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1、岩土工程勘察 (下),同济大学 高大钊 2012年4月,1.勘察的前期工作与勘察方案的编制 2.如何正确地确定勘察工作量 3.土工试验技术的基本原理与试验技术 4.原位测试与现场试验的基本试验原理 5.地下水的勘察与地下室抗浮评价 6.勘察资料分析与勘察报告的编制 7.在编制勘察报告过程中如何进行定量计算的讨论 8.关于勘察规范中强制性条文的讨论,勘察资料分析与勘察报告的编制,1. 如何理解参数的统计修正系数 2. 怎样统计抗剪强度指标? 3. 划分土层时如何看待异常数据? 4. 如何处理异常的抗剪强度指标?,如何理解参数的统计修正系数,统计修正系数计算时,公式括号中的正负号如何选择?不利组合
2、具体情况下怎么考虑?除了抗剪强度取负号外,还有那些指标通常取负号?或那些指标可以取负号。,岩土工程参数统计分析与取值是岩土工程勘察内业工作的重要组成部分,是对原位测试和室内试验的数据进行处理、加工,从中提出代表性的设计、施工参数,作为岩土工程勘察分析评价的重要依据。,由于岩土体是自然形成的,其成分、结构和构造都是随机的和不确定的,勘察时的钻孔或原位测试所取得的土样或数据都有相当大的偶然性,采样必然带有随机性。因此,岩土工程参数的分析方法必须建立在随机数学的基础上,采用统计的方法获得具有代表性的参数,对于所得到的岩土工程参数也只能从统计的概念上去理解,才能正确地使用。,统计修正系数是对土性指标的
3、平均值因变异性而进行的修正,平均值乘以修正系数以后称为标准值,标准值是具有概率意义的代表性数值或者称为取用值。,在勘察工作中取土试样或作原位测试测定岩土的性状和行为,其目的是希望了解岩土体的总体的性状和行为,取土试验或作测试工作是一种抽样的手段,而非目的。抽样所得的子样,包括试验的结果和原位测试的结果都是抽样得到的子样,这些子样并非我们的终极目标。例如,我们取土作三轴试验,求得的强度指标仅是所取的土样的性状,这些指标在多大程度上反映了整个土层的实际性状呢?我们感兴趣的不是几筒土样,而是整个土层,需要了解的是整个土层强度的平均趋势,亦就是需要了解强度指标的总体。,如何从子样的数据中得出关于总体的
4、结论呢?这种方法在统计学中称为统计推断,就是从有限的样品的结果出发来估计总体的特征,从特殊的抽样数据来推断一般的总体特征的方法。 在采用统计学区间估计理论基础上,可以得到的关于参数总体平均值置信区间的单侧置信界限值:,为了便于应用,也为了避免工程上误用统计学上的过小样本容量(如n=2、3、4等),在规范中不宜出现学生氏函数的界限值。因此,在1980年代编制建筑地基基础设计规范和岩土工程勘察规范时,通过数据拟合方法求得了下面的近似公式:,概率估计的结果往往给出一个区间,说明你要估计的客观存在的物理量最有可能在这个区间以内。比方说,你要根据试验结果的数据对内摩擦角作出估计,估计客观存在的内摩擦角最
5、大可能存在于711之间。那么能否说你有充分的把握认为内摩擦角的客观存在肯定就在这个区间范围以内,其实也并没有100的把握,你还得回答有多大百分比的把握,这个百分比与上面所说的“置信概率”互补,如果置信概率是5,就说明你有95的把握估计是在这个区间范围以内,还有5的可能性会大于这个区间的上限或小于这个区间的下限。这种估计称为双侧置信区间界限的估计。,怎样统计抗剪强度指标?,用抗剪强度试验的资料如何计算土的抗剪强度指标?为什么不同的规范所用的方法不一样,它们之间有什么区别?,如对n组土样,每组切取k个试样,每个试样在不同的周围压力(三轴试验)或不同的竖直压力p(直剪试验)下剪切至破坏,试验结果可以
6、得到 nk个相应的抗剪强度值。 利用试验结果计算抗剪强度指标的标准值,一般有三种方法:, p,第一种方法将相同应力条件下的抗剪强度值 求得k个平均值 ,再用作图法画出平均的摩尔库仑包线,求得平均的凝聚力和内摩擦角,或者用回归统计的方法求包线的两个参数的期望值和标准差:,第二种方法是对每组k个试样的抗剪强度值用作图法或统计的方法求得每组的凝聚力和内摩擦角,然后分别将n个凝聚力和n个内摩擦角数据计算平均的凝聚力和内摩擦角及其标准差:,第三种方法是将m=nk组应力和强度的数据进行直线回归统计,回归方程的两个参数即为平均的凝聚力和内摩擦角, 同时也可以求得凝聚力和内摩擦角的标准差:,用这三种方法求得的
7、抗剪强度指标数值可能并不完全一样,岩土工程界对这三种统计方法的看法也并不一致。 建筑地基基础设计规范(GB 50007-2002)采用第二种统计方法,土工试验规程(SL237-1999)同时采用第一种统计方法和第三种统计方法,不过这本规程所列的第三种方法只适用于直剪试验的成果分析。,划分土层时如何看待异常数据?,粉质黏土中往往夹有薄层粘土,在整理数据时粘土的数据要不要剔除呢,有人认为不应该剔除,这样才能反应土层的真实情况,有人认为应该剔除,既然定了粉质粘土就应该剔除粘土的数据,不知高教授有何看法啊。,我们地区最近出了一本“审查员手册”,里面明确有这么一条 规定:“不同状态的土不能划分在同一层”
8、而执行这一条的依据就是按液性指数来划分,也就是说严格按1来划分,不能“越界”,也就是在统计表中如果硬塑土绝对不能出现0.25的数,可塑土绝对不能出现0.75或0.25的数,否则就要重新分层。,有人认为,状态不同,都不能分为一层,比如粉土,孔隙比e=0.750.9是中密,那么如果是一层,就不能有孔隙比小于0.75或者大于0.9的。 实际都是稀里糊涂地统计呢。有的甚至很随意的剔除,比如粉土的孔隙比对承载力影响比较大,就把孔隙比大的剔除掉,然后给个小的。 变异系数多大才算是大呢?,讨论的是工程勘察中一个非常重要的问题,涉及许多基本概念,怎样认识和处理反映自然形成的土层所具有的物理力学性质?怎样看待土
9、的分类指标、状态划分的指标?岩土工程师应该具备什么样的数据处理与运用数据处理结果的基本素养?变异系数究竟是一个什么样性质的指标?土层的定名和分类对工程究竟有什么样的影响?,怎样认识和处理反映自然形成的土层所具有的物理力学性质? 土层是在漫长的地质年代里自然形成的,土层物质的来源、搬运物质的自然营力的性质与规模、土体沉积以后的成土环境等等都是变化的、基本上是无序的、随机的。因此从根本上说,土层总是非均质的、其性质是随机变异的,但人们要利用土作为工程的地基、材料或环境,需要进行设计和施工,就不得不对土体进行适当地划分,分为几个相对比较均匀些的土类或土层,采用一些代表性的指标来描述其物理力学性质,以
10、便于设计与施工。,但无论怎么划分,无论采用什么方法,总与人工材料不同,客观世界并不随我们在规范的规定而变化,于是就出现了在划分为粉质黏土的土层中,可能有几个指标的塑性指数大于17,划分为中密的粉土中有几个比较大的孔隙比等等,其实这是非常正常的事,不值得惊动审图,惊动了审图还是没有办法解决大自然的不均匀性质。,怎样看待土的分类指标、状态划分的指标?前面说过为了设计与施工的需要,不得不将本质上是非均质的土体人为地划分为几个相对均匀的土类或土层。于是人们就研究土的分类的方法、状态划分的方法、密实度划分的方法,就产生了各种规范的规定。但自然界并不买账,它不会服从哪一本规范,无论哪一种方法都可能存在照顾
11、了这一头,又拉下另一头,顾此失彼的现象。,所以最要紧的是我们使用规范的工程师不要把规范看成绝对真理就可以了。举个例吧,粘性土按液性指数划分为硬塑、可塑和软塑三种状态,有的规范采用三分法,平均地各取三分之一。而建筑地基基础设计规范采用0.250.75是可塑,小于0.25是硬塑,大于0.75是软塑这种非等分的方法。这个可塑与硬塑之间其实并没有非常严格的界限。,岩土工程师应该具备什么样的数据处理与运用数据处理结果的基本素养?既然自然界那么复杂,试验的结果又是那样离散,因此岩土工程师如何处理和运用数据就非常重要。我们不怨天尤人,既然我们所面临是天然材料,比人工材料复杂得多,那我们就应该采取积极的态度,
12、学习和掌握随机数学的基本概念和实用的数据处理方法去处理岩土工程的数据,从中总结规律性的认识以指导我们的工程实践。,变异系数究竟是一个什么样性质的指标?你们说:“好像有句话说:如果统计后的变异系数较大,就要考虑分层是否合理了。”这反映了一个现实情况,是对变异系数的误解与曲解的反映,是岩土工程师的随机数学基本素养不足的表现。,变异系数变化的范围相当大,显示出影响变异系数的因素比较复杂。 各种不同的物理力学指标的变异系数变化范围并不相同,物理指标的变化范围一般小于力学指标。 变异系数的数值主要反映了土的成分与结构的不均匀性对土性指标的影响,即使划分为同一土层,成分与结构的不均匀性使土的物理力学指标呈
13、现出比较大的变异系数。,规范给出了变异系数的评价界限值并不是给出一种“判别是非”的标准,变异系数很高并不说明这个试验就存在问题或就不合格。根据变异系数不能简单地作为评价勘察试验质量的标准。不管作为试验是否合格?分层是否正确?数据是否需要剔除?按上述规范给的变异系数界限来判定都是不对的。,土层划分的基础应该是野外鉴别描述结合土工试验指标,划分土层以后,在一层土中出现塑性指数跨越分类界限怎么办?野外描述是黏土,试验结果是塑性指数大于17的是多数,有少数试验结果小于17怎么办?如果有规律性的存在,可以定名黏土夹粉质粘土薄层或夹层,如果规律性不强,则定名黏土含粉质粘土,其实17的界限是人为的界限,而且
14、不同分类标准的界限又是不同的,这样处理对工程没有太多的问题。,至于状态或密实度是在分层的基础上的描述,可以根据液性指数的数值分布描述为可塑软塑,硬塑可塑等都是很正常的,不应该按液性指数再划分亚层,完全没有这种必要,而且液性指数划分状态界限也完全是人为划分的,并没有充分的客观依据。 划分土层的依据是土的类别,例如是砂还是粘性土,是粘土还是粉土等等;而液性指数是对土的状态的评价,不是对土分类,不是土层划分的依据。,如何处理异常的抗剪强度指标?,每一剪切试验会得到一组c、的测试结果。在进行数理统计时如果发现一组测试结果中的c(或)值为异常数据,是把该c(或)值单独剔除而保留其 (或c),还是应该把整
15、组c、 值予以剔除?,你提出了资料整理的一个基本问题,即如何处理离散性比较大的数据,主要应该处理的是实测数据,而不是统计得到的指标。由于粗差的存在,使实测数据离散性比较大,首先应该从数据的试验、采集上进行检查,剔除存在明显错误的数据,如果发现不了错误的原因,就按3倍标准差原则剔除,其理论依据是大于或小于3倍标准差的数据出现的概率非常小,由此可以判为小概率的事件,即“不可能事件”,由此可以删除。,在抗剪强度试验中,实测的误差反映在画强度包线时,有些点偏离太大,可能是因为试样密度有差异,或剪切面上夹砂,就应剔除这些试验点,一旦给出了c和的数值,在分别统计c和时发现某些指标的离散性比较大,这时再剔除
16、指标就不应该了。同时,客观上c和的变异性本来就是不一样的,内聚力的变异性远大于内摩擦角,此时更不能再采用上述的数据处理原则来剔除统计结果的数据。,如何评价这个场地的稳定性?,苏州某工程为13层框、排架结构厂房,场地15m深范围内普遍存在厚薄不等的淤泥质粘性土(110m左右),其下为中密的砂性土,拟采用桩基础,按岩土工程勘察规范(GB50011-2001)的规定,场地属对建筑抗震不利地段。,但在进行场地和地基稳定性评价时,能否认为场地和地基的稳定性良好呢?似乎不能,本人觉得场地和地基的稳定性不能认为良好,应该是“区域地质稳定性较好,而须经处理(包括桩基础)后,仍然适宜或可以进行工程建设“这样表述
17、,请问您认为应该怎样?,如何评价拟建场地,其实从几个不同的角度来评价,评价的侧重点可能是不同的,应该分别评价而不能混淆了。 首先是从静力设计的角度进行评价,静力设计是每个工程项目都必需做的工作,是普遍性的原则。在为静力设计提供勘察资料时,主要从两个方面评价,一是场地的地质稳定性,评价有何不良地质作用,有没有滑坡、泥石流、岩溶或土洞等;二是场地是否存在特殊性岩土,有没有软土、黄土、冻土和盐渍土等需要工程处理的土层。,如果场地处于不需要地震设防的地区,则只要进行前面所说的评价内容;而对抗震设防地区,仅进行静力的评价是不够的,还需要从地震设防的角度进一步进行评价。必需说明的是,即使是在地震区,前面所
18、说的为静力设计提供的评价仍然是需要的,为抗震设计提供的评价不能代替静力设计的评价。为抗震设计所提供的评价也有两个不同的内容:一是地段的划分,二是场地类别的划分。这两种划分的目的不同,方法不同,结果也不相同。,诚然,由于这些评价工作都涉及地质条件,都与土层的工程性质有关,因此非常容易混淆,弄成张冠李戴。例如有的网友将本来是有利地段的场地,因为建筑物的荷载比较重而需要采用桩基,认为就是不利地段了。将静力设计的正常措施与抗震问题混淆了。,在讨论了上面这些问题以后,就可以判定你所说的这种场地并不属于区域地质稳定性有问题的地质条件。无论从抗震或静力设计角度分析,都不应该说是不利的或者说是不适宜于建筑的场
19、地,而是很一般的场地,需要采用桩基并不说明就不适宜建筑或者是对抗震就是不利的条件。,你的评价基本可以,但语气不合适,采用桩基并不说明场地的稳定性有问题,采用桩基是基础设计中非常普通的一种技术措施,并不是经过桩基处理后才成为适宜于建设的场地,它本来就是适宜于建设的,采用桩基础的工程场地也是适宜于建设的场地。不能讲只有可以采用天然地基时才是适宜于建设的场地。,柱状图与剖面图哪一个更重要?,高老师我们在有些地方做工程勘察,当地审图中心要求在勘察报告中每一个钻孔柱状图都要放在报告中,其实在工程地质剖面图中已反映了地层结构,在综合钻孔柱状图中已描述了土性,而且该区域地层变化本来就小,请问有没有必要!我本
20、人认为没有必要,而且浪费资源!,从建设部关于审图的规定来看,主要目的是贯彻强制性条文。报告的表达方法不是强制性条文,似乎不在审图范围以内。 在报告中要求给出柱状图,是国标岩土工程勘察规范的规定。,其实,柱状图比剖面图重要,在国外的岩土工程报告中,一般只给柱状图,而没有剖面图的,因为两个钻孔之间的情况如何,谁也不清楚,画这条直线也是随意的,你知道是直的还是曲的?但我们中国习惯给剖面图,那就就给吧,可能给不了解岩土工程的人看起来方便些。,勘察报告中如何提供基础方案的建议?,要做好基础方案的建议,提出符合实际的方案,必须正确掌握地质条件,熟悉各种类型基础的适用条件,同时还必须了解上部结构的特点及要求
21、。在勘察单位工作的岩土工程师,掌握地质条件方面具有优势,但对上部结构的了解可能不太具体,对各种基础类型的适用性不太熟悉,因而造成种种困难与误解。,条形基础和筏形基础各适用于什么条件?是不是地下室必然采用筏形基础?筏形基础与箱形基础又有什么区别? 浅基础根据它的传力特性可以分为独立基础、条形基础(包括十字交叉条形基础)、筏形基础、箱形基础等。无筋扩展基础可以采用砖基础、三合土基础、素混凝土基础和毛石混凝土基础等比较低廉的基础材料外,绝大多数的基础材料都是使用钢筋混凝土。,钢筋混凝土独立基础主要用于柱下,也用于一般的高耸构筑物,作为如水塔、烟囱等构筑物的基础。独立基础的构造形式通常有现浇台阶形基础
22、、现浇锥形基础和预制柱的杯口基础,见图12-7。杯口基础可分为单肢和双肢的杯口基础,分别适用于单肢柱和双肢柱的情况。还可以分为低杯口基础和高杯口基础。轴心受压柱下基础的底面形状为正方形;而偏心受压柱下基础的底面形状为矩形。,钢筋混凝土条形基础分为墙下钢筋混凝土条形基础和柱下钢筋混凝土条形基础。柱下钢筋混凝土条形基础又可分为单向条形基础和十字交叉条形基础,其构造分别见图12-8 和12-9。,当地基承载力较低,采用柱下钢筋混凝土独立基础的底面积不足以承受上部结构的荷载时,可将几个柱子的基础连成一条构成单向的柱下条形基础;条形基础必须有足够的刚度将柱子的荷载均匀地分布到扩展的条形基础底面积上,并且
23、调整可能产生的不均匀沉降。当单向的条形基础底面积仍不足以承受上部结构荷载时,可以在纵、横两个方向将柱基础连成十字交叉条形基础。,当采用墙下条形基础或柱下十字交叉条形基础仍不能提供足够的基础底面积来承受上部结构的荷载时,可采用钢筋混凝土满堂整板基础,称为筏形基础。筏形基础比十字交叉条形基础具有更大的整体刚度,有利于调整地基的不均匀沉降,能适应上部结构荷载分布的变化。结合使用要求,筏形基础特别适用于采用地下室的建筑物以及大型的储液结构物(如水池、油库等)。,但地下室不一定都得采用筏形基础,如果地基土的承载力比较高,采用独立基础或条形基础的基底面积足够支持建筑物的荷载,此时地下室的底板就没有传递上部
24、结构荷载的功能,只具有将地下室底层的楼面荷载传递给地基土,同时还需要具有防水、防潮的功能,此时底板厚度也不需要很厚。,箱形基础由钢筋混凝土底板、顶板和纵、横向的内、外墙所组成,具有比筏板基础大得多的抗弯刚度,可视作绝对刚性,沉降非常均匀,其相对弯曲通常小于0.33 。箱形基础的一般构造如图12-11所示。为了避免箱形基础出现过大的整体横向倾斜,应尽量减少荷载的偏心,采用箱基悬挑或箱基底板悬挑可以有效地减少荷载的偏心。,当地基承载力比较低而上部结构荷载又比较大时,箱形基础可以作为一种方案。但由于箱形基础有许多内隔墙,使地下室的空间比较小,对使用有一定的影响。箱形基础的埋置深度比较深,基础空腹,挖
25、去的土比箱形基础的自重大得多,卸除了基底处原有地基的自重压力,从而大大地减小了作用于基础底面的附加应力,减小了建筑物的沉降,这种基础称为“补偿式基础”。,由于箱形基础的内隔墙很多,地下室的空间比较小,不适宜于作为地下商场或地下车库使用,因此近代建造的地下室采用箱形基础的就比较少了。 采用箱形基础有效调节不均匀沉降的工程实例首推上海展览馆,这座具有俄罗斯民族风格的展览馆外貌见图12-12,建于1954年,采用天然地基上的箱形基础,箱形基础面积46.5m46.5m,高度7m,而埋置深度仅0.5m,箱形基础的大部分设置在地面以上,成为大厦的台座。,是不是在筏板下布置了桩就称为桩筏基础?,首先讲“桩”
26、,桩筏基础是指桩与筏板共同工作的,因此这里的桩是建筑物的一种传力构件,具有抗弯、抗剪能力,能承受压力、上拔力和水平力,因此必然是钢筋混凝土的或者是钢桩,且与承台有连接的构造要求。,现在有不少称为“桩”的,如水泥搅拌桩、CFG桩、粉喷桩、砂石桩等等都仅是地基的竖向加固体,它们不具有抗弯、抗剪能力,不能承受上拔力和水平力,与承台没有构造要求的连接,故其基本属性不具有桩的基本特征。因此,凡是在筏板下采用这种地基处理的工程都不属于“桩筏基础”。,再说筏板的作用,有的工程如果桩布置在承台下或基础梁下,上部结构的荷载直接由承台或基础梁传递给桩,并不是通过筏板将荷载传递给桩或地基土的,在筏板下面并没有设置桩
27、。则这种筏板仅作为地下室的底板,起防水、防潮的作用,只承受地下室最底层的楼面荷载、底部土反力与水浮力的作用,并不分担上部结构的荷载。由于没有桩土分担荷载的条件,故这种基础也不能称为桩筏基础。,对筏板将上部结构的荷载传递给桩顶的情况,也有两种不同的设计理念: 一种设计理念认为荷载全部由桩来承担,不考虑筏板与地基土之间的荷载传递作用。还有一种是同时考虑筏板与地基土之间的传力作用。 因此可见,桩筏基础是从荷载传递和结构分析角度划分的一种基础类型,这种基础类型的划分决定了基础设计的主要原则与基本方法,而并不是将筏板加桩的基础统统都称为桩筏基础。,因此认为只有后面这种设计模式才能称为桩筏基础,即桩和筏板
28、共同承担荷载的才能称为桩筏基础。 第一种设计理念为什么不考虑筏板与地基土之间的荷载传递作用? 筏板与桩共同承担荷载的作用需要有一定的条件,如果不具备这种条件,计算时即使主观上考虑了筏板的分担作用,但实际上却没有发生分担作用的客观条件。显然,这样的设计是偏于危险的,减低了桩的安全度。,桩土共同作用需要什么条件?所谓桩土共同作用,实际上主要是取决于能否充分地发挥桩间土的承载能力,也就是桩土的分担作用。由于桩、土具有不同的刚度,桩土分担的荷载是按桩土的刚度来分配的,桩的刚度越大,桩的变形越小,则桩所承担的荷载比例就越大。要发挥桩间土分担荷载的作用,必须减小桩的刚度,增大桩的变形。因此,为了形成桩土共
29、同作用,不能采用端承桩,桩必须支承在不太硬的桩端土层上。,什么是深基础?什么是浅基础?,这里提出了什么是浅基础的问题,在一些教材中,一般认为埋置深度小于某个数值,或埋置深度与基础宽度比值超过某个数值,但这种划分的方法没有反映浅基础与深基础的本质区别,特别在当代工程规模的条件下,由于高层建筑的大量兴建,地下空间的开发利用,地下室的埋置深度越来越深,这种分类思路的缺陷是十分明显的。,关于深基础和浅基础的区别,有两种考虑,一种的是按基础的埋置深度或者是相对的深度D/B划分,另一种是按施工方法的不同来划分。 在当代工程规模的条件下,表12-1的分类方法都不适用了。多层地下室的兴建,已经打破了上述界限,
30、基础的埋置深度已经深达20余米,但仍然是按照浅基础的原则设计的,说明上述分类方法并没有反映浅基础和深基础的根本区别。,“梅耶霍夫在1951年曾经指出,地基承载力取决于地基土的物理力学性质(密度、抗剪强度和变形性质),取决于地基中的原始应力和地下水的情况,取决于基础的物理性质(基础尺寸、埋置深度和基底的粗糙程度),而且也取决于建造基础的方法。” 梅耶霍夫指出了深基础和浅基础的建造方法的差别对承载机理的影响。,施工方法的差别对基础的承载性状有重要的影响,浅基础采用敞开开挖基坑的方法,浇筑基础后再回填侧面的土,因此不能考虑侧向原状土层对基础侧面的摩阻力,不考虑对地基承载力的贡献。而深基础采用挤压成孔
31、或成槽的方法,然后浇筑混凝土或者采用挤压的方法将深基础直接置入土中,即使采用人工挖土的方法,也是在形成的孔中直接浇筑混凝土这种施工方法使桩(墙)壁与侧面天然土体直接接触,侧向土层的制约作用非常明显。,深基础周围的土体可视为原状的土体或者比原状土的强度更强一些的土体,可以发挥对承载力的贡献。而浅基础周围填筑的的土体已经完全扰动了,在狭而深的施工空间中填筑的质量很难控制。因此深基础的侧面可以传递剪应力,而浅基础则不能考虑侧向的摩阻力的作用。这是深基础的设计计算方法不同于浅基础的最主要的原因。,一般说“天然地基上的浅基础”,但采用浅基础的工程也不一定必然采用天然地基。如天然地基不能满足要求,对地基采
32、用各种方法处理以后,这种加固以后的人工地基当然不能称为天然地基,但基础仍然是浅基础。 处理过的地基的人工地基,地基承载能力有了提高,压缩性有所降低,而基础的型式可能仍然是原来所考虑的型式,可以是独立基础,可以是条形基础,也可能是筏板基础,基础设计的方法没有变化。,在编制勘察报告过程中如何进行定量计算的讨论,1. 设计需要勘察报告提供每层土的地基承载力吗? 2. 设计需要勘察报告提供扣除负摩阻力以后的单桩承载力吗? 3. 设计需要勘察报告提供考虑液化折减以后的单桩承载力吗?,4. 设计需要勘察报告按照沉降计算的点提供相应钻孔的压缩曲线吗? 5. 设计需要勘察报告提供软弱下卧层强度验算的结论吗?
33、6. 设计需要勘察报告提供不均匀沉降的计算结果吗?,设计究竟需要勘察报告提供什么样的参数和结论? 在岩土工程实践中的一些习以为常的做法以及从中反映出来的一些习惯的观念,都使人不得不深深地担忧,有些做法已经背离了岩土工程勘察的根本目的,提供了设计根本不需要的参数和结论,也不符合土力学的基本原理,不仅对提高勘察质量没有帮助,在有些情况下还是有害的。,在勘察报告中不但要求分层提供深层土的浅基础地基承载力,而且还要求提供软弱下卧层验算的结论;要求提供的单桩承载力中必须扣除负摩阻力,对液化层的摩阻力也要求必须乘以折减系数;还要求提出建筑物的不均匀沉降是否满足要求的结论等等。,岩土工程勘察规范对勘察报告的
34、内容的规定,岩土工程勘察报告应根据任务要求、勘察阶段、工程特点和地质条件等具体情况编写,并应包括下列内容: 1. 勘察目的、任务要求和依据的技术标准; 2. 拟建工程概况; 3. 勘察方法和勘察工作布置;,4. 场地地形、地貌、地质构造、岩土性质及其均匀性; 5. 各项岩土性质指标,岩土强度参数、变形参数、地基承载力的建议值; 6. 地下水埋藏情况、类型、水位及其变化; 7. 土和水对建筑材料的腐蚀性; 8. 可能影响工程稳定性的不良地质作用的描述和对工程危害程度的评价; 9. 场地稳定性和适宜性的评价。,对岩土工程评价,岩土工程勘察规范提出了如下的要求:,1. 充分了解工程结构的类型、特点、
35、荷载情况和变形控制要求; 2. 掌握场地的地质背景、考虑岩土材料的非均质性、各向异性和随时间的变化,评估岩土参数的不确定性,确定其最佳估值;,3. 充分考虑当地经验和类似工程的经验; 4. 对于理论依据不足、实践经验不多的岩土工程问题,可通过现场模型试验或足尺试验取得实测数据进行分析评价; 5. 必要时,可建议通过施工监测、调整设计和施工方案。,岩土工程勘察规范对岩土工程评价的要求,是从方法论的角度,首先提出了对工程结构的类型、特点、荷载情况和变形控制要求的“充分了解”,要求对参数确定最佳估值,充分考虑当地工程经验,结合现场模型试验或足尺试验数据,以及施工实时监测数据。,既然岩土工程勘察规范没
36、有提出必须分层提供深层土地基承载力的规定,也没有要求在勘察报告中验算软弱下卧层强度,更没有要求在勘察报告中必须提供沉降计算的结果,那为什么会出现如各地的网友所反映的这些情况呢?为什么审图意见中出现了这样一些不合适的意见呢?究其原因,不外乎体制和技术两个方面。,从体制方面说存在两个问题,一是如果我国实行的是市场经济国家所实行的太沙基岩土工程顾问咨询体制而不是计划经济年代延续下来的勘察与设计分离的体制,那就不会出现这种勘察与设计严重脱节的现象;二是如果我国实行是技术法规与技术标准相结合的技术控制体制而不是目前我国采用的强制性条文与施工图审查的体制,技术控制只监督技术法规的执行,而不是随意地扩大到对
37、技术标准的条文实施也进行监督,那也不会闹这种笑话了。,从技术方面说,出现这种现象的原因是有些工程勘察人员以及审图人员缺乏必要的工程技术知识和土力学的素养。对地基基础设计的过程和特点不甚了解,再加上受一些似是而非的“技术标准”或“手册”的内容影响,以为这样做就是在做地基基础设计了,增加了这种“定量”计算的内容能提高勘察报告的水平,能提高勘察工作的地位。但实际上,这种做法的结果却伤害了岩土工程勘察的信誉,伤害了技术人员的积极性。,设计需要勘察报告提供每层土的地基承载力吗?,太湖地区冲湖积平原厂区勘察,建筑物主要为厂房(最大单柱荷重2000kN)及办公楼(最大单柱荷重4000kN),拟采用的结构型式
38、厂房为排架结构,办公楼为框架结构,浅基础。 根据本地区地层及拟建建筑物特征,勘探点布置的深度为10-15m,为满足抗震规范对场地类别的判别,其中选3个钻孔加深至20m。,通过勘察查明场地揭露深度内均为Q3地层: 0-4.5m 粘土,可(硬)塑,fak=200kPa, Es=6.68MPa 4.5-6.5m,粉质粘土,可塑,fak =140kPa, Es =5.55MPa 6.5-10.5m,粉土,中密,fak =140kPa, Es =8.58 MPa 10.5-16.50,粉砂,中密,fak =200kPa,Es =10.45 MPa,3个加深钻孔揭露的地层为: 16.50-19.00,粉质
39、粘土,软塑, Es =4.17MPa 19.00-20.00,粘土,可塑, Es =7.31MPa 经验算,当采用独立柱基,基础宽度取4.5m时,基础埋深取1.5m,地基土承载力可满足要求;地基压缩层厚度小于10m。,由于加深钻孔深度仅为通过土类估算20m以浅的剪切波速,以满足对场地类别判定的要求,故每层仅取3个原状样品,未提供地基承载力特征值。但我院审核人认为揭露深度内的地层均要提供地基承载力特征值。请问16.50m以深的粉质粘土及粘土层有必要提fak吗?,根据这两幢建筑物的性质和荷载的大小,勘探深度1015m就能满足天然地基浅基础承载力计算和沉降计算的要求。将部分钻孔深度增加到20m,完全
40、是为了测定剪切波速以计算等效剪切波速,确定建筑场地类别。因此,加深的钻孔资料,即对16.5m20.0m范围的土层并不需要评价地基承载力。但是,在我国工程勘察界,却有一个不成文的潜规则,就是勘探孔深度范围内揭露的土层,在勘察报告中都要提供地基承载力特征值fak,不管这个土层的埋藏深度有多么深。,你们院的审核人就是按照这个潜规则提出这个意见的,但并没有什么道理,也没有什么可以查到的规范依据。 其实,对于独立柱基,不可能将埋置深度定到15m以下,评价了地基承载力又有什么用处?同时,对那样深的位置,对独立柱基,用浅基础的地基承载力计算公式或用经验方法得到的地基承载力能符合实际工程条件吗?因此,你的看法
41、是对的,不能认为土样取得越多越好。,在这个案例中,基础选型已经比较明确,基础埋置深度也能确定,哪些土层是主要土层,应该比较清楚了。所以,你对16.5m以下的土层,不按主要土层的要求取土,也不需要提供地基承载力的建议值,这是符合强制性条文规定的。,在没有明确基础埋置深度的情况下,按照潜规则计算承载力时,是假定将这个土层提到地表处,假定一个虚拟基础的埋置深度(例如 1.0m)和宽度(例如1.5m),用规范的公式进行地基承载力计算,将结果作为在这种标准条件下得到的地基承载力提供给设计使用。并建议设计时按实际埋置深度通过深宽修正的方法修正到实际深度的地基承载力。这是目前流行的一种做法。,这种将深层土分
42、层地按浅基础地基承载力的计算方法提供每层土地基承载力数值的做法,大家也习以为常了,也都见怪不怪了。我总感觉到有些不妥,但对勘察界的这种流行做法也不好断然地否定。我曾经请教过一些勘察界的老朋友,他们对这种做法也很不以为然,但都说不清楚究竟是从什么时候开始这么做的,这样做的依据是什么。,现在的勘察报告是按不同深度的土层分层提供地基承载力,其实质是基本条件(小压板,无埋深或假定为标准条基)下的地基承载力。我的问题是国外是否也是这样做;一般我们是把深层土假想为在地面处提供地基承载力,看了几本土力学教材也只是讲天然地基浅基础承载力公式,多未讲天然地基深基础承载力公式,这是为什么?,看四份岩土工程报告,其
43、中两份是国内的,两份是由国外岩土工程师编写的,一份在国外,一份在国内。 某冲压机车间 某电厂扩建工程 美国加州的一个超市 国内的一个商城,实例1.1-1软土地区某冲压车间压机基础的岩土工程勘察,压机基础尺寸为24m86.5m,基底总压力为204kPa,采用桩基础。考虑3种不同桩长的方案,桩的入土深度分别为45m、60m和65m,桩端持力层分别为第b、第 b、和第层,因此钻孔深度91.45m,勘探深度范围内揭露了十多层的土层。,对于这样的一个项目,已经明确采用长桩基础的工程,还要在勘察报告中分层地提供那么多土层的地基容许承载力,不知道其目的究竟是什么?地基基础设计根本不需要这些土层作为天然地基的
44、持力层,也不需用这些土层的地基承载力进行设计。特别是这些深层土的地基承载力,用浅基础地基承载力公式计算得到的这些数据既没有什么用处,也没有什么物理意义,显然是多余的。,实例1.1-2国内某电厂扩建工程的岩土工程勘察报告。主厂房为框架和排架结构两种结构型式,采用天然地基方案,勘探孔深度39m42m,揭露了9层土层,对各个主要土层均进行了地基承载力的分析与计算,地基容许承载力的综合建议值。,这份资料的特点是已经明确采用天然地基上的浅基础,设计主厂房的基础埋置深度为6.5m,基底最大压力为200kPa。第1层土层的埋藏深度正好在6.5m左右,对表1-2中所提供的地基承载力进行深宽修正以后的地基承载力
45、也大于基底最大压力,因此采用1层作为主车间基础的持力层是可行的。,实例1.1-3这是一份美国加州某超市的岩土工程报告。建设场地的面积为74000m2,建筑面积为21500m2,结构为单层排架。由结构自重产生的柱荷载为:内柱385kN,外柱267KN;由活荷载所产生的柱荷载为680kN,地坪均布荷载为7.3kPa,最大集中荷载为23kN;承重墙荷载为181.4kN/m272.1kN/m,非承重墙荷载为22.3kN/m90.7kN/m。,实例1.1-3这是一份美国加州某超市的岩土工程报告。建设场地的面积为74000m2,建筑面积为21500m2,结构为单层排架。由结构自重产生的柱荷载为:内柱385
46、kN,外柱267KN;由活荷载所产生的柱荷载为680kN,地坪均布荷载为7.3kPa,最大集中荷载为23kN;承重墙荷载为181.4kN/m272.1kN/m,非承重墙荷载为22.3kN/m90.7kN/m。4,该场地典型的土层柱状图见图1-1,基础设计所需的地基容许承载力数值见表1-3。这份报告表明,岩土工程分析需要以确切的上部结构传至基础的荷载为依据,才能进行必要的计算。对于地基承载力,对于采用天然地基的项目,只需要分析持力层的地基承载力,不需要分层提供每层土的地基承载力。资料也表明,评价地基承载力时,如果采用极限承载力公式计算,可以按照不同的荷载组合,分别采用不同的安全系数。,实例1.1
47、-4由国外的岩土工程师为外商投资建于国内软土地区的某商城编写的岩土工程报告。该商城场地面积18600m2,周边长度160m105m。建筑物全景见图1-2,由北、东、西三个塔楼和裙房组成,北塔楼地上48层,框剪结构,基础尺寸55m43m,基底平均压力为350kPa;东、西塔楼均为地上32层,框剪结构,东塔楼基础面积32m72m,,基底平均压力为265kPa,西塔楼基础面积32m55m,基底平均压力为265kPa;裙房为地上8层,框架结构,基底平均压力为150kPa。全部采用筏板下的桩基础,满堂布桩,桩径500mm、壁厚9mm的钢管桩,桩长35m,单桩承载力1330kN。北塔楼的基坑开挖深度为7.
48、5m,东、西塔楼为6.5m,裙房为4.5m。,提供分层承载力的主要问题,1.将勘察报告的结论建立在缺乏物理概念的基础之上; 2.在工程中采用这种方法确定地基承载力,存在许多无法估计的不确定性,可能是安全隐患,也可能会造成资源浪费;,3.将在基础埋置深度不深的历史条件下得到的深宽修正的经验方法,推广到10余米以致20多米的深度,对所引起的可能问题没有充分地估计; 4.由于高层建筑的大量采用,基础埋置深度的急剧增大,由于确定地基承载力方法的不科学性带来的问题日益严重; 现在应该冷静地分析和考虑如何解决这个问题。,近年来,在有些地区分层提供地基承载力的做法也已经发生了某些变化,但很多地区仍然继续沿用
49、着这种目的性不是非常明确的做法。有些埋藏深度非常深的土层,例如,进入勘察视野的原因可能是由于桩基方案的需要,作为桩基持力层或者是桩基的压缩层,根本不可能作为天然地基的土层,但在勘察报告中也都必须提供分层地基承载力不可。这种做法是否符合设计的需要?,为什么要分层提供地基承载力?我曾经向业内一些工程师请教,他们说是结构工程师需要了解各个土层的性质,如果不提供分层地基的承载力,结构工程师就无从判断各个土层工程性质的好坏。这话初听似乎有道理,但仔细一想,却未必真有道理。其实在勘察报告中分层土提供的工程性质指标,已经很充分地显示各层地基土的工程性质特点,结构工程师如果具有一定的土力学知识,根据这些指标已经可以据以作出判断。,这种做法是在勘察与设计分割的体制下的产物,应当是毫无疑问的。在几十年前,工程的规模不大,基础的埋置深度不深,勘探孔的深度也比较浅,采用这种方法还说得过去。但现在的工程规模大,基础埋置深度很深,勘探孔的深度都可能达到50m以下,在这样的条件下,再采用这种分层提供浅基础地基承载力的做法,就没有必要,也缺乏根据了。,设计需要勘察报告提供
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