩所占比例很大。 B 端承型桩 在竖向荷载作用下,桩顶荷载全部或主要由桩端阻力承受,桩侧阻力相对桩 端阻力而言较小,或可忽略不计的桩称为端承型桩。 a ) 端承桩:桩顶极限荷载绝大部分由桩端阻力承受,桩侧阻力很小可忽略不 计。如桩的长径比较小( 一般小于1 0 ) ,桩身穿越软弱土层,桩端设置在密实砂层、 碎石类土层或中等、微风化和新鲜岩层中。 b ) 摩擦端承桩:桩顶极限荷载由桩侧阻力和桩端阻力共同承受,桩端阻力分 担的荷载大于桩侧阻力。一般桩端进入中密以上砂类土、碎石类土层或中、微风 化岩层。此外,当桩端嵌入岩层一定深度( 最小深度不小于o 5 m ) N ,称为嵌岩桩。 此时,桩侧与桩端荷载分担比与孔底沉渣厚度及进入基岩深度有关。 ( 2 ) 按施工方法分类:根据桩的施工方法不同,主要可分为预制桩和灌注 桩两大类。 A 预制桩 预制桩是将桩在现场或工厂预先制作好,然后以击打、振动、静压、旋入或 高压射水等方式把桩送入土中。最常用的是混凝土预制桩,混凝土预制桩的横截 面有方、圆、管等多种形状。为了减轻自重、节约钢材、提高桩的承载力和抗裂 性,可采用预应力混凝土管桩。 预应力混凝土管桩采用先张法预应力工艺和离心成型法制作。经高压蒸汽养 护生产的为P H C 管桩,桩身混凝土强度等级 C 8 0 ;未经高压蒸汽养护生产的为 P C 管桩,强度为C 6 0 C 8 0 。建筑工程中常用的P H c 管桩的外径为4 0 0 6 0 0 m m ,壁 厚9 7 1 3 0 m m 。桩的下端设置开口的钢桩尖或封口十字刃钢桩尖,沉桩时桩节处 通过焊接端头板接长。 预制桩的截面形状、尺寸和桩长可在一定范围内选择,桩尖可达坚硬粘性土 或强风化基岩,具有承载能力高、耐久性好、且质量较易保证等优点。但其自重 大,需大能量的打桩设备,同时当桩端持力层起伏不平时会导致桩长不一,施工 中往往需要接长或截短,一来,施工工艺比较复杂;二来会导致最上面一节桩的 预应力丧失,强度降低。 B 灌注桩 灌注桩是直接在现场设计桩位处成孔,然后在孔内放置钢筋笼,再浇灌混凝 土而成。其横截面一般呈圆形,可以做成大直径或扩底桩。与预制桩比较,灌注 桩一般只需根据使用期间的内力要求配置钢筋,用钢量少。保证灌注桩承载力的 关键在于桩身的成型及混凝土质量。灌注桩通常可分为: a ) 沉管灌注桩:沉管灌柱桩也称为套管成孔灌注桩,这种方法是采用振动、静 压或锤击的办法将钢管沉入土层中,然后边浇注混凝土边拔管而成,分别称为振 动沉管灌注桩、静压沉管灌注桩和锤击沉管灌注桩。 沉管灌注桩的主要优点是持力层高低不平时桩长可调整,造价相对比预制桩 低。其不足之处有:质量不易保证,施工中易产生颈缩现象,桩间土隆起,挤土 时对桩身可能产生破坏性影响,桩长受限制,一般小于3 0 m 。 b ) 钻( 冲) 孔灌注桩:钻孔灌注桩是指在地面用机械方法取土成孔的灌注桩,其 施工顺序主要分三大步:成孔、下钢筋笼、导管法浇灌水下混凝土成桩。 水下钻孔桩成孔过程中,通常采用具有一定重度和粘度的泥浆进行护壁,泥 浆不断循环,同时完成携土和运土的任务。有的钻机成孔后,可扩大桩孔形成扩 大桩端,但扩底直径不宜大于3 倍桩身直径。 目前国内钻( 冲) 孔灌注桩多用泥浆护壁,泥浆应选用膨润土或高塑性粘土在 现场加水搅拌制成,一般要求其比重为1 1 1 1 5 ,含砂率 9 5 。施 工时泥浆水面应高出地下水面1 m 以上,清孔后在水下浇灌混凝土。 c ) 挖孔桩:挖孔桩可采用人工或机械挖掘成孔,逐段边开挖边支护,达到设计 所需深度后再进行扩孔、清底、安装钢筋笼,最后浇灌混凝土而成。 人工挖孔灌注桩的护壁分节支护,每节高5 0 0 1 0 0 0 m m ,可用浇注或喷射混 凝土护壁,桩身长度宜限制在4 0 m 以内( 杭州市规定:当人工挖孔桩深度超过1 5 m 时需要进行专项论证) 。由于挖孔桩挖深有限,主要适用于场地土层条件较好, 在地表下不深的位置有好持力层( 杭州城区一般均选择基岩作为持力层) ,且上 部覆土透水性较低或地下水位较低的条件。它可做成嵌岩端承桩或摩擦端承桩。 3 地基处理 当天然地基不能满足建( 构) 筑物对地基的要求时,可采用物理的、化学的、 生物的方法,或综合应用上述方法对天然地基进行处理以形成可满足要求的人工 地基称为地基处理。按照加固的机理,将地基处理技术分为六类:置换,排水固 结,灌入固化物,振密、挤密,加筋和冷、热处理。 经各类地基处理方法处理形成的人工地基可以分为两大类( 龚晓南, 1 9 9 6 ) : ( 1 ) 在地基处理过程中地基土体的物理力学性质得到普遍的改良,通过改 善地基土体的物理力学指标达到地基处理的目的; ( 2 ) 在地基处理过程中部分土体得到增强,或被置换,或在天然地基中设 置加筋材料,形成复合地基达到地基处理的目的。 其中天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强或被置换或在天然地基 中设置加筋材料,加固区是由基体和增强体两部分组成的人工地基称为复合地 基。 复合地基的效用因增强体材料、施工方法的不同而有所不同。一般地,复合 地基的效用可综合为5 个主要方面( 龚晓南, 1 9 9 6 ) : 1 ) 桩体效用:桩体复合地基中桩体的刚度比桩问土体的大,在荷载作用下, 为了保持桩体和桩间土之间变形协调,地基中的应力将按材料模量分配。因此, 桩体上产生应力集中,使桩体承担较大比例的荷载,桩间土承担的荷载相应减小。 这样就使复合地基承载力较原天然地基承载力有所提高,沉降量减小。随着桩体 刚度的提高,基桩体效用发挥更加明显。 2 ) 垫层效用:复合地基的加固区,宏观上可视作一复合土体,其力学性能比 原天然地基好。复合土体的强度指标,复合土体的复合模量都比天然地基的高, 在荷载作用下,复合土体能起到均匀应力、增大压力扩散角、减小加固区下卧层 土体中应力的作用。有利于提高地基承载力,减少地基沉降量。 3 ) 排水固结效用:不少竖向增强体或水平向增强体都具有良好的透水性,如 碎石桩。砂桩等的粗粒土是地基中的排水通道。能有效地缩短排水距离,加速桩 问土的排水固结,有助于超静孔隙水压力的消散,有效应力提高,桩间土抗剪强 度增长,使复合地基承载力提高。 4 ) 挤密效用:一些复合地基在施工过程中对桩问土体有挤密作用。如振冲挤 密碎石桩复合地基,挤密砂桩复合地基等采用振动成桩施工工艺对桩问土都有挤 密作用。另外,石灰桩,粉体喷射深层搅拌桩中的生石灰、水泥粉具有吸水、发 热、膨胀作用,对桩周土也有一定的挤密效果。 5 ) 加筋效用:在复合地基整体稳定分析中,复合地基中的增强体有加筋效用。 土工织物垫层和加筋土中的加筋体具有明显的加筋效果。由于增强体的加筋效 用,复合土体具有较高的抗剪强度。 每种复合地基都具备一种或几种效用。各种复合地基的效用都是为了达到提 高地基承载力,改善地基的变形特性,减小在荷载作用下可能发生的沉降和不均 匀沉降,有时还能改善地基的抗震性能。 目前常见的复合地基有以下几种:水泥搅拌桩复合地基、挤密砂石桩复合地 基、强夯置换碎石墩复合地基、低强度桩复合地基、长短桩复合地基、桩网复合 地基、其他类型复合地基。 1 3 本文主要工作 1 研究内容 ( 1 ) 收集、整理已有的勘察、设计等典型工程资料,对杭州城区2 不同地段 的岩土体的工程性质进行调查,按照地貌类型进行分区,之后对各个区块代表性 岩土体的工程特征进行总结评价,并分区讨论工程地质问题。 ( 2 ) 按不同的地貌类型对杭州城区常用的地基基础方法和基础型式进行总 结,并通过对比、分析,对各种方法出现的主要问题及产生原因进行阐述并提出 相应的防治措施。 2 囿于作者工作范围,本文所指的杭州城区为主城区,即:西湖区、拱墅区、上城区、下城区、滨江区、江 干区,不包括萧山区和余杭区。 8 ( 3 ) 查找有关软岩地区和理论研究的文献资料并结合静载荷试验研究,基 于实测值往往比设计值高的现象,从软岩的矿物成分及结构面组合等特征出发, 初步解释其产生机理,软岩桩端阻力应按高层建筑勘察规范的建议值进行取值。 2 研究方法和技术路线 利用已有的地质勘察资料、设计文件、检测报告,再通过查找历史文献、走 访勘察、设计、施工、城建管理部门进行调查研究,总结杭州工程地质特性,提 出不同结构类型合理基础型式的建议。 第二章杭州城区岩土体工程特性 2 1 自然地理概况 杭州地处长江三角洲南翼,杭州湾西端,钱塘江河口地区,京杭大运河南端, 是长江三角洲的重要中心城市和中国东南部交通枢纽( 图2 1 ) 。市域界于北纬 2 9 。1 17 至3 0 。3 4 7 和东经1 1 8 。2 0 7 至1 2 0 。3 7 7 之间。市中心地理坐标为东 经1 2 0 。1 2 ,北纬3 0 。1 6 7 。行政面积3 0 6 8 k m 2 ,下设上城、下城、拱墅、江 干、西湖、滨江、萧山、余杭8 区、5 1 个乡镇、4 5 个街道、1 4 1 6 个村、居委会。 杭州有着江、河、湖、山交融的自然环境,地貌类型多样。形态有低山丘陵 区、山麓沟谷区和滨海平原区。地势总体由西南向东北倾斜。西北部和西部为天 日山系余脉,南部为龙门山余脉,均属浙西低山丘陵区;中部、东部和东北部则 为浙北平原区,地势低平,海拔仅3 6 m ,全市丘陵山地占总面积的6 5 6 ,平原 占2 6 4 ,江、河、湖、水库占8 。 杭州水系隶属太湖流域和钱塘江流域,京杭大运河使两流域得到沟通, 主 要河流有钱塘江、东茹溪、京杭大运河、杭申甲线、杭申乙线、萧绍运河和上塘 河等。其中,钱塘江为最大水系,属感潮河流,成潮可达周浦,处均迳流量 3 9 0 9 1 0 8 m 3 。 气候属亚热带季风气候,季风显著,四季分明。年平均气温1 5 0 1 7 7 , 呈南高北低分布,极端最高气温3 8 0 4 3 O 。C 。极端最低气温7 0 - 1 5 o ;年平均 相对湿度7 6 8 2 ,无霜期2 3 0 2 6 0 天。春季潮湿多雨,夏季高温酷暑,秋季凉爽 宜人,冬季低温少雨。汛期暴雨频繁,伏、秋、冬季易发干旱。“梅雨”期间连续 阴雨,降水量大而且集中,易发生洪涝灾害。雨量充沛,雨季多集中在3 9 月, 暴雨和大雨主要集中在6 9 月。年平均降水量为在1 1 0 0 1 6 0 0 m m ,年平均降水日 数为1 3 0 1 6 0 天,6 月为一年中降水量最多的月份,平均3 5 0 5 5 0 m m ,一日最大 降水量是2 0 0 7 年1 0 月7 日,2 4 小时雨量达1 9 1 3m m 。 图2 1 杭州区位图 1 l 2 2 岩土体工程地质特性 杭州城区山地和平原并存,为了能客观地反映不同类型岩土体的工程特性, 笔者首先按地貌类型对杭州城区进行分区,然后再根据不同的地貌单元对岩土体 进行总结。 本文采用了成因类型、岩性及形态特征相结合的方法,将杭州城区地貌形态 划分为三个区,即低山丘陵区、山麓沟谷区和滨海平原区( 图2 2 ) 。 幽2 2 杭州城区地貌形态分区图 2 2 1 低山丘陵区岩土体工程地质特性 低山丘陵区指基岩区。杭州自元古代至中生代的地层均有分布,主要分布于 城西,在南部和北部仅以少量孤丘形式出露于地表,如冠山、半山( 图2 3 ) 。 区内岩性较复杂,有凝灰岩、泥岩、砂岩等,但按其成因分类,则仅有火山岩和 沉积岩两种。 区内各岩石工程性质差异很大,为了进一步对其工程性质进行说明,本文按 照岩石类型、坚硬程度、工程性质、结构面组合特征及是否为可溶岩将各类岩石 划分为坚硬火山碎屑岩亚区( I1 ) 、较坚硬碎屑岩亚区( I :) 、软硬不均碎屑 岩亚区( 13 ) 、可溶岩亚区( I4 ) 等4 个亚区( 图2 3 ) ,下面分别按各个亚区进行 详述。 ( 1 ) 坚硬火山碎屑岩亚区( I1 ) 为对其工程特性进行合理总结,本文根据岩体的岩性组成、分布位置、岩体 工程性质、地层的分布特征、微地貌表现等4 个方面进行说明。 火山碎屑岩亚区( I1 ) 由上侏罗统黄尖组中酸性酸性火山碎屑岩构成,其 岩性为熔岩、晶屑玻屑凝灰岩。仅见于宝石山、葛岭及孤山位置。 山体岩石坚硬,经对杭州新新饭店整体改建工程、杭州西湖湖西保护工程、 杭州新湖滨景区建设等3 个工程,6 0 余块岩块的抗压强度进行统计,其饱和抗压 强度为5 6 M P a ( 标准值,下同) ,天然抗压强度7 6 M P a ,属较硬岩坚硬岩;裂 隙一般发育,抗风化能力强,均匀性和稳定性较好,岩体基本质量等级I I I I I 级, 工程地质条件较好。由于森林覆盖,植被茂密,且处于风景名胜区,一般不适宜 工程建设。 本组岩石具有强的抗风化能力,所以其风化层厚度不大,地层简单。一般上 部有1 2 m 左右的残坡积土层或全风化层,其下为中等风化微风化基岩。局部地 段由于冲刷等原因,基岩裸露。 该亚区在地貌上的表现为:山顶多呈次圆形。山脊呈猪背形或叉枝状等,山 脊坡度1 0 2 5 。沟谷切割稍陡,沟谷呈“V ”形。该亚区最高峰为葛岭,其高程为 1 2 5 4m ( 1 9 8 5 国家高程,下同) 。 一 A o 长诉 。 曩毫肆 。蔫索 仓前镇 。 余杭区 0 自生 咸寮柞 * t o 咖树I l ”少j 厂, I I 彘谙镇 o t o t i 露填 小和 m “ 电坞镇 I I o I I - t n 蔓I 黍 一U 重 、 h 。毫t 量 。毫1 。心 砂质粉土:灰色,湿,中密。切面粗糙,无 - 3 4 光泽,韧性低,摇震反应迅速。 5 砂质粉土 一5 9 51 2 6 01 2 1 0 ,I _ j ?粉砂:灰一青灰色,湿,稍密一中密。摇震反 6 应快,切面粗糙无光泽,韧性低,局部为砂 7 2 粉砂- 1 0 2 51 6 9 04 3 0 f 质粉土 8 2粉质粘土夹 缓、 粉质粘土夹粉砂:灰色,湿,粉质粘土呈软 了 粉砂 - 1 7 3 52 4 0 07 1 0 塑状,粉砂稍密,具层理构造,单层厚 1 0 1 1 、 度0 5 “2 c m ,局部为粉土。 1 2 l 粉砂 - 2 0 8 52 7 5 03 5 0 粉砂:灰一青灰色,湿,中密,局部密实。 1 3 2粉质粘土夹 钐、 摇震反应快,切面粗糙无光泽,韧性低,局 1 4 1 5 部为砂质粉土。 1 5 粉砂 2 8 4 53 5 1 07 6 0 粉质粘土夹粉砂:青灰色,软可塑,粉砂呈 jj 稍密状。 1 7 3 粉砂 - 3 1 4 53 8 1 0 3 0 0 缓) 粉砂:青灰色,中密状,摇震反应快,切面 1 8 粗糙,韧性低,局部与粉质粘十旱百层状 1 9 粉质粘土:褐黄色、灰黄色,饱和,硬可塑, “ 2 0 2 1 l 局部软可塑。土面较光滑,局部为粘土。中 粉质粘土4 2 7 54 9 4 01 1 3 0 等韧性,含铁锰质斑点和高岭土团块2 2 2 钐 粉质粘土:青灰色,褐黄色,饱和,软町塑 2 3 土面较光滑无光泽,中等韧性。局部具层理, 夹少量粉砂。 2 4 2 5 粉质粘土 一5 0 8 55 7 5 08 1 0 l 缓 粉质粘土:褐黄色,饱和,硬可塑。局部为 2 6 粘土。切面光滑无光泽,中等韧性,局部含 2 7 铁锰质斑点- 2 8 2 9 粉质粘土 一6 6 5 57 3 2 01 5 ,7 0 全风化泥质 - = K 和 全风化泥质砂岩:灰黄色,饱和,硬可塑。 二丰E岩心呈土柱状,锤击有凹陷,岩石风化强烈, 1 砂岩一7 2 7 57 9 4 06 2 0 结构构造不清晰。 强风化泥质砂岩:紫红色,节理裂隙很发育, 2: Y F岩心呈土柱状。 强风化泥质 _ 千r = 砂岩 8 2 6 58 9 3 09 9 0 中风化泥质砂岩:紫红色,砂质结构,中层 :秘 爿V E状构造,节理裂隙较发育,岩芯呈柱状。 _ Y 33 中风化泥质j 主E 砂岩 一9 1 3 59 8 0 08 7 0 图2 8 冲海积平原典型地质柱状图 ( 2 ) 冲湖积平原亚区( I I Iz ) 主要分布在城北,沿延安南路浣纱路一三里亭一笕桥。丁桥临平一线以西,留 下、三墩、康桥以南的区域展布。 由于地质沉积环境与冲海积不同,构成了区内的地层特性及其分布特征与冲 海积平原有明显不同。本文按省标和调查报告划分的工程地质层组对比I I I ,区进 行综合描述: 1 ) o 层:人工填土层( m lQ 4 4 ) 与I I I - 区相同的是,人工填土层均有杂填土、素填土;不同的是,该层基本 无吹填土。但在西湖周边、运河两侧、及城西蒋村附近,有o 4 淤填土的存在。 杂填土、素填土,性质与I I I ,区相同,特征类似。 淤填土:主要由塘泥、河泥等形成,呈灰黑、深灰色,有机质含量高,松软。 主要分布在填埋池塘或河流附近,如西湖边的花港观鱼、柳浪闻莺等地,厚度较 大,可达4 6 m ;其它地方呈零星分布,厚度变化较大,无明显规律。此外,城 西为湖沼地带,分布有大量池塘,原池塘经堆填,形成了块状分割、分布范围广 的淤填土层。 2 ) l 层:粉质粘土、粘质粉土层( a 1 I Q 4 3 ,l hQ 4 3 ) 本层在I I I - 区缺失。 l 层俗称“硬壳层”,处于人工填土层下,灰黄、褐黄色,可塑状,局部呈 软塑状,成分主要为粉质粘土、粘土,局部相变为粘质粉土,天然含水量2 6 3 8 ,顶板埋深1 0 5 4 m ,厚0 4 5 O m 。系由软土暴露地表后经氧化、淋滤,产生 次固结作用而形成。全区均有分布。但在城镇和人类主要活动区及蒋村因城市建 设或池塘分布大多呈不连续或零星状分布,且厚度较小。 3 ) 。层:淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土层( 第一软土层) ( m Q 4 2 ) 本层在I I I ,区缺失。 为全新世中晚期最新一次海侵堆积物,主要为一套浅海相沉积淤泥、淤泥质 粘土和淤泥质粉质粘土,呈灰色、深灰色,流塑,高压缩性。微层理,厚层状为 主,部分薄层状,有机质含量高,含有贝壳碎屑,顶板埋深1 5 11 5 m ,厚1 o 1 5 9 m 左右。全区除半山康桥一带局部缺失外,其它地段均有分布;在西溪湿地蒋村 卖鱼桥石桥丁桥一线厚度较大,其它地段分布较均匀,但在山前及三墩康桥 因硬土层分布和后期切割,变化很大。 4 ) 1 层:粉质粘土层( 第一硬土层) ( a 1 1Q 4 1 ) 本层在I I I - 区缺失。 为全新世早期冲湖沼沉积物,一般直接下卧于l 层或1 层淤泥质土之下, 呈灰黄、黄褐和灰褐色,下部多呈千层饼状,顶板埋深2 0 1 3 9 m ,厚0 4 1 0 6 m 左右。可作为一般建筑物的天然地基和短桩的基础持力层。分布比较局限,主要 在康桥半山上塘三墩一线沿北东向展布,留下局部也有分布。该层由两侧向中 心埋深渐浅、厚度加大,以康桥三墩一带厚度最大,可达1 0 6 m 。 7 ) 2 层:淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土层( 第二软土层) ( m Q 4 1 ) 本层是杭州分布范围最广的软土层,在I I I 。区也有分布。本区与I I I ,区的区别 是:I I I - 区层顶的埋深大,埋深一般在2 0 2 5 m ;土层的厚度大,一般在5 1 5 m , 最大可达2 0 m ;在本区埋深与厚度均小,埋深一般在5 1 5 m ,厚度一般在5 l O m 。 土的物理性质区别不大。 8 ) l 层:粉质粘土、粘土层( 第二硬土层) ( a 1 1Q 3 2 2 ) 为晚更新世晚期冲湖积沉积物,呈黄褐、灰黄色及部分灰绿色或灰褐色,可 塑硬塑,中等压缩性,含铁锰质结核,主要由粉质粘土和粘土组成,下部局部 分布粉砂和少量砾砂。 本层在I I I ,区也有分布。本区与I I I 。区的区别是:l l I 。区局部分布,层顶的埋藏 较深,一般在2 5 3 0 m ,最深可达3 5 m ;土层的厚度小,一般在5 l O m 左右;本区 分布范围广,埋藏较浅,但厚度大,埋藏深度一般在1 5 2 5 m ,厚度在5 1 5 m 。 土的物理性质区别不大。 9 ) 2 层:粉质粘土、粘土层( 第三软土层) ( m Q 3 2 。2 ) 为晚更新世晚期海相沉积物,主要由粉质粘土和粘土组成,呈灰色、灰褐色, 软塑为主,局部流塑,高压缩性,含大量植物碎屑。 本层在I I I - 区也有分布。本区与I I I ,区的区别是:I I I - 区除周浦外,大部分地段 均有分布,且厚度大,一般在1 5 2 0 m 左右;而本区分布范围小,仅见于蒋村、 三墩、详符、康桥等地,且厚度小,一般在2 5 5 O m 。从埋藏深度上来讲,两个 区块基本相同。土的物理性质区别不大。 1 0 ) l 层:粉质粘土、粘土层( 第三硬土层) ( a l 。1 Q 3 2 一,l h Q 3 2 _ 1 ) 为晚更新世晚期冲湖积、湖沼积沉积物,主要由粉质粘土和粘土组成,底部 局部分布有粉砂,灰黄色、灰褐色,可塑硬塑状,物理力学性质较好。 与I I I - 区的区别是:I I l l 区埋藏深,厚度小,埋藏深度一般在4 0 5 0 m 左右,厚 度一般在1 o 5 O m ;而本区埋藏较浅,厚度大,埋藏深度一般在2 5 3 5 m 左右, 厚度一般在1 0 0 1 5 0m 。从分布特征上来讲,两个区块基本相同,都是局部分布。 土的物理性质区别不大。 11 ) 2 层:粉质粘土、粘土层( 第四软土层) ( m Q 3 2 。1 ) 为晚更新世晚期海相沉积物,主要有粉质粘土组成,呈灰色、灰褐色,软塑 可塑。物理力学性质差。 本层与上覆l 层相似,局部分布,与I I I ,区别为:I I I ,区埋藏深,厚度大,埋 藏深度一般在4 0 4 8 m 左右,厚度一般在6 0 11 O r e ;而本区埋藏较浅,厚度小, 埋藏深度一般在3 0 3 8 m 左右,厚度一般在1 6 5 O m 。 1 2 ) 3 层:粉砂、圆砾、卵石( a l p lQ 3 2 1 ) 为晚更新世早期) 中洪积相沉积物,厚度较大,分布范围较广泛, 与I I I ,区的区别是:I I I ,区埋藏略浅,厚度较大,埋藏深度一般在3 5 4 5 m 左右, 厚度一般在1 0 0 2 0 O m ;而本区埋藏略深,厚度小,埋藏深度一般在3 0 5 5 m 左 右,厚度一般在5 0 1 0 O m ;从岩性上来讲,I I I ,区质纯,本区夹层分布较多。 平面分布上本区主要沿蒋村三墩康桥一线延伸。 1 3 ) 层:含砾粉质粘土、粘土层、砾石混粉质粘土

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