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首页 > 政务区 > 专题专项 > 科技史志 > 科技志 > 第四篇 应用科技 > 第五章 城市建设科技
第二节 勘察

一、地质调查

工程地质与水文地质调查 19542月,北京市建管局勘测所完成《北京市区地下水等水位线图和地下水埋藏深度图(125万)》的编绘。在苏联专家克雷洛夫的指导下,该所干训班学员和北京地质学院实习生配合,在广泛搜集勘察资料的基础上,进行踏勘、测绘并观测了2404眼水井。

19548月,北京市建管局勘测所完成《北京市水文地质工程地质综合整理报告(初稿)》及附图(110万),获得建国后第一份全面记述北京市西部地区自然条件、水文地质和工程地质条件的资料。

1955年,北京市勘测处设置北京市区及近郊区地下水位83个观测点(1957年又增设137),形成观测网。该观测网北起清河、南至南苑、东起定福庄、西到石景山,定期进行观测。之后又完成《1959年最高水位等值线图(15万)》和《北京城郊区近年(1971年—1973年)地下水最高水位等值线图(15万)》的编制。北京市政府有关部门以此作为工程设计中设防水位的基本依据。

19718月至197212月,中国人民解放军总参谋部507部队完成阜成门地铁车站施工降水实验总结。该成果验证北京地下铁道抽水试验所提技术参数(勘察设计土的渗透系数k值为250/天,验证k值为180/天。设计影响半径r值为1 100米,验证r值为1 660米)是比较安全的。

工程地质条件研究 民国三十一年(1942),日伪建设总署公路局地质调查科在北京开展土质调查,根据东到驹子房,南到南苑,西到门头沟,北到温泉、清河镇的范围内206个取土样点,编制成《北京四郊土质种类图(15万)》。

197610月,北京市地质局地震地质组郑克完成“北京地区地下地质构造及其对地震烈度的影响”(初稿)的研究。1983年又根据19767月在唐山地震现场调查和搜集的大量资料,对该研究成果重新修订和补充。

197711月,北京市勘测处孙秀萍完成《北京城区全新世埋藏河、湖、沟、坑的分布及演变》的编纂工作。

197812月至19829月,北京市地震地质会战办公室第四专题组、北京师范大学地理系等先后完成“全新世温榆河古河道的形成及其演变”、“北京潮白河地区全新世以来水系变迁与构造活动的关系”、“北京市城区以南永定河古河道变迁”、“北京平原永定河古河道”、“北京平原区全新世构造活动调查研究”等研究。

19841月,北京市勘察处周儒忠根据30多年北京地区勘察成果,撰写出《北京城区及近郊区的工程地质条件》论文,重点阐述了北京洪积冲积扇、永定河水系变迁、古都变迁与北京工程地质条件的关系。

二、室内试验

1958年,铁道部科学研究院研制成功轻便剪切仪和应变三轴仪。

19689月,三机部勘测公司土工试验室为了适应三线建设工程勘察的需要,研制成功能在现场取得固结试验数据的轻便固结仪。

1974年,北京市勘测处与北京科仪修配厂、北京市地震队、冶金部沈阳勘察公司共同完成DSZ-100型电磁式振动三轴试验仪的研制。利用该仪器进行大量试验研究后,1976年,北京市勘测处张在明完成“北京地区土动力特性研究”成果。

1976年至1980年,三机部勘测公司等单位联合研制成功SY2-1204位预压电磁振动三轴仪。它可在一台仪器上同时进行4个试样的地基土动力参数试验,大大缩短试验周期,适用于地基土动力参数试验和砂土液化的判定。

19831月至1985511日,北京市勘察处与地质矿产部地球物理及地球化学勘察研究所仪器研究室合作,研制成功GSX-1型工程地质试验数据采集处理系统。该系统可由微型计算机代替试验人员对动三轴(3个参数)、静三轴仪(4个参数)、36台固结仪(36个参数)进行自动测试、采集和处理数据、打印成果及绘制有关图表,提高了试验效率和质量。

19895月,中国兵器工业勘察研究院刘虔与南京电力自动化设备厂合作,研制成功STW-1型土工试验数据采集与处理系统。该系统可采集固结试验、三轴和直剪试验、无侧限抗压强度试验、密度试验、含水量、液塑限、颗粒分析、膨胀、收缩和湿陷等试验数据,并能自动打印和绘制曲线。

三、原位测试

平板载荷试验 195210月,北京市建筑设计院(后改为北京市建筑设计研究院,以下均简称市建院)勘测室在同仁医院进行工程勘察时应用平板载荷试验,结合标准贯入试验,得出地基土的允(容)许压力值。该试验对地基土不产生扰动,可避免采样过程中应力释放的影响,确定的地基承载力可靠。

1962年,北京市勘测处利用254份平板载荷试验资料按不同承压面积(1000平方厘米、2500平方厘米、5000平方厘米和10000平方厘米)对三大类土(一般第四纪沉积层、新近沉积层和人工填土)进行综合研究,发现土的压缩模量与平板载荷试验的总压力之间的密切关系,并与实际建筑物的沉降进行对比,总结出一些经验公式。

1975年初至19765月,由北京市勘测处、市建院和北京市机械施工公司等单位组成的北京市桩基研究小组研究发现,不同加荷稳定标准对桩承载力的影响是微不足道的,因而缩短了压桩试验的时间。

80年代,北京市勘察处和北京市自动化研究所共同研制成自动稳压加压仪(2台)。使用该仪器,如压力荷载不够时,可自动补偿,既保证试验的精确度,又可减轻劳动强度。

标准贯入试验 19526月,永茂建筑公司设计部调研组张国霞研制成功一台标准贯入试验设备,并在同仁医院工程勘察中使用。其贯入器为对开式,锤重为635公斤,落距为76厘米。

1974年,华北勘察院研制成功内抓钩式自动落锤装置,并形成后来广泛应用的标准贯入试验系统设备。

70年代至80年代,北京市勘察院等单位在标准贯入试验技术对砂土的容许承载力、单桩极限承载力、判断砂土液化等方面作了深入的研究,建立了相应的经验公式。

1988年,航空工业部(三机部的前身)综合勘察院在标准贯入试验过程中,总结出变形模量(E0)与击数(N)的经验关系,并应用于生产。

圆锥动力触探 1962年,北京市勘测处张国霞等研制成功钎探试验设备,即轻型动力触探。该设备锤重10公斤、落距50厘米,并应用于生产。70年代中期,研究得出触探深度可以加深到6米的结论。

197112月,北京市勘测处、市建院编制出《北京市平原地区建筑地基设计规定》(1971年试行稿),其中的“北京市区钎探与各类土的kRE’s值关系一览表”,被广泛应用。1986年,修订了《规定》,钎探的应用范围扩大了,精度提高了。

静力触探试验 1964年至1966年,建筑工程部综合勘察院研制成功一台电阻应变式静力触探仪。它可连续读数,精度高,工效高,比钻探取样快数倍,可在现场确定地基承载力,兼有勘探及测试两种功能,并在北京、天津、上海等地工程勘察过程中推广应用。30多年来,经不断改进,实现了液压自动化和电脑处理数据。

1973年至1977年,北京市勘测处研制成功一台反力为20吨的全液压自动记录静力触探试验车(YZC-20型)。该试验车以汽车自重为反力,利用机械进行传动,被天津、上海等地有关部门采用。

19871月,北京市勘察处陈雷等完成微型计算机静力触探数据采集处理系统,并应用于生产。该系统具有自动记录,计算速度快,室外试验携带方便等特点。

旁压试验 1960年至1962年,中国建筑科学研究院(以下简称建研院)地基所黄熙龄等研制成功一台旁压试验仪,可在现场原位测定土体的变形模量。

1970年,五机部勘测公司研制成功WKP-1型旁压仪,解决了地基土承载力评估等问题。该设备一直使用到80年代中期。

1980年至1982年,建研院勘察技术研究所王钟琦等研究成功MIM-1型单腔气压式应变控制自钻式横压仪。该仪器可用冲洗液钻进的普通钻机将探头自动定位,通过液压施加侧向压力,传感器测定横向位移,并设有测纵、横向波速的装置,根据两方向波速的比值,可测土的各向异性,广泛用于测定土的强度、模量和静止土压力系数。因自钻定位,避免土的扰动,比预钻式旁压试验精度高,效果好。

19836月,北京市勘察处张在明发表《一种依据旁压试验结果估算载荷试验沉降量的方法》论文,阐明此法在现场求出旁压模量,经过简便的换算,就可求出一般黏性土中沉降量。

地球物理测试 197411月至1975年初,北京市勘测处完成各类土波速测试研究,为地下管道等抗震计算提供了土动力参数。19752月,辽宁海城——营口地区发生72级破坏性地震后,董津城等对营口地下管道破坏与不破坏的实例进行调查,获取了60余点第一性实测资料,从而得到上述地区各类土的波速值,为地下管道的抗震设计计算提供了依据。

19805月至7月间,北京市勘察处完成夜间地面脉动测试试验研究。该试验采用CD-7S水平拾振器、CD-7D垂直拾振器、CZ-5型放大器和SC-18型光线示波器,利用海军司令部、玉渊潭校尺场、天坛祈年殿西侧、月坛公园等场地进行夜间地面脉动试验,按两个水平方向、一个垂直方向用3个拾振器分别记录,共得到17条曲线,并分别采用零交法和傅立叶级数整理测试结果,从其相关的函数分析中得出了所测试点的地面脉动卓越周期表。

19871月至1989921日,北京市勘察院周光渝等完成“机械阻抗法与反射波法检测桩”的研究。专家鉴定认为:该成果在桩身质检工作中与传统取芯法相比,无损检测法费用效益提高1020倍,工时效益提高60倍;与载荷试验相比,其经济效益提高1015倍,工时效益提高150倍。

1987年至1989年,建设部综合勘察研究院黄建闽等研制成功信号增强波速测试分析仪。该仪器依据电波在介质中的电传播原理,采用微电脑技术,使仪器具有采样、波形显示、波型变换、左移右移、初至波检取信号多次叠加、波幅放大、延迟采样、变更采样率、数据存储、打印等功能。该仪器可通过串、并接口与其他设备进行通讯,解决了波速测试及资料解释的难题。

大型现场直剪试验 1970年至1976年,三机部勘测公司胡湘磐研制成功DJ-I型现场大型直剪仪,可直接在现场滑坡中求得滑带土C值。之后,又研制成功DJ-Ⅱ型现场大型直剪仪,仪器质量轻,试验精度高,结构紧凑,安装操作方便,可提供滑坡防治和滑坡体稳定性评价的重要参数。

1977年至1979年,建研院勘察技术研究所王钟琦等研制成功GC型工程测振仪。该仪器的激振器有竖直激振、水平激振和绕振激振等多种振型;传感器(加速度计)性能稳定;摆动拾振器灵敏度高,重量轻,与放大器匹配好;放大器抗干扰能力强,信噪比高。该仪器批量生产,在国内工业、民用建筑系统中推广应用。

四、工程勘察

元中统三年(1262年),郭守敬完成引水工程的勘测设计,他针对中都(金朝的都城,在今宣武区)至通州陆上运粮的繁重劳动和巨额运费开支,向元世祖忽必烈提议修复从中都至通州的金闸河(通惠河的前身)。元至元二十一年(1284年)金闸河建成。元至元二十九年(1292年),郭守敬主持开凿通惠河,引神山(在今昌平县)白浮泉等水源,将泉水西引,沿西山向南流入瓮山泊(今昆明湖),直入积水潭,沿今北护城河,再经坝河至通州,解决了北京水上通航运粮问题。

1955628日至93日,市政院测钻队完成文津街北海大桥(御河桥)改建工程勘察。最长木桩打入土中1018米,其桩尖持力层为卵石层。729日至112日,在长290米、宽34米的范围作水上压(木)桩试验。这是新中国建立后首次在水上进行钻探、打桩和压桩试验的工程勘察。

19589月至19614月,北京地下铁道工程局钻探队、地质科完成北京地下铁道一期浅埋方案的工程勘察(北京站—苹果园),全长236公里。由于地下水位高出基础10余米,施工难度大,为此提出双排深井泵降水方案,局部为单排,并辅以大口井离心泵降水的建议,是国内最大降水工程之一。地铁路基通过公主坟地段所处第三纪红色砂砾岩时,进行了现场大型试验,提出了强风化-全风化的砂砾岩基床系数K值为12千克~15千克/立方厘米,解决了工程问题。

19581110日至26日,北京市勘测处完成北京火车站工程勘察。针对场地分布着旧沟及古河道的复杂状况,提出挖除全部有机土,将基础砌置在第四系砂质黏土或细砂层上;采用桩基,桩身需打入细砂层以下10米,并进行压桩试验;将土质较差的土层挖除,换填级配砂石,加强基础及上层结构的强度,并进行载荷试验。195976日至813日,针对北京火车站施工中出现的东部三柱基础不均匀沉陷、连续梁开裂情况进行补充勘察,查明该场地东北部为濠沟,其中部临近金闸河故道中心,地层复杂。后与有关部门提出基础矽化加固方案,确保了前期施工成果,并保证了这一重大工程在国庆十周年前如期竣工。

1972724日至91日,北京市勘测处完成“120”(地面卫星站)工程勘察。该工程是由国外设计的一座高重心、大偏心荷载的抗震构筑物,除要求基础板上的差异沉降不得超过1/4毫米外,并要求其操作人员、设备在11级台风条件下可正常操作运转;在遇地震烈度为9度的地震后仍能迅速恢复工作。勘察中,该处为揭示场区土质条件,共完成30米深标准贯入试验孔,30米深取土孔,60米深取土孔,现场测震放炮孔等,总进尺为52375米;还进行了放炮测震、土质分类试验、固结试验、无侧限抗压试验、静力三轴试验、动力三轴试验、水质分析、沉降观测等室内外试验和测试工作。经计算及综合分析,提出采用埋深至少4米的满堂箱形基础,基底下的附加静剪应力和动剪应力应小于许可剪应力和临界动剪应力,必要时对地基上的静力偏心荷载、风荷载、机械转动荷载与地震力的作用进行详细的核算,以保证地基的差异下沉量不超过上层结构所允许的范围;如果上层结构的要求不能满足时,采用摩擦桩将一部分偏心荷载传到埋深12米以下较好的土层中去,以减少地基的不均匀沉降;如果地下水位大量下降,将引起地基的较大下沉,可能危及上层结构的正常运转和安全使用,设计和使用单位应予以重视等。该项工程通过几年的沉降观测,到1976年基础沉降已达到基本稳定。

1983915日至12月,北京市勘察处完成水源九厂选址初步工程勘察。 大屯及洼里两个厂址因位于黄庄——高丽营活动性断裂带上盘附近,地震地质条件差,稳定性也差,经专家论证分析和对比被否定;故对水源九厂另一选址——朝阳区花虎沟进行初步勘察,此厂址位于黄庄——高丽营活动性断裂带的下盘,其稳定性较好,被选定为北京市自来水九厂的建设厂址。

19843月至6月,建设部综合勘察院完成北京正负电子对撞机工程勘察(北京正负电子对撞机场地地基工程地质评价)。该工程除进行钻探和测试工作(包括物探、年代测定、动力反应分析、光弹性贴片测试、变形观测等手段)外,还搜集了八宝山断裂沿线的大灰厂、八宝山地震台的全部观测资料及有关地质资料,特别在垂直八宝山断裂线上基岩覆盖层较厚处仔细追索“活断裂”的踪迹,未发现覆盖层中有断裂的活动痕迹;并又用C14、热释光、强粉、古地磁等测定覆盖层年代为中更新世、晚更新世的土层。对地面运动的反应谱进行正、反演算,复核场地烈度为8度,并参阅国外类似工程的经验。虽然地震部门提出了“迁址”的意见,但工程勘测认为,该工程厂址可不变迁;应加强抗震设防,宜按9度考虑。因该构筑物具有一轻二长三地下的特点(由质量相当于35层楼的质量;350米长的加速器和100米直径圆环对撞部分组成;浅埋于地下78米),虽廊道箱底落在洪冲积粉质黏土上,其承载力标准值为200千帕,但对撞谱仪落在基岩之上,更为安全。它打破了北京地区地震地质之“禁区”,为国家节省3000万元人民币的投资。

1989928日至1120日,中国兵器工业勘察研究院完成恩济里住宅小区工程勘察。由于地基持力层为素填土及新近沉积土,承载力较低,故采用灰土桩和桩土复合地基方案。施工中除采用干密度和轻型动力触探的方法对桩的质量进行控制外,还发现成桩质量与桩锤直径、桩周土含水量、桩的龄期等的关系。

 
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