l岩土工程评价与设计方法讲座 第一部分岩土工程评价方法（下）同济大学 高大钊2011年6月 五五. . 勘察报告中的岩土工程评价勘察报告中的岩土工程评价l1. 地基承载力评价l主要讨论勘察报告中提供的是什么样的 地基承载力，怎么使用这些承载力的数 据，用什么方法提供地基承载力。l2. 场地的均匀性评价l主要讨论均匀性评价的目的究竟是什么 ，怎样看待均匀性问题和怎样评价地基 的均匀性。1.1.地基承载力评价地基承载力评价l勘察报告提供的地基承载力特征值仅是强 度参数还是同时满足强度与变形要求的综 合参数？用承载力公式确定的地基承载力 是否必须验算沉降？l很多勘察单位直接把地基承载力标准值变 为地基承载力特征值。因89规范与2002规 范上部结构荷载组合不同，导致计算出的 基础底面积明显减少，对此很多结构设计 人员提出疑问。l用平板载荷试验得到的承载力，用公式计 算的承载力，不管是极限还是允许值，也 不管标以什么名称，都是从强度概念得到 的承载力，不包含变形的概念。影响建筑 物变形的因素非常复杂，不可能在用载荷 试验确定的承载力和用公式计算得到的承 载力时能够控制建筑物的变形值。l建筑物地基基础的设计必须满足强度和变 形两方面的要求，但并不是要求承载力控 制必须同时包含变形控制。l为什么会形成这种看法的历史渊源？l40年前的74规范的地基承载力表的配套规 定。当时形成了容许承载力的一个“新”的 定义： 在保证地基稳定和建筑物变形不超 过限值的条件下，地基土所能承受的最大 压力。这个定义进入了学校的教科书，影 响了几代人。l在国外的规范和教科书中并没有这样的定 义，地基极限承载力除以安全系数得到容 许承载力。仅从强度稳定性角度定义。l还有一个原因是有些地区的经验规则。l有的时候，承载力与变形都必须计算， 有的时候强度满足了要求，变形也自然 满足。例如根据上海的地质条件，硬壳 层的载荷试验数值可能达到150kPa左右 ，无论叫比例界限，特征值，临界荷载 ，都是从硬壳层的强度得到的承载力， 用公式计算时是用了硬壳层的抗剪强度 指标，载荷试验试验反映的也就是2 3m厚的硬壳层的承载力。l而建筑物的沉降，主要是由深层的软土控制 的，基础面积大，应力传得深，受压缩的土 层更厚，这些因素在载荷试验中能反映吗？ 显然不能；在计算公式中能反映吗？也是不 能的。l所以根据上海的地质条件和工程经验，天然 地基只能用80100kPa，即过去的所谓老八 吨。这个承载力是综合考虑了地基的变形， 一般情况下计算的沉降是可以满足要求的， 但承载力还是强度问题，只是考虑了深层软 土对沉降的影响，取用值比较小一些而已。l同时，这个承载力也不能对变形打包票 ，在建筑物体型复杂，层高变化大时， 即使用了很低的承载力，建筑物也还是 有可能开裂的。在本书1.6节中详细地介 绍了一些案例，虽然建筑物的层数不多 ，基底压力也并不高，但由于各种因素 的影响，建筑物还是墙面开裂，严重地 损坏了。l上海的地基基础设计规范从1999年版开 始，采用地基极限承载力公式按基础的尺寸 和埋置深度计算地基承载力，这本规范在最 近的修编工作时。在上海地区，近年来对10 个场地的浅层黏性土和粉土层一共做了39台 平板载荷试验，以验证地基极限承载力计算 公式的适用性。试验结果表明，上海地区浅 层土的地基极限承载力在200kPa300kPa之 间，粉土的承载力高于黏性土，粉土的ps 曲线呈渐变型，无明显转折点；而黏性土的 ps曲线有明显的线性段。l你谈到了89版建筑地基基础设计规范 和2002版建筑地基基础设计规范 的关系，但大家忽略了还有一本74版的 工业与民用建筑地基基础设计规范 ，而且这是个源头。编制74版规范时， 上部结构设计还没有采用概率极限状态 设计方法，荷载采用的是标准值，地基 容许承载力用p1/4公式计算或查地基承载 力表，设计方法是十分标准的容许应力 法。l但在编制89版规范时，上部结构设计已经 采用了概率极限状态设计方法，因此地基 设计的荷载也已经用了设计值，与74版规 范相比大约提高了25左右，但由于地基 承载力用的仍是容许值，无法用分项系数 加以调整。尽管当时采取了一些提高地基 承载力值措施，例如c、的统计修正系数 采用85的保证率，深宽修正以后承载力 的增量不到10的也乘以1.1的系数等，但 这本规范颁布以后，总的反映是基础的宽 度设计得宽了，即承载力是用得低了些。l2002版建筑地基基础设计规范实际 上是回到了74版规范的设计水平，虽然 在细部上有些差别，但在总体上是回到 了74规范，即荷载小了，基础明显减小 了，这是回归到74规范的正常情况，不 需要害怕。2002版规范与74版规范比较 ，安全度是一致的；与89规范比较，将 本来高了一点的安全度拉了下来，不必 有疑问，很正常。用承载力公式确定的地基承载力用承载力公式确定的地基承载力 为什么必须验算沉降？为什么必须验算沉降？l建筑地基基础设计规范考虑弹塑性 影响计算的临界承载力，在一定程度上 考虑了变形的影响，却还要验算沉降。l我想问，按我国建筑地基基础设计规 范公式计算的承载力特征值还需要验 算沉降，是不是存在矛盾。l建筑地基基础设计规范的公式来源 于前苏联规范。前苏联的规范采用p1/4公 式控制基底压力的目的是为了进行沉降 计算，认为基底以下塑性区的开展深度 没有超过1/4的基础宽度，地基中大部分 区域还处于弹性状态，可以用弹性理论 计算应力，并用以计算沉降。满足了这 个公式恰恰是沉降计算的前提，并不是 基底压力小于p1/4公式计算的结果就不需 要进行沉降计算了。l建筑地基基础设计规范GB 5007- 2002基本上沿袭了前苏联规范的体系， 用规范的地基承载力公式计算的结果并 不包含沉降必然满足要求的结论。恰恰 相反，几个版本的地基基础设计规范都 强调按照地基承载力公式计算结果确定 的地基承载力，必须验算沉降。l你的理解上存在一些问题。l问题之一是混淆了强度与变形两个不同 性质的问题的界限。地基承载力与建筑 物的沉降控制不能加以等同，前者是强 度问题，与沉降控制不存在直接的因果 关系，用强度指标得不到沉降量，用压 缩模量也得不到稳定验算的结果。l问题之二是不了解如何进行变形控制。 变形控制必须控制计算沉降满足建筑物 的要求，根据不同类型的建筑物，用不 同性质的变形指标来控制，而承载力验 算只与基础尺寸及埋置深度有关，与建 筑物的类型没有直接的关系，因此只验 算地基承载力不能替代变形控制。l问题之三是地基承载力验算与沉降计算 所涉及的土层深度范围不同。对地基承 载力验算有影响的主要是持力层和软弱 下卧层，层位太深的土层对承载力不会 有什么影响。但深层的土层对沉降量还 是有重要的影响，建筑物的平面尺寸越 大、基础的宽度越宽，对沉降有影响的 深度范围就越深。承载力公式与经验关系的比较承载力公式与经验关系的比较l建筑地基基础设计规范计算地基土 强度特征值的公式中涉及土的容重项， 如果地下水位不同时，地基承载力的计 算结果是不一样的。但如按静探结果、 标贯试验或物理性指标计算或查表求其 承载力时，根本与地下水位无关。l用地基承载力承载力公式计算的方法， 比较具体地反映了工程场地土体抗剪强 度指标对地基承载力的影响、也反映了 地下水的影响，一般计算的结果比经验 公式的结果可能比较大一些，要满足沉 降验算的要求。对抗剪强度试验的要求 比较高，指标的取值对承载力的计算结 果的影响比较大。l用经验方法确定地基承载力，都是建立 在载荷试验基础上积累的经验，但所涵 盖的范围比较大，经验的成熟程度、当 地验证的程度、取值的可靠性可能存在 比较大的差别，不能一概而论，要具体 分析。l如果当地经验经过工程验证，比较成熟 可靠，那么可能比公式计算要好把握一 些。但对于笼统地所谓地区经验，没有 验证的工程，那需要慎重对待。l用高层建筑岩土工程勘察规程的极 限承载力公式可以提供地基承载力吗？ 不知道这能否用于中低层建筑勘察的特 征值取值依据？l我国规范品种繁多，使人眼花缭乱，这 本规范并非都是为高层建筑而编制的， 有些是针对高层建筑规定的，有些具有 普遍适用的意义，需要具体分析，例如 地基极限承载力公式就并不仅适用于高 层建筑。国外是否也是分层提供地基承载力的？国外是否也是分层提供地基承载力的？l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。在国外的土力学著作中，包括前苏联，对浅基础 和深基础的承载力问题都是分别讨论的，概念非 常清楚，不可能用浅基础的地基承载力公式去计 算深层土的地基承载力问题。在我国的许多著作或教材中，对这个问题的概念 也是清楚的。钱家欢教授主编的土工原理与计 算中，第八章地基承载力，其中第五节讲的是 “深基础地基承载力”，在这节开头就说明了两者 的区别：“深基础与浅基础具有不同的破坏特征 ，因而其承载力的确定也各有所异。前面各节所 介绍的承载力计算公式均只适用于浅基础的情况 。本节将讨论深基础地基的破坏特征及其承载力 的确定方法。” 郑大同教授在地基极限承载力的计算一书 中论述了梅耶霍夫对深基础地基承载力的贡献： “50年代，梅耶霍夫进一步考虑了基础底面以上 ，土体发生抗剪强度的影响，从而提出了浅基础 和深基础的极限承载力公式。”“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。”但在工程勘察工作中，不知从什么时候开始 ，要求按不同深度的土层分层提供地基承载 力，而且不管土层的埋藏深度如何，都用浅 基础的地基承载力公式计算深层土的地基承 载力。这种做法对工程实践是不合适的，更 为可怕的是使工程师们的学术思想都搞糊涂 了，基本概念也不讲了，以己之昏昏，怎能 使人昭昭，糊里糊涂地计算，糊里糊涂地应 用，浪费了也没有觉察，危险了在吃安全系 数的余量。分层提供承载力是一种习惯做法，是历 史的产物，在基础埋深不大的情况下问 题不突出；如何提供？将深层的土层假定在地面， 设定一个浅基础的宽度与埋深，用规范 的公式计算，要求设计人员按实际埋置 深度进行修正后使用；或者将浅层土载荷试验得到的承载力， 按相似的物理指标推广到深层土中；l太湖地区湖积平原厂区勘察，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。l 0-4.5m 粘土,可(硬)塑，fak=200kPa, Es=6.68MPa4.5-6.5m，粉质粘土,可塑，lfak =140kPa, Es =5.55MPa6.5-10.5m,粉土，中密，lfak =140kPa, Es =8.58 MPa10.5-16.50,粉砂，中密，lfak =200kPa，Es =10.45 MPal3个加深钻孔揭露的地层为：16.50-19.00,粉质粘土，软塑, lEs =4.17MPa19.00-20.00,粘土，可塑, lEs =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。l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层原状样品，未 提供地基承载力特征值。当我院审核人 认为揭露深度内的地层均要提供地基承 载力特征