北京市岩土体工程特征及工程适宜性评价.pdf

第3卷第 4期 2 0 0 7年 8月 地 下 空 间 与 工 程 学 报 C h i n e s e J o u r n a l o f U n d e r g r o u n d S p a c e a n d En g i n e e r i n g V o 1 ． 3 Au g ． 2 0 0 7 北京市岩土体工程特征及工程适宜性评价 曹继勇， 陈志龙 ， 郭 东军 解放军理工大学 工程兵工程学院， 江苏 南京2 1 0 0 0 7 摘要 在宏观地质研 究的基础上， 对北京市岩土体工程性质、 分布规律、 地质构造及工程 地质特征进行 了分析研究 ， 根据地形地貌、 地质构造及岩土工程性质等方面将北京市地基按照 工程建设条件划分 良好场地 区、 基本 良好 区、 中等 区和较差 区， 并对北京市地质条件及对工程 特别是地下工程建设的适宜性进行 了评价。 关键词 北京， 工程地质 ； 工程适宜性 ； 分区评价 中图分类号 T U 4 4 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 3 - 0 8 3 6 2 0 0 7 0 4 - 0 6 5 6 - 0 4 Th e En g i n e e r i n g Ch a r a c t e r a n d F e a s i b i l i t y E v a l u a t i o n o f R o c k S o i l i n B e i j i n g C AO j i Yo n g ，C HE N Z h i L o n g ，GUO Do n g J u n 【 E n g i n e e r i n g I mt e o fE n g i n e e r i n g C o r p s 。 P L A U n i v 。 ofS c i ． T e c h ． 。 N a n j i n g 2 1 0 0 0 7 ， C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n g e o l o g i c s t u d y i n g e n e r a l ， t h e e n gin e e r i n g c h a r a c t e r 。 d i s t r i b u t i o n r u l e ， t h e g e o l o g i c s t l U C - t u r a n d c h a r a c t e r o f r o c k＆ s o i l i n B e i j i n g fi r e a n al y z e d ． A c c o r d i n g t o l and f o r m。 g e o l o gic s t r u c t u r e and t h e c h a r a c t e r o f r o c k ＆ s o i l ， t h e n i c e r g e o l o g y are a 。n i c e g e o l o gy a r e a ，mi d d l i n g g e o l o gy a r e a an d g e o l o gy a r e a o f a s o r t a r e c l a s s i fl e d- and t h e f e a s i b i l i t y o f g e o l o gi c c o n d i t i o n ， e n gin e e r i n g ， s p e c i al t o u n d e r g r o u n d e n gi n e e r i n g c o n s t r u c t i o n a r e e v alu - a t ed ． K e y w o r d s B e i j i n g ； e n gi n e e r i n g g e o l o gy； f e a s i b i li ty o f e n gi n e e r i n g ； s u b a r e a e v al u a t i o n 1 地貌及成 因分析 北京市雄踞华北大平原北端。北京的西、 北和 东北， 群山环绕， 东南是缓缓向渤海倾斜的大平原。 北京平原的海拔高度 为 2 0～6 0 m， 山地 一般海 拔 1 1 3 0 0～ l 5 0 0 m， 与河北交界的东灵山海拔 2 3 0 3 m， 为 北京市最高峰。境内贯穿五大河， 主要是东部的潮 白河、 北运河 ， 西部的永定河和拒马河。北京的地势 是西北高、 东南低。西部是太行山余脉的西山， 北部 是燕山山脉的军都山， 两山在南口关沟相交， 形成一 个向东南展开的半圆形大山弯， 人们称之为“ 北京 弯” ， 它所围绕的小平原即为北京小平原。 北京平原 按地貌单位 、 形态 ， 成因和物质组成 可划分四种类型。 1 山前台地 主要如山前洪坡积台地、 黄土 台地。地形高差显著， 坡度较大， 其物质组成以粘 性土、 含 卵砾石 、 碎石 为 主。北京 市 区连接石 景 山一海淀低山丘陵大片地区。 2 洪冲积台地 主要由大小河流的洪冲积物 堆积而成， 地面坡度小于 1 ％， 主要为原层粘性土， 局部下层为卵砾石层， 分布于永定河、 温榆河两岸 的大片地区。如北京地铁 “ 复一八 ” 线 ， 就是处 于 洪冲积平原二级阶地。 3 冲积平原 如北京地区最低处， 是水流汇 集场所， 古河道极的发育， 以结构性较差的粘性土 及粉土细砂为主。分布于永定河等各大河流的中、 下游。 收稿 日期 2 0 0 6 - 0 5 - 2 3 【 修 改稿 作者简介 曹继勇 1 9 7 0 一 ， 男 ， 河南开封人 ， 博士研究生 ， 讲师， 一级注册结构工程师， 主要从事防护工程方面的研 究 o E ma i l C a o i i y o n g 1 6 3 ． C O rn 维普资讯 2 0 0 7年第4期 曹继勇， 等 北京市岩土体工程特征及工程适宜性评价 6 5 7 4 永定河决 口、 改道及沙丘地 北京平原地 区， 自全新世纪以来， 由于受构造运动的影响， 几条 规模较大的河流都曾发生过变迁和改道。市区除 石景山、 海淀一带为京西北隆起带外， 整个市区都 处于北京凹陷带之中。在凹陷带中沉积的第四纪 沉积物的物质组成和地貌形态， 就是第四纪地貌环 境综合体中起决定性作用的构造运动的具体体现。 北京地区除震旦系， 奥陶系上统至石炭系下统 及白垩系上统， 古新统地层外， 从太古界古老变质 岩系至第四纪都有出露。出露最古老的地层一一 太古界， 主要分布于密云、 怀柔两地区。新生界广 泛分布于北京平原和大水系河谷地带及山间盆地 之中。北京市区主要由第四系更新统和全新统地 层组成， 第四纪地层总趋势从西向东由薄变厚、 至 建国门 附近 厚 达 1 0 0 m。而 二 叠 系、 石 盒 子组 I s 、 双泉组 e r s 及三叠系杏石 口组 v x 、 碎屑 岩类地层， 仅见于石景山海淀一带。 2 地质构造及地震 北京位于新华夏系构造带、 阴山纬向构造带及 初吊贺兰山字型构造东翼反射弧三者交会部位。 为华北地台中部一一燕山沉降带的西段。在漫长 的地质构造运动发展 中形成复杂的地质格局 ， 褶皱 构造比较发育， 断裂构造也相当发育。通过北京市 区的主要断裂有三组 北北东、 并东 向张性断裂和 北西向断裂。后者活动性更强， 使得地震分布、 地 貌格局、 河流流向及演变等都受其控制。其中北北 东、 北东向张性断裂有 八宝山断裂、 黄庄高丽 营断裂、 良乡顺义断裂 通过市区丰台、 朝阳、 仙桥一带 ， 南苑一一通县。北西向断裂有 南口 孙河断裂， 以及推测的永定河断裂。 琶 唐山 地震 是已 发 生液 化的 地区 口当地 震烈 度为8 级时 可能 液化的 地区 圈人工 填土 基强 震时可 能产生 局部 震害的 地区 图松软 地基强 震时 可能 产生 震陷 的 地区 口山 区 ／ ， 对工程有一定影响的活动断裂 发震可能性较大的地点 0强震时可能产生边坡滑移地裂的地带 河流及低洼的河漫滩地带 图 1 北京市地震 预测 图 F i g ． 1 E a r t h q u a k e f o r e c a s t i n g o f B e i j i n g c i t y 北京位于华北地震活动区。自公元 4 3 8 年以 下， 而且岩层强度不高。第四纪土层由西南向东北 来共发生有记载的地震 1 6 8 次。1 9 7 6 年7 月2 8日 方向逐渐变厚， 西北部多为砂砾土层， 东部上部土 发生在唐山的7 ． 8级地震也波及到北京。北京市 层有较厚的粘土层。 区地震烈度达 8 度。地震多发生在构造线附近、 构 丰台区大部分为永定河决口、 改道及沙丘地， 造线转折处、 二条构造线交汇处。对工程有一定影 北京平原地区自全新世以来， 由于受构造运动的影 响的活动断裂是贯穿市区西北部的黄庄一一高丽 响， 几条规模较大的河流都发生过变迁和改道。有 营断裂。当发生强震时， 永定河以东， 朝阳以西、 海 少部分为冲积平原， 是北京地区地势最低的水流汇 淀以南， 南苑以北的大片市区中人工填土地基可能 集场所， 古河道极为发育， 以结构性较差的粘性土 产生局部震害， 而南苑、 海淀一带松软地基可能产 及粉土、 细砂为主。 生震陷。 北京市区土层从上至下为杂填土、 第四纪沉积 3 岩土体立体结构及地质特征 从北京市工程地质分析可知， 北京市区主要是 洪冲积台地， 主要为大小河流的洪冲积阶地， 地面 坡度多小于 1 ％ ， 主要为厚层粘性 土， 局部下层为 卵砾石层 ， 前第 四纪基岩较深， 一般均在 5 0 m以 层， 前第四纪基岩层。杂填土根据工程位置的不同 而不同， 多为地下 5 m以内。 第四纪土层较厚。一般为粉质粘土层、 中细砂 层 、 圆砾土层 。 4工程地质划分及 综合评 价 维普资讯 6 5 8 地 下 空 间 与 工 程 学 报 第 3卷 4 ． 1 工程地质划分 工程地质划分的目的是合理利用天然地基， 规 划不同的工程地质场区及选择基础持力层。根据 岩土分布规律及工程特性对建筑基础的适宜性进 行评价 ， 为城市地下空间规划 、 建设项 目的选址 、 方 案 比较及一般工程项 目的初步设计服务 。 根据北京市岩土工程地质特征 ， 本次区划层次 貌单元及地基土的类型， 以罗马字 I， Ⅱ， Ⅲ， Ⅳ表 示 ； “ 亚 区” 的划分根据岩层的埋深及地下土 5 m深 度以上工程地质层的强度和稳定性， 分为 A， B两 级 ， 以脚标区分。 根据城市各类建筑物对地基承载力、 土层厚度 及地下水埋深的要求， 结合本区岩土体的工程地质 特征， 将本区建筑物场地划分为四类 表 1 ， 其分 为二级， 分“ 区” 和“ 亚区” 。“ 区” 的划分依据为地 布如图2 所示。 表 1 地基划分及其特征 Ta b l e ． 1 F o u n d a t i o n d i v i s i o n a n d i t s c h a r a c t e r i s t i e s 图 2 北京工程地质条件分区 图 F i g ． 2 F o u n d a t i o n d i v i s i o n o f B e i j i n g c i t y 4 ． 2 工 程地质 分区 评价 地基条件 I 类区。是工程建设的良好地基， 但 往往受到地形或坡度的限制 ， 大多不适宜一般的工 程建设， 而适宜于地下工程建设和矿产资源开发， 在开发与建设中应注意地面塌 陷等环境岩土工程 问题。 地基条件 Ⅱ 、 Ⅱ 类 区。是工程建设 的基本 良好地基， 也是 目前或将来工程建设的重要场地， 是工程建设的适宜区。在工程建设中， 应注意如下 问题 开挖边坡要采取轻度防护措施， 避免边坡失 稳问题； 建筑物的基础最好选在砂卵石层； 一般冲 沟发育 ， 在工程勘察 中， 要注意对 冲沟的调查与评 价。 地基条件Ⅲ类区。是工程建设中等的地基 ， 适 宜中小型工程建设， 但需一些防护措施， 如果工程 重大， 则需要治理针对负荷来说相对低的承载力， 做好地基处理工作。 地基条件Ⅳ类区。本区工程建设的地基较差， 仅适宜于小型或轻型的工程建设， 布置中低层建筑 维普资讯 2 0 0 7年第4期 曹继勇， 等 北京市岩土体工程特征及工程适宜性评价 6 5 9 物。对高层建筑需做桩基或保证一定基础的埋深 ， 选择基础持力层最好放在砂砾石层上。同时针对 洪水 、 低的承载力和砂土液化等 ， 需要采取中等或 高级 防护措施 。因基岩埋藏较深 ， 开挖深基坑时 ， 应注意基坑的稳定问题。 4 ． 3 持力层的合理选择 北京市市 区地层分布基本相同， 主要是人工填 土、 粘土、 粉细砂土 、 砂 卵石层、 一般在 5 0 m以下才 有第三纪砾岩层， 且砾岩承载力并不高， 而除人工 填土外， 粉细砂土、 砂卵石层承载力均较高， 所以北 京高层建筑多采用筏基或箱形基础， 只要基础埋深 达 1 2 m 地下三层 以上， 一般均能满足高层或多 层的承载力要求。由于高层建筑抗震要求， 规范要 求基础埋置深度要达到地面建筑高度的 1 ／ 1 5 。从 这一角度看， 对地下空间的开发较为有利。 4 ． 4 地下工程建设埋深、 跨度的适宜性分析 从北京市区工程地质总体分析， 北京地下空间 适宜于浅埋工程建设 。应尽可能采用掘开式的单 建式工程或是结合上部建筑的附建式工程， 施工方 法应首选明挖法、 当条件不允许时可采用盖挖逆筑 法或浅埋暗挖法施工。 由于北京地层中， 砂卵石层分布较广， 暗挖方 法中顶管法施工难度较大， 不太适合北京情况， 由 于近年盾构法不断的技术进步， 在北京的部分地区 也可考虑盾构法施工。 对浅埋暗挖法 、 盾构法及顶管法施工 中， 工程 跨度均受一定程度的 限制 。一般认 为 对北 京地 质， 浅埋暗挖法单拱跨度小于 1 0 m比较合适， 连拱 数量不大 4跨 。对盾构法要根据盾构机械尺寸而 定 ， 目前大直径盾构机基本上为大 于 1 2 m， 小直径 约 3 m。顶管法工程跨度限制大 ， 国内管径大约为 1 ． 5 3 ． 5 m。所以对顶管法只适用于市政管线、 地 铁区间段等长距离、 小跨度工程的施工。 对于跨度较小的市政工程， 如电力管沟、 共同 沟及地下物流线路， 甚至地铁区间段等， 目前的施 工技术条件， 一般可不考虑地质条件的影响、 上部 有无地下或地上建筑的影响； 当然规划设计时要考 虑到以上条件对工程造价的影响， 应尽量避开施工 难度大的区域。 参考文献 [ 1 ] 陈志龙． 城市地下空间规划 [ M] ． 东南大学出版社， 2 0 0 4 ． C h e n Z h i l o n g ， e t a 1 ．U r b a n U n d e r g r o u n d S p a c e P l a n n i n g [ M] ． S o u t h e a s t U n i v e r s i t y P r e s s ， 2 0 0 4 ． i n C h i n e s e [ 2 ] 李相然等。 城市岩土地基工程地质[ M] ． 中国建材工 业出版社 2 0 0 2 ． L i fiangran，e t a l 。2 0 0 2 ． U rban E n - g i n e e r i n g G e o l o g y o f t h e R o c k and Soi l F o u n d a t i o n [ M] ， C h i n a B u i l d i n g Ma t e r i a l s I n d u s t r y P r e s s ． i n C h i n e s e [ 3 ] 鲍亦 冈等． 北京地质百年研究 [ M] ． 地质 出版社， 2 0 0 1 ． B a o Y i g ang ， e t a 1 ．2 0 0 1 ． R e v i e w s i n G e o l o g y o f B e i j i n g f o r a C e n t u ry[ J ] ，G e o l o gy P r e s s 。 i n C h i - n e s e [ 4 ] 谢世华． 天安门东站采用盖挖逆筑法施工[ J ] ． 复一 八线地铁工程结构的设计与施工． 地铁建筑． 1 9 9 7 ． 3 fi e S h i h u a ， e t a 1 ． T h e C o n s t r u c t i o n of T o pD o w n I n - v e rs e M e t h o d f o r T i an ’ anm e n E ast S t a t i o n i n B e ij i n g ， D e s i g n and C o n s t r u c t i o n of S u b w a y S t r u c t u r e s o n F u B a L i n e i n B e i j i n g [ J ] ． R a i l w a y E n g i n e e ri n g ． 1 9 9 7 ． 3 ． i n C h i n e s e 维普资讯