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本文分析了城市产生对地下空间开发需求的客观条件,认为城市地下空间的开发利用不是孤立的或偶然的现象,而是城市发展到一定阶段的产物,受城市发展的客观规律所支配,同时也受到世界政治、经济、军事形势变化,以及各国地理位置、经济条件上的差异的影响。通过分析提出:厦门市在经济实力上和综合实力上,已具备了较大规模开发地下空间的条件。
通过对厦门市开发利用地下空间的条件和实力的分析,提出:厦门市经济总量还较小、地下空间的设计、施工经验还不够丰富,地下空间的开发利用应采用试点先行,以点带面,逐步推进的策略。
文中分析了工程地质条件、水文地质条件和竖向层次位置对厦门地下空间工程适宜性的影响,并在此基础上,采用多因素权重指标函数法的地下空间工程难度评估模型,对厦门地下空间工程适宜性进行了等级划分。通过评估可知,厦门浅层地下空间工程适宜性比较好;次浅层工程适宜性比较差。分析和评估结果供厦门地下空间开发利用规划和城市建设参考。
根据厦门市城市具体的特点和采用分类估算总和法估算地下空间需求量。在地下空间工程适宜性分析和地下空间需求情况的基础上,提出厦门市地下空间开发利用的指导思想、原则、发展战略以及2020年和2050年达到的目标,在平面结构布局上,提出“一心四轴、十二个重点开发利用地区”的地下空间网络体系。
基于日本、英国、美国、芬兰和上海、深圳等国内外关于地下空间开发利用政策法规建设方面的经验和厦门市地下空间开发利用政策法规建设的现状和存在问题,研究提出厦门市地下空间开发利用政策法规建设的指导思想、基本思路、基本体系,并对政策法规建设程序提出了建议。
进行厦门地下空间环境岩土工程分析和研究,为厦门地下空间开发利用奠定良好的基础。取得如下成果:
基于厦门市20多年来地下工程建设和厦门地下空间开发中的经验和教训。归纳总结出适合在厦门地区应用的地下空间支护结构类型及其计算方法。
首次对厦门地区强风化花岗岩的强度与变形特征进行系统研究,取得了强风化花岗岩层的强度和变形指标与常规勘探使用的标准贯入试验击数的对应的经验公式,得出强风化花岗岩承载力特征值fa均大于600kPa,较过去提供的经验值提高约20%以上;但变形模量则没有想象那么高,过去提供的变形模量均大于50MPa,载荷试验结果表明其变形模量一般在30~50MPa之间。该成果获得对工程设计将产生重要影响。
花岗岩残积土的强度和变形特征,历来是厦门市天然地基土试验重点,以往的研究多注重理论的提升,和生产单位的工程经验的总结,本次研究是通过大量的现场原位测试的系统试验研究,建立了强度和变形指标与常规勘探使用的标准贯入试验击数的对应的经验公式,得出的变形模量范围为E0=(1.4~2.5)N,平均值为E0=1.8N;承载力范围为fak=120+(8~36)N,平均值为fak=120+16N。用承载力特征值与标准贯入试验实测击数间的经验公式计算的地基承载力同过去福建和深圳两地的规范查表得出数值较接近,但变形模量明显低于深圳地区的经验公式。因此在厦门地区高层建筑以残积土为地基持力层的地基变形验算,应引起特别注意。
工程实践的检验方面,利用厦门地区花岗岩残积土的强度和变形特征研究成果对厦门蓝湾国际工程进行检验。厦门蓝湾国际工程地基土中孤石较多,基坑开挖后出露地基土为花岗岩残积土,直接采用天然地基,其承载力略显不足,满足上部高层结构荷载要求,需要扩大基础底面积,更主要的是变形无法满足规范要求。作者在工程设计阶段建议采用人工挖孔桩广义复合桩基方案(即疏桩地基方案),将地下室底板和桩端持力层落在残积砂质粘性土层。目前国内外尚无先例采用残积土作为30余层建筑复合地基持力层。为准确预测地基的变形,对蓝湾国际地基土-花岗岩残积土进行现场载荷试验,结合厦门地区花岗岩残积土的强度和变形特征研究成果采用复合桩基沉降计算简化应力调整法和有限元数值分析法,对该工程的五栋高层建筑进行沉降计算,通过两种方法计算的结果,得出建筑地基的沉降变形特征能符合《建筑地基基础设计规范》要求,为该工程地基基础方案的确定提供有力证据。为验证预测的结果,在此工程中布置了大量的沉降及地基应力监测点,将所得监测数据采用双曲线拟合来推求最终平均沉降量,达到了预期的要求。
蓝湾国际工程若采用桩基方案,需大直径沉管灌注桩1600余根,广义复合桩基方案.布置的人工挖孔桩,桩径1m,桩长15m,5幢高层建筑共布置人工挖孔桩318根,较桩基方案桩数少得多,桩长也都比较短。设计阶段按整个广义复合基础考虑,地基土分担60%的建筑荷载,.另外40%的建筑荷载由桩基承担,桩顶设置变形调节器。桩基主要起到控制建筑物总沉降以及差异沉降作用,另外还作为建筑物的安全储备。经设计计算,复合地基承载力满足上部结构荷载要求。桩顶设置变形调节器,在建筑物施工过程中,当上部结果荷载达地基承载力特征值80~90%,此时桩顶变形调节器发挥作用,建筑物荷载剩余部分将分配给桩基来承担。
以上项目研究成果为该工程的基础节省工程费用1600余万元,同时为厦门乃至国内外类似地质条件下,采用该类型的基础方案指明方向。具有明显的社会效益,也取得了可观的经济效果,具有推广应用的价值。
总结厦门地下空间开发中的施工降水的环境负效应的规律,为将来的城市地下空间资源开发过程中,对地下水资源的保护提出具体的要求。
文中最后分析了厦门市地下空间的特点,提出了厦门地下工程施工安全管理的基本步骤,为预防和减少工程施工事故的发生,对地下空间开发利用与防灾减灾提出了具体工程措施和建议。