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中国2010年上海世博园区岩土工程一体化服务与咨

一、工程概况

2010年上海世博会场址位于上海市黄浦区、卢湾区和浦东新区的交汇处,南浦大桥和卢浦大桥之间的黄浦江滨水区域。由浦西、浦东两部分组成,占地面积为5.28 km2。

浦东片区主要包括主题馆、中国馆、部分外国国家自建馆、联合馆、演艺中心等;浦西片区主要包括利用历史建筑改造形成的系列展馆和文化、博览等多功能服务设 施。世博会场址分近期和远期开发,近期开发主要建造低层大型展馆及国家自建馆与租赁馆等;远期开发将核心区建筑保留,两侧地块进行二期开发,在开发建设中 不排除建造少量高层建筑的可能。为充分利用地下空间,世博会场址将进行大规模的地下综合体“世博轴”建设,场址范围内还有数条地铁线穿越。

二、工程特点与难点

    1. 场地工程地质及水文地质条件复杂,涉及正常地层分布区与古河道切割区;上钢三厂及江南造船厂局部区域分布有钢渣土;场址范围内涉及地表水体,工程建设涉及潜水、微承压水及承压水,部分区域⑤2层与第⑦层承压含水层连通。

    2. 场地原有建(构)筑物密集,地下管线与障碍物多,有数条轨道交通(M7、M8等)、越江隧道及若干重要市政管线需要保护;部分建(构)筑需要保护保留,整个建设环境条件极为复杂。

    3. 建设期与营运期有引发与遭受地质灾害、地震地质灾害的可能,需要进行前期评估,提出防治措施。

    4. 拟建建(构)筑物类型多,基础工程投资十分昂贵,地基基础优化咨询极为重要。

    5. 建设与营运期需要对海量数据查询与处理,故建立地下空间三维信息系统极为重要,是建立“数字世博”的重要组成部分。

三、科研篇

为解决世博园区建设中涉及的众多岩土工程问题,规避建设期与营运期的风险,我公司主持、参与世博园区科研项目共5个,涉及工程地质条件分区研究、地基基础 研究、地基处理方法研究、施工环境效应研究、景观覆土环境效应研究、污染土修复技术调研、数字地下空间基础平台与应用研究、岩土工程专家系统(中英文 版)、保护保留建筑健康检测与加固技术研究等,研究成果为规划、设计、施工与管理提供强有力的技术支撑。部分课题研究成果如下:

3.1 《中国2010年世博会场址岩土工程问题研究》(2004~2005)主要研究成果

    1. 系统收集、整理世博园区地质资料,实现了从工程地质条件角度和工程应用角度的不同分区,并完成了各类分区图。

    2. 建立了世博场址动态三维地层系统,可快速查询、直观显示所需场地的地层资料。

    3. 对不同地基条件、不同基础类型(包括天然地基、桩基)的适宜性进行全面、针对性的评价,并绘制了相关图集。

    4. 对基坑施工与预制桩挤土环境效应问题进行系统研究,提出对环境效应的预测方法。

    5. 对世博园区不同地质条件、不同覆土高度的沉降变化规律及边坡稳定性进行了深入分析和研究,针对园区不同地质条件,提出了最佳覆土高度及常用的地基处理方法。

    6. 首次系统调研了国内外水土污染治理的现状,并对世博园区的污染修复工作提出了咨询建议,为后期污染土处置与修复奠定了良好基础。

    7. 建成的世博园区地下管网信息管理系统(EXPO-MAPGIS)界面友好,使用便捷,为园区规划、设计、施工与管理提供强有力的技术支持。

3.2 科技部、上海市科委世博科技专项《世博园区地下空间的综合利用和开发技术》子课题“世博园区数字地下空间基础平台与应用研究”(2006~2008)(与同济大学合作)

    1. 制定地下空间信息(地层、地下管线、地下构筑物)的数据采集标准。

    2. 研制三维数字地下空间信息平台。

    3. 建设世博园区数字地下空间基础数据库。

    4. 进行三维空间分析(包括叠加分析、剖面分析、综合查询),实现土体与地下设施虚拟现实漫游等。

    5. 基于数字地下空间的世博园区应用研究。

四、咨询篇

4.1 世博主题公园景观覆土沉降分析及对M8线影响评估

世博园区主题公园拟在已建的轨道交通M8线上方覆土,覆土高度约为0~7m,其产生的附加沉降量需要准确预测。根据上海市地铁管理方要求,覆土引起M8线 下方地基变形控制标准≤10mm。为使地基变形控制在容许范围内,需要准确预测不同堆土方案的沉降量。为减少地基变形量,初步考虑在M8线上方用轻质材料 取代黏土作景观覆土,则轻质材料的合理范围也需要确定。为此世博土控公司委托我公司进行相关咨询。

采用ABAQUS进行了数值分析,并结合大面积堆土沉降预测方面取得的科研成果,就M8线上方景观覆土可能引起的环境效应问题进行系统分析,预测常规覆 土、M8线上方10、20、50m范围采用轻质材料后地基土变形特征,根据计算结果推荐M8线上方适宜覆土的高度及轻质材料的使用范围,为景观覆土总体方 案的优化提供技术支持。

4.2  世博轴基坑施工安全性评价

世博轴地下综合体工程位于世博园区(浦东部分)中心地带,南北长约1000m,东西宽约130m,地下三层,基坑开挖深度约12~17m。世博轴基坑周边 临近轨道交通M8线与M7线,环境条件极为复杂。为此需要分析评价基坑开挖、降水对地铁的影响。考虑环境条件的复杂性,采用三维有限元进行计算,预测不同 围护方式、不同施工工况条件下基坑围护体及临近地铁的位移与变形,为基坑围护设计方案的优化提供咨询服务。

五、地震安全性评价与地质灾害评估篇

5.1 世博园区地震安全性评价主要技术特色(与中国地震局地球物理研究所合作)

    1. 基础资料详尽丰富、技术思路新颖,确定了多套潜在震源区方案。

    2. 综合各潜在震源区方案的基岩反应谱,进行了不确定性修正,据此进行土层地震反应分析,得到了50年、100年不同超越概率的地表和地下不同深度的地震动参数。

    3. 对场地的主要地震地质灾害??砂土液化等级进行了分区。
    4. 本次地震安全性评价的主要成果为世博会各项工程的抗震设计以及制定抗震防灾对策,提供了重要技术依据,并已列入《中国2010年上海世博会注册报告》。

5.2 中国馆工程场地地震安全性评价主要技术特色

    1. 在详细收集资料的基础上,对区域和近场的地震环境进行了分析和评价,强调了上海及邻区的地震构造以北北西向构造带、盆地构造、断裂构造为主要特征。

    2. 在确定潜源分布、地震活动性参数、衰减关系的基础上,完成了50年超越概率为63%、10%、2%的基岩水平向和竖向地震反应谱,并各合成了9条时程。

    3. 进行了三个孔深为100m的P波波速、S波波速测试和土样的共振柱试验,建立了三个土层动力学计算模型,完成了各超越概率的水平向、竖向的地表地震动参数。

    4. 报告通过了上海市地震安全性评价委员会的评审,所确定的地震动参数被设计单位采纳。
5.3 世博园区三大永久场馆(公共活动中心、主题馆、中国馆)地质灾害评估

    1. 在综合分析场地地质环境条件、工程地质、水文地质条件与环境条件的基础上,结合拟建永久场馆的工程特性及可能采用的施工工艺,提出了在建设期与营运期可能引发或遭受的地质灾害类型。

    2. 根据工程场地环境条件,确定评估区的地质灾害危险性等级和工程建设的适宜程度。

    3. 根据地质灾害的特点和危害,结合工程经验,提出针对性的防治措施。

六、岩土工程勘察篇

岩土工程勘察报告是设计施工依据的重要基础性文件,勘察成果的真实准确、分析论证的针对性与详细程度、结论与建议的合理性对整个园区建设的安全与造价控制 极为重要。我公司完成了世博园区全部重要永久建筑的勘察工作,包括:中国馆、主题馆、公共活动中心、演艺中心、世博轴地下综合体工程等。

6.1 永久建筑结构与环境特点

世博场址范围“四馆一轴”工程规模大,是世博场址内标志性的永久建(构)筑物,其特点为:展馆具有规模大、柱网尺寸大、单柱荷重大且变化大、对承载力及变 形要求高、环境条件复杂等特点;中国馆最大单柱荷重达2×105kN,且邻近地铁M8线周家嘴站;公共活动中心A区(多功能活动中心)、B区(连廊区)、 C区(会议区)层数、单柱荷重均有一定变化,对差异沉降控制严格;演艺中心基坑开挖深度14m,邻近黄浦江岸边,建设场地涉及原黄浦江边码头和船坞等,杂 填土厚度大;世博轴地下综合体规模大,基坑开挖深度10~17m,东侧邻近地铁M8线,北端近黄浦江,南端邻近地铁M7线。

6.2 勘察特色与成果

    1. 勘察手段强调综合性:采用了钻探取样、原位测试(静力触探、标准贯入、十字板剪切、波速测试、地脉动测试、注水试验等)综合勘察手段,配以室内土水试验。

    2. 重视正常地层与古河道分布界线的正确划分,并绘制相关分区图。

    3. 重点查明桩基工程中关键土层(⑤2、⑥、⑦、⑨)的分布规律与性质,并绘制层顶标高或厚度等值线图。

    4. 勘察初步成果揭示浅部填土性质极为复杂,针对园区内大量临时轻型展馆,有采用天然地基或地基处理方案的可能,详勘中采用综合手段详细查明填土的成分、厚度及密实度,根据其性质的差异绘制天然地基条件分区图,并结合前期科研成果提出针对性处理方法。

    5. 根据现场测试与室内试验成果,详细提供了桩基、基坑围护、地基处理等各类设计与施工所需的土性参数,并注明不同边界条件下的取值标准。

    6. 针对各建设单元的地层分布特点(局部古河道分布)、结构特性及周边环境条件,结合类似大型展馆、基坑工程、地基处理的科研成果与工程经验,对可能采 用的地基基础方案进行详细分析论证,包括不同桩型与桩长、不同围护方式、不同施工工艺的技术经济论证,在充分论证的基础上提出推荐意见被设计方采纳。

    7. 针对周边环境极为复杂的特点,对各类工程设计施工中应注意的风险及环境控制措施提出咨询建议。

七、结  语

我公司参与世博园区规划、设计与建设中相关科研、岩土工程咨询、地质灾害评估、地震安全性评价、勘察、物探、降水、信息平台建设等工作。以科研为先导,结 合工程实践解决了一系列岩土工程疑难问题,为世博园区规划、设计、施工与管理提供了岩土工程一体化服务与咨询,成效显著。