复杂地质条件地下工程

1 地下工程方案选择
• 临海复杂地质条件基坑工程 方案选择 • 桩基与超深开挖方案对比分 析 • 不同底板形式的方案对比分 析 • 不同抗浮方案的对比分析 • 地下工程方案的综合对比分 析 • 地下工程方案选择原则
奥帆中心媒体中心工程
• • • • • • 建筑面积为8200m2 地下1层，地上2层 埋深6m 大量碎石、抛石 离海8m 地下水与海水贯通
桩端进入 ⑦-2层中风化花岗岩 深度D不小于0.2米（强风化、碎 石层或抛石层不小于0.5米）
大面积场区强夯工艺研究
• 强夯法地基处理造价低 • 针对风化砂、碎石等填土地质 • 结合青岛体育运动学校等多个大面 积填土项目 • 研究了分层强夯、局部软土处理 • 工艺参数、影响深度、承载力分析
夯击能量/KN· M 3000
1m 应力叠加示意图
大面积爆破采用毫秒微差爆破并结合密钻孔、少装药的 浅孔台阶式爆破方法，严控爆破震动。 毫秒微差爆破时，根据 Q R ( k ) ，确定的允许安全 振速为1cm/s时，允许安全药量见表。
3 3 max
最大装药量表
距离（m） 药量（kg） 距离（m） 药量（kg）
10.5 1.29 19.5 8.28
复杂地质的特点与存在问题
• • 土质不均、基岩起伏、临海 地下水 传统工艺、新技术与工程的 地质特点、规模、结构不适 应
基坑的深度、超长结构
• • •
孤立的选择地基、结构、基 坑等方案 设计与施工的认识误区
长短桩的问题、地下室抗浮等问题
上述问题导致了
1. 造价大幅增加 2. 工期成倍延长 3. 许多重大安全及质量事故
150～200KPa 5m
≤100米
≤100米
≤100米
≤100米
100～150
≤100米
4 桩基础工程技术研究
1. 2. 3. 4. 临海复杂地质条件机械成孔灌注桩工艺 嵌岩长螺旋压浆灌注桩工艺研究 泥浆对灌注桩摩擦力及抗浮锚杆抗拔力的影响 嵌岩端承桩承载力与桩长的关系
嵌岩长螺旋压浆灌注桩工艺研究
浆压 MPa 36～40
气量 L/min 30
气压 MPa 0.7
提速 cm/min 5～6
转速 °/S 15
抛石 层
90
碎石 层
砂层
90
90
36
34
30
30
0.7
0.6
6～8
10～12
15
15
某工程旋喷桩取芯试验结果 试件 名称 1＃试样 抗压强度（Mpa） 16.4 渗透系数 弹性模量（Mpa） （10-8cm/s） 2.65 4823
6000
6000
6000
换填级配砂石
6000
某花园小区超深开挖与桩基础方案的比较
• 地下一层，局部二层，地上11层 地下室结构尺寸55×24m • 基岩起伏较大 • 可采用桩与独立柱基结合的方案 • 设计与施工共同结合解决
工期/天 实际方案 优化方案 增加 74 36 94.74％ 造价/元 1166204 491724 137％
• 结合奥帆中心媒体中心 • 基于碎石、抛石、海水渗 透的地质特点 • 研究了相应的工艺参数
压力p/kPa
0 0.0 100 200 300 400 500
1.000 ±0.000
mm/ 沉 降
-5.0
厚10cmC10 垫层
-10.0
厚30cm褥垫层
-1.89 -1.99
-1.99
-15.0
旋喷桩
-20.0
桩长 /m 6.59 5.78 2.18 2.52
桩基类 型 强风化 花岗岩 强风化 花岗岩 强风化 花岗岩
加载 历时 /h 16 18 18 18
最大加 载量 /kN 4500 4500 4500 4500
极限荷 载/kN ≥4500 ≥4500 ≥4500 ≥4500
最大沉 降量 /mm 15.45 16.98 22.60 19.71
复杂地质条件地下工程施工技术 的研究与应用
青建集团股份公司 二○○八年十一月
主要内容
• • • • • • • 概述 地下工程方案选择 基坑工程 地基处理 桩基础 地下结构施工 结束语
概
述
• 高层建筑与地下空间利用的日 益增多，地下工程比例增加； • 造价占整个工程25％～35％； • 工期占整个结构工程50％。
1600
135 7.78％ 25％
11300
239 2.07％ 44％
869.55
67.45 7.2% 49％
地下工程方案选择原则
• 在综合考虑基坑支护、止水、地基处理、桩基、底板形式、 抗浮设计等各种相关方案的基础上按照“技术合理、施工 可行、经济”的原则对总体方案进行比较并做出选择。
临海复杂地质条 件的方案选择
喷射砼面层
1
支护土钉
挂网喷射 砼面层
1
2000-3000
基岩面
1 0.5
500
15
内放坡结合止水帷
双排旋喷桩 挂网喷射 600*400圈梁 砼面层 高压旋喷桩 长螺旋灌注桩
17° 17°
300*300腰梁
17°
500
300*400排水沟
500
旋喷桩止水锚杆
桩锚与旋喷桩结合的支护
土层
浆量 L/min
• • • • • 结合10余个工程进行了研究 “复钻法”工艺 承载力可提高15％以上 防断桩的措施 钢筋笼的沉入方法
提钻 注浆 提钻 注浆
钻孔
复钻
复钻工艺流程图
复钻法提高承载力
• • • • 青岛澳龙花园工程中做了15根桩的对比试验 桩直径均为500mm，桩端为强风化花岗岩 未采用“复钻法”的8根试验桩极限荷载较小 采用“复钻法”的8根试验桩极限荷载较大
总体的选择原则 支护与锚杆的方案 地基处理与桩基方 案
基岩起伏条件 的方案选择
超深部位的处理 方案 岩土结合的支护 结构与爆破方案 桩与筏板结合、 局部地基处理
岩体基坑的 抗浮与底板
抗浮设计与不 同底板形式 抗浮锚杆选择 方案 利用地势的地 下水处理
地下混凝土的 设计与施工
沉降后浇带的 选择 “带与缝”的综 合选择方案 影响超长结构 的回填土方案
2 基坑工程技术
1. 2. 3. 4. 5. 6. 临海复杂地质条件下止水帷幕技术 岩土结合类基坑工程技术研究 岩体基坑支护与爆破技术研究 岩体锚杆抗拔试验研究 复杂地质条件下锚杆的研究与应用 基坑支护应急处理技术
临海复杂地质条件下止水帷幕技术
• 基于碎石、抛石、海水等 特点 • 研究形成了4种设计形式 • 成孔工艺及参数 • 分段成桩工艺
爆破振动测试表
编号
距离（m） 振动速度(㎝/s)
1
27 0.48
2
28 0.4
3
63 0.23
4
76
5
82 0.25
开挖与支护，张拉滞后
3 地基处理技术
1. 2. 3. 4. 复杂地质条件旋喷桩地基处理技术 水泥搅拌桩地基处理技术 大面积场区强夯工艺研究 含粉煤灰土层及软弱土层的强夯工艺研究
复杂地质条件下旋喷桩地基处理技术
预应力锚杆
1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000
高压旋喷桩 腰梁同等级砼填实
500
1000
1000
1000 2000
500
1000
1000 2000
桩位详图
旋喷桩止水锚杆
桩锚与
500
桩锚支护岩土结合部位的构造
• 嵌岩 • 非嵌岩 • 钢管桩
复杂地质条件下锚杆的研究与应用
1000
2000
2000
5300 1800 1500
1:1放坡 喷射砼面层
600*400圈梁
1 1
9500
基岩面
=14m , m Lf=5
2500
长螺旋灌注桩
17°
高压旋喷桩
300*300腰梁
2Φ2
5，L
建筑物外墙 1 0.5
=5m m,Lf
15
17°
双
挂网喷射 砼面层 高压旋喷桩
图3.2 B-B剖面图
破坏荷载 破坏强度 破坏特征 （kN） （MPa） 655 650 655 650 钢管拉断 钢管拉断
钢管拉断，丝接未破坏
支护与爆破、开挖
• 爆破对支护的 影响； • 爆破方案的选 择； • 开挖对支护的 影响； • 张拉滞后的危 害；
爆破方案选择
• • • • • 毫秒微差 静态爆破 防震沟 光面预裂 人工清理
承载力/KPa 影响深度/m
250～300 10
含粉煤灰土层及软弱土层的强夯技术研究
• 针对沿海的软弱土层 • 结合2个工程，采用小能量强夯法 • 研究形成了，夯击能量、夯击遍数、 间歇时间、排水沟的设臵
第一遍、第三遍夯点 第二遍夯点
夯击能量
1000KN· M
夯击遍数
排水沟间距 承载力 影响深度
3～4遍
沉降S(mm)
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
6 8 10 12 14 16 18
6 8 10 12 14 16 18
19#试桩Q-s曲线
48#试桩Q-s曲线
荷载Q（kN） 0 0 2 4 6 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
嵌岩短桩的数值模拟分析
目前有关嵌岩短桩的研究较少，使得工程界对短桩承载性 状和机理缺乏足够的认识。在上述静载荷试验对短桩的基 础上，利用ANSYS有限元来分析短桩承载力的影响因素。 分析桩长与承载力的关系 分析嵌岩深度与承载力的关系
600KN的沉降量/ ㎜ 一般方法 复钻法 10.12 3.58 极限荷载的沉降量 /㎜ 62.49 28.11
嵌岩端承桩承载力与桩长的关系
• 基岩起伏较大，长桩与开挖换 填，浪费较大、易导致事故 • 结合20余项工程，试验和理论 分析 • 长短桩承载力相近，可以混用 • 最短桩长取值≥2.5m
试验 桩号 19 48 91 105
奥运帆船中心媒体中心
• • • • • • 支护深度13m减小到6m 避免了基坑透水和坍塌的风险 地下工程造价1600万元 降低造价135万元，7.78％ 工期4～5个月，减少至3个月 缩短25％
长螺旋灌 注桩支护
褥垫层
冠梁 锚杆
可能透 水部位
2000 2000
褥垫层
2000
2000
图3.1.1.2：旋喷桩复合地基处理示意图
优化的方案造价可降低2％～10％，工期可缩短20％～50％
分析项目 地下工程面积/㎡ 对比方案造价/万元 华阳慧谷 1850 640.67 媒体中心 3698 1735 奥运村 39812 11539 鲁信长春 1320 937
优化方案造价/万元
降低造价/万元 降低率 工期缩短
611.22
29.45 4.6％
0 2 4 6 8 0 500
荷载Q(kN) 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500
沉降S（mm）
沉降S(mm)
8 10 12 14 16 18 20 22
10 12 14 16 18 20 22 24
91#试桩Q-s曲线
105#试桩Q-s曲线
由各曲线可知，各试验桩均未加载到破坏（即沉降 60mm），试验曲线为准缓变型
建 筑 物
燕儿岛山
集水井
盲沟
明沟 配电室
海岸码头
图4.1.1.1：陆域停船区地下工程明水排水示意图
岩土结合类基坑工程技术研究
支护土钉
4000
2Φ2
=12 5，L
-5.39
内放坡结合止水帷
300*400排水沟
500
钢筋砼腰梁 长螺旋灌注桩
• • • •
基于岩土结合的特点 研究了16个工程 形成了3种设计形式、计算模式 结合部位的锚杆施工工艺
• 研究了跟进式、自进式、击入式 • 形成了设计构造、抗拔力、施工 工艺 • 适用范围
P(kN)
锚杆试验
300 250 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
S(mm)
序号 1 2 结论
外径 （mm） 50 50
内径 （mm） 35 35
面积 （㎡ ） 1001 1001
11.5 1.67 20.5 9.62
12.5 2.18 21.5 11.1
13.5 2.75 22.5 12.7
14.5 3.41 23.5 14.5
15.5 4.16 24.5 16.4
16.5 5.02 25.5 18.5
17.5 5.99 26.5 20.8
18.5 7.07 27.5 23.2
残余沉 降量/mm 11.38 12.79 13.86 12.20
回弹 量 /mm 4.07 4.91 8.7 7.51
回弹百 分比/ ％ 26.34 28.92 38.5 38.10
强风化 花岗岩
四根试桩的Q-s曲线如下：
荷载Q(kN) 0 0 2 4
沉降S(mm)
荷载Q(kN) 0 0 2 4
2＃试样
17.5
2.59
5337
利用潮汐差分段成桩工艺
基坑内 最高潮水位
基坑内 最高潮水位
基坑内 最高潮水位
最低潮水位
最低潮水位
ຫໍສະໝຸດ Baidu
最低潮水位
下部成桩
上部成桩
中部成桩
效果分析
渗透系数可以达到 10-7～10-8cm/sec 地下车库工程，地 下1层，挖深7.5m， 面积15070㎡，经计 算整个基坑的排水 量为20m3/h 。 仅通过设臵明沟、 盲沟、集水井就解 决了基坑内的明水， 保证了正常的施工。