第二专题：城市建设中的工程地质问题1

第二专题：城市建设中的工程地质问题•城市规划工程地质•工民建工程地质•高层建筑工程地质•桥梁工程地质问题一、城市规划工程地质工作的基本任务为城市规划部门提供切实可靠的地质资料。1、城址选择的地质依据地理环境优越应尽量靠近自然资源产地应选在地貌单元简单地区应首先选择在地震少而基本烈度低的地区2、城市规划中的工程地质问题区域稳定性问题地基稳定性问题城市供水水源问题地质环境的合理利用和保护问题3、各阶段主要工作对于新建城市或经济技术开发区等，按建设进程，需分阶段开展地质工作。规划阶段：1，评价规划区的总体稳定性一般宜以300km半径为研究范围。主要研究各种自然地质作用，特别是地震、地震液化、区域性地面沉降等。2，从工程地质角度进行功能分区和建筑分带，评价不同区段兴建功能不同、型式不同的建筑是否适宜。3，确定供水水源地及地下水卫生防护带。4，天然建筑材料的空间分布及储量。设计阶段：1，依据工程地质条件选定建筑场地场地地基稳定性评价以场地地形地貌条件、地质构造、岩土层分布、组合类型及工程特性、地下水条件等，对场地的适宜性进行评价。2，建筑物布局。以工程地质条件为基础确定各不同场区的建筑物的合理配置。3，选定基础类型与基础埋深。4，确定地基承载力，预测总沉降量及不均匀沉降。5，选定地基改良方案。6，评价施工条件4、主要工程地质问题城市环境地质灾害着重解决全局性问题（1）地震：自然与人工诱发的地震。需要解决地震危险等级分区。对重大工程需要进行地震反分析，解决抗震设计问题；（2）地裂缝：各种原因（大面积地下抽水、构造活动、气候条件突变等）所引起的地裂缝（西安、天津、兰州等城市），对城市工程建设产生较大危害（塌陷、房屋开裂、地下管网断裂等），需要查明成因，给出对策；（3）断层。在城市规划区及重要工程场地范围内，对断层应查明分布、位置、规模、活动性及其性质。重点查明活断层特性、类型、规模、错动速率及其分级、危害；（4）各种类型、规模的滑坡；（5）岩溶、地下采空区的分布。如武汉、杭州、淮南、淮北、唐山、桂林等均不同程度存在上述问题。（6）砂土液化的可能性及其等级确定，对工程危害与处理。（7）海平面上升与海水入侵的影响，需要找到原因，并应进行合理的工程治理；（8）地下水上升造成地下构筑物上浮、地下室漏水、地基承载力降低（特别是黄土地区），引起地基失稳、沉降剧增等问题，应查明原因，寻求对策；（9）大面积降水，可能引发大面积地面下沉、土体位移与水文地质条件改变、环境地质影响等问题（如武广高铁广州换成站施工降水）（10）城市污染问题。对于城市污染问题，需要在规划阶段充分考虑，防止水、空气污染。其次解决局部问题：如地下建筑、高层建筑深基坑开挖所造成的环境地质问题；基坑开挖施工、降水工程、堆载、土体回弹等造成的地表变形；沉桩的振动与噪声、水质污染等等。地质灾害主要包括：滑坡、崩塌、泥石流、地震、地面沉降、地裂缝、岩溶塌陷、沙漠化、盐碱化、海啸、洪水等，对地质灾害要预测及作危险性分析，并进行整治的研究。二、工业及民用建筑工程地质人工地基下卧层持力层天然地基建筑基础类型浅基础：独立基础、条形基础、十字交叉基础、筏板基础、箱形基础、壳体基础等；深基础：桩基础、沉井基础、地下连续墙等；联合基础：桩筏基础、桩箱基础等。1.场地选择及分区的工程地质论证按工程地质复杂程度分为：简单场地、中等复杂场地、复杂场地按《岩土工程勘察规范》分为：一级场地、二级场地、三级场地按《建筑抗震设计规范》分为：有利地段、不利地段、危险地段按地形条件划分为：山区、平原1)强烈震动效应的地段；2)活动性断裂带；3)不稳定的斜坡地段；4)孤立突出的地形；5)地下水位埋深过浅的地段；6)浅埋的岩溶区。选择建筑场地时应避开以下情况2、工业与民用建筑的主要工程地质问题基础埋深和结构类型问题地基稳定性问题建筑物的配置问题基础的施工条件问题地下水的侵蚀性问题基础埋深和结构类型问题基础埋深确定条件：1.建筑物：建筑物的用途、结构类型、荷载大小和性质、相邻建筑物的基础埋深。2.地基土的工程性质：岩性、地层结构、地下水位。地基土冻胀和融陷的影响。3.施工条件：施工技术和设备。理想持力层基岩：岩面平坦、微风化及未风化坚硬岩层层状地层：土层分布均匀、厚度大、承载力高、低压缩性土层。•松散砂砾层：在振动荷载下易发生液化震陷。常用桩基础。•硬塑状粘性土：有较高的承载能力。可用各种浅基础。•软土：沉降量大。多层建筑常用筏板基础、桩基础或人工处理地基。单层地基双层地基•上软下硬：一般可用短桩基础或沉井，或用地基处理方法将软土加固。•上硬下软：尽可能利用上层硬土作持力层，以减少基础埋深，并验算下卧软弱层。多层地基据地层组合形式采取相应基础，同一建筑物可采用不同的埋深来调整不均匀沉降量。•尽可能将基础埋置于地下水位以上。对埋藏有承压含水层的地基，应控制埋深。•在季节冻土区，基础埋深冻结深度。地基稳定性问题1.地基强度(strength)2.地基变形(deformation)1.地基的强度以地基承载力表示。影响因素有两方面：地基土性质，基础类型。确定方法：理论计算、原位测试、规范表格。•甲级建筑物用原位测试结合理论计算。•乙级建筑物用理论计算结合原位测试。•丙级建筑物用规范查表或根据邻近建筑物经验确定。2、地基的变形地基变形指标：•沉降量•沉降差•倾斜•局部倾斜均应容许变形值.甲级、乙级建筑物，按变形控制进行设计，同时进行地基强度验算。建筑物的配置问题首先按工程地质条件把建筑场地划分为若干区，然后根据各建筑物的特点和要求以及各区建筑的适宜性，进行合理配置。工程地质条件是建筑物配置的主要决定因素。基础的施工条件问题1.基坑开挖和支护方式2.降水方式影响基础施工条件的主要因素：•地基土性质•地下水类型和埋深•建筑周边环境条件地下水的腐蚀性问题当地下水中某些化学成份(如HCO3－1、SO4－2、Cl－1、侵蚀性CO2等)含量过高时，会对混凝土产生腐蚀，影响建筑材料的力学特性。因此，应分析地下水成分，确定其腐蚀性。对于具有腐蚀性的地下水，采用特殊建筑材料。3、工民建工程地质勘察要点可行性勘察阶段：初步查清场地的工程地质条件，以便选址。初步勘察阶段：查明场地的稳定性，提出地基基础方案。详细勘察阶段：以勘探、原位与室内测试为主，按不同建筑物提出详细的岩土技术参数。施工勘察阶段：不作为固定阶段。当工程地质条件变化显著，对工程产生严重影响时进行。工程地质勘察报告主要内容1)任务要求及勘察工作概况；2)场地位置、地形地貌、地质构造、不良地质现象及地震设计烈度；3)场地的地层分布、岩石和土的均匀性、物理力学性质、地基承载力和其它设计计算指标；4)地下水的埋藏条件和腐蚀性以及土层的冻结深度；5)对建筑场地及地基进行综合的工程地质评价，对场地的稳定性和适宜性作出结论，指出存在的问题和提出有关地基基础方案的建议。所附图表：1.勘探点平面布置图2.钻孔柱状图3.地层综合柱状图4.工程地质剖面图5.土工试验成果表6.其它测试成果图表三、高层建筑工程地质高层建筑的特点：荷载大，重心高，基础埋深大，风力和地震力不可忽略。建筑场地的稳定性问题基础类型选择的工程地质论证深基坑开挖的系列问题高层建筑的主要工程地质问题名次名称高度楼层所在城市建成年份1哈利法塔828m160迪拜20092台北101509m101台北20043上海环球金融中心492m101上海20094环球贸易广场484m118香港20105双峰塔一座452m88吉隆坡19986双峰塔二座452m88吉隆坡19987紫峰大厦450m89南京20098京基金融中心446m102深圳20099韦莱集团大厦442m110芝加哥197410广州国际金融中心438m103广州11金茂大厦421m88上海199812国际金融中心二期416m90香港200413天津富力大厦410m80天津14中信广场391m80广州199715信兴广场384m69深圳199616帝国大厦381m102纽约193117中环广场374m78香港199218香港中银大厦367m72香港199019美国银行大厦366m54纽约200820阿勒玛斯大楼360m74迪拜2008注：以上排名截止日期：2010年1月建筑场地的稳定性问题影响因素表现在三个方面：1.地形条件：岸边、坡上2.地质构造：断裂带、倾斜岩层、软弱下卧层、砂层3.场地岩土体的性质基础类型选择的工程地质论证高层建筑的基础类型：土基中:箱型基础岩基中:锚桩基础桩基础墩基础桩筏基础、桩箱基础•箱基特点：基底面积大，埋置深，整体刚度大，整体性好，还可利用基础中空部分作为地下室。与箱基稳定性有关的问题：1.地基强度与变形问题2.抗浮稳定性问题3.外墙土压力问题•桩基特点：承载力高，变形小，稳定性好高层建筑中,多采用大直径钻孔灌注桩桩基础适用条件:1.厚软弱土、膨胀土等特殊性土的地基;2.地下水位较高，采用其它基础型式有困难；3.对沉降要求较高的重要建筑物；4.地震区建筑物；复合基础既具有箱基可作为地下室的优点，而且也兼容桩基承载力高、变形小的特性。基础选型依据：1.建筑物的特点和要求；2.建筑场地的工程地质条件；3.施工技术的可能性；4.经济的合理性。高层建筑基础选型的工程地质论证（一）、软土地基1，考虑箱型基础、箱桩基础，对于三层以下地下室的高层建筑，也可考虑用地下连续墙。2，若软土不能满足承载力和沉降要求时，要采取地基处理措施，如强夯固结、挤密砂桩、深层石灰搅拌桩。1，深厚硬土层：层数＜10，浅基础（宽基浅埋）；2，单一厚黏土层：满足深开挖要求，粘性土层厚度＞3～5m，可采用箱形基础。3，黏土＋砂：开挖后粘性土厚度＜3m，采用桩基，或箱（片筏）加桩的复合基础；4，场地地震基本烈度7度，存在液化的土层时，宜采用桩基础。5，单一黏土层＋地下水浅：宜采用桩基础或地下连续墙；6，土层不均匀：视情况，桩、箱、或复合基础；7，土层浅：桩或墩基础主要选择持力层与基础形式（二）、一般土地基（三）、湿陷性黄土宜采用桩基，选择其它基础时应有防水措施。（四）、膨胀土采用箱基，也可采用桩基础。（五）、岩石通常采用锚桩基础或墩基础。深基坑开挖的系列问题1.基坑排水2.基坑边坡的稳定及支护3.基础施工对周围环境的影响地下水对建筑工程的影响6/91.基础埋深2.施工降水3.软化地基4.地下室防水5.空心结构物上浮6.对基础具侵蚀性渗透变形(seepagedeformation)管涌：单个土颗粒发生独立移动的现象。多发生在不均匀的砂砾土中。流土：一定体积的土粒同时发生移动的现象。多发生在均质砂土层和粉土层中。基坑突涌隔水层的安全厚度：0HHW0HHw据得若不满足上述厚度，需降水，使基坑中心承压水位降深满足：HSHW）（0则：HHSW01.基坑排水方法明沟排水(drainageditch)适用条件：浅基坑强透水的潜水含水层。轻型井点降水适用条件：粉砂、细砂和粉土潜水含水层。深井排水适用条件：深基坑承压含水层。基坑止水方法基坑失稳的形式：1、边坡整体失稳。2、坑周或坑底土体产生流动变形。3、基坑突涌和流砂变形。4、支挡结构破坏。2.基坑支护支护系统由挡土结构和支撑结构组成。