l岩土工程评价与设计方法讲座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）第一部分岩土工程评价方法（下）同济大学同济大学 高大钊高大钊 20112011年年3 3月月 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. 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强度参数还是同时满足强度与变形要求的综合参数？的综合参数？l地基承载力特征值是极限值还是容许值地基承载力特征值是极限值还是容许值？l用公式计算的地基承载力为什么还必须用公式计算的地基承载力为什么还必须验算沉降？验算沉降？l2. 2. 场地的均匀性评价场地的均匀性评价l评价场地均匀性的作用是什么？评价场地均匀性的作用是什么？l如何认识与处理场地土层的不均匀性？如何认识与处理场地土层的不均匀性？l场地均匀性的评价方法场地均匀性的评价方法1.地基承载力评价地基承载力评价l勘勘察察报报告告提提供供的的地地基基承承载载力力特特征征值值仅仅是是强强度度参参数数还还是是同同时时满满足足强强度度与与变变形形要要求求的的综综合合参参数数？用用承承载载力力公公式式确确定定的的地地基基承承载载力力是否必须验算沉降？是否必须验算沉降？l很很多多勘勘察察单单位位直直接接把把地地基基承承载载力力标标准准值值变变为为地地基基承承载载力力特特征征值值。因因8989规规范范与与20022002规规范范上上部部结结构构荷荷载载组组合合不不同同，导导致致计计算算出出的的基基础础底底面面积积明明显显减减少少，对对此此很很多多结结构构设设计计人员提出疑问。人员提出疑问。l建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范计算地基土计算地基土强度特征值的公式中涉及土的容重项，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、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。承载力时，根本与地下水位无关。l用用高层建筑岩土工程勘察规程高层建筑岩土工程勘察规程的极的极限承载力公式可以提供地基承载力吗？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不知道这能否用于中低层建筑勘察的特征值取值依据？征值取值依据？ l用平板载荷试验得到的承载力，用公式计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。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。制必须同时包含变形控制。l有的时候，承载力与变形都必须计算，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层的载荷试验数值可能达到150kPa左右，左右，无论叫比例界限，特征值，临界荷载，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标，载荷试验试验反映的也就是23m厚厚的硬壳层的承载力。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？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？也是不显然不能；在计算公式中能反映吗？也是不能的。能的。l所以根据上海的地质条件和工程经验，天然所以根据上海的地质条件和工程经验，天然地基只能用地基只能用80100kPa，即过去的所谓老八，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，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，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。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，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，建筑物也还是有使用了很低的承载力，建筑物也还是有可能开裂的。在本书可能开裂的。在本书1.6节中详细地介绍节中详细地介绍了一些案例，虽然建筑物的层数不多，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，严重地损影响，建筑物还是墙面开裂，严重地损坏了。坏了。l上海的上海的地基基础设计规范地基基础设计规范从从1999年版开年版开始，采用地基极限承载力公式按基础的尺寸始，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个场地的浅层黏性土和粉土层一共做了39台台平板载荷试验，以验证地基极限承载力计算平板载荷试验，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层土的地基极限承载力在200kPa300kPa之之间，粉土的承载力高于黏性土，粉土的间，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。曲线有明显的线性段。l你谈到了你谈到了89版版建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范和和2002版版建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范的关系，但大家忽略了还有一本的关系，但大家忽略了还有一本74版的版的工业与民用建筑地基基础设计规范工业与民用建筑地基基础设计规范，而且这是个源头。编制而且这是个源头。编制74版规范时，上版规范时，上部结构设计还没有采用概率极限状态设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，地基容计方法，荷载采用的是标准值，地基容许承载力用许承载力用p1/4公式计算或查地基承载力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。表，设计方法是十分标准的容许应力法。l但在编制但在编制89版规范时，上部结构设计已经版规范时，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，与设计的荷载也已经用了设计值，与74版规版规范相比大约提高了范相比大约提高了25左右，但由于地基左右，但由于地基承载力用的仍是容许值，无法用分项系数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，例如承载力值措施，例如c、 的统计修正系数的统计修正系数采用采用85的保证率，深宽修正以后承载力的保证率，深宽修正以后承载力的增量不到的增量不到10的也乘以的也乘以1.1的系数等，但的系数等，但这本规范颁布以后，总的反映是基础的宽这本规范颁布以后，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。度设计得宽了，即承载力是用得低了些。l2002版版建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范实际实际上是回到了上是回到了74版规范的设计水平，虽然版规范的设计水平，虽然在细部上有些差别，但在总体上是回到在细部上有些差别，但在总体上是回到了了74规范，即荷载小了，基础明显减小规范，即荷载小了，基础明显减小了，这是回归到了，这是回归到74规范的正常情况，不规范的正常情况，不需要害怕。需要害怕。2002版规范与版规范与74版规范比较，版规范比较，安全度是一致的；与安全度是一致的；与89规范比较，将本规范比较，将本来高了一点的安全度拉了下来，不必有来高了一点的安全度拉了下来，不必有疑问，很正常。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建筑地基基础设计规范考虑弹塑性考虑弹塑性影响计算的临界承载力，在一定程度上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。考虑了变形的影响，却还要验算沉降。l我想问，按我国我想问，按我国建筑地基基础设计规建筑地基基础设计规范范公式计算的承载力特征值还需要验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。算沉降，是不是存在矛盾。l建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范的公式来源的公式来源于前苏联规范。前苏联的规范采用于前苏联规范。前苏联的规范采用p1/4公公式控制基底压力的目的是为了进行沉降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计算，认为基底以下塑性区的开展深度没有超过没有超过1/4的基础宽度，地基中大部分的基础宽度，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，并不是个公式恰恰是沉降计算的前提，并不是基底压力小于基底压力小于p1/4公式计算的结果就不需公式计算的结果就不需要进行沉降计算了。要进行沉降计算了。l建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB5007-2002基本上沿袭了前苏联规范的体系，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。的地基承载力，必须验算沉降。l你的理解上存在一些问题。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。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。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。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，对沉降有影响的大、基础的宽度越宽，对沉降有影响的深度范围就越深。深度范围就越深。2.2.场地的均匀性评价场地的均匀性评价l场地的均匀性评价是岩土工程勘察的重要内场地的均匀性评价是岩土工程勘察的重要内容，但对怎样认识均匀性与均匀性评价的作容，但对怎样认识均匀性与均匀性评价的作用存在不同的理解，因而做法与结果也就不用存在不同的理解，因而做法与结果也就不同。同。l重点讨论这三个问题：重点讨论这三个问题：l评价场地均匀性的作用是什么？评价场地均匀性的作用是什么？l如何认识与处理场地土层的不均匀性？如何认识与处理场地土层的不均匀性？l场地均匀性的评价方法场地均匀性的评价方法场地均匀性评价的作用是什么？场地均匀性评价的作用是什么？l场地均匀性评价是手段而不是目的；场地均匀性评价是手段而不是目的；l为基础方案选择和采取工程措施提供依为基础方案选择和采取工程措施提供依据；据；l为方案或设计成果的比较提供建筑物性为方案或设计成果的比较提供建筑物性状的定量或半定量的计算结果；状的定量或半定量的计算结果；l勘察阶段的均匀性评价不是最终结果。勘察阶段的均匀性评价不是最终结果。场地均匀性评价是手段场地均匀性评价是手段而不是目的而不是目的l场地均匀性评价不是简单地说明自然界，场地均匀性评价不是简单地说明自然界，而是为了工程建设（设计与施工）的需而是为了工程建设（设计与施工）的需要，分析与说明地基岩土层力学性状的要，分析与说明地基岩土层力学性状的均匀性。均匀性。l因此，均匀性评价的前提是工程建设的因此，均匀性评价的前提是工程建设的要求，均匀性评价的内容是分析地基的要求，均匀性评价的内容是分析地基的均匀性对建筑物的影响，均匀性评价的均匀性对建筑物的影响，均匀性评价的结果为工程设计与施工方案提供依据。结果为工程设计与施工方案提供依据。为基础方案选择和为基础方案选择和采取工程措施提供依据采取工程措施提供依据l勘察报告中均匀性评价的结果不是勘察报告中均匀性评价的结果不是“均均匀还是不均匀匀还是不均匀”，也不是简单的，也不是简单的“是否是否适宜于建设适宜于建设”之类的结论，更无法得出之类的结论，更无法得出建筑物的不均匀沉降是多少，是否满足建筑物的不均匀沉降是多少，是否满足规范要求等等的结论，而是提出设计时规范要求等等的结论，而是提出设计时应注意什么问题，对基础选型有什么要应注意什么问题，对基础选型有什么要求，可能采取什么工程措施等的建议。求，可能采取什么工程措施等的建议。l勘察阶段的均匀性评价主要着眼于地质条勘察阶段的均匀性评价主要着眼于地质条件，说明地质条件对建筑物会产生什么样件，说明地质条件对建筑物会产生什么样的影响，设计施工时应采取什么对策。的影响，设计施工时应采取什么对策。l例如，对山区土岩组合地基，跨在两种不例如，对山区土岩组合地基，跨在两种不同地质单元上的建筑物地基，硬层或软弱同地质单元上的建筑物地基，硬层或软弱层的厚度变化比较大的地基等，这种地质层的厚度变化比较大的地基等，这种地质条件的不均匀性会对建筑物带来不利的影条件的不均匀性会对建筑物带来不利的影响，在基础选型、甚至上部结构选型时应响，在基础选型、甚至上部结构选型时应该选择适应性比较强的结构体系或基础的该选择适应性比较强的结构体系或基础的类型。类型。l或在地基基础设计时，采取一些特殊的或在地基基础设计时，采取一些特殊的工程措施，例如设置褥垫层以调节不均工程措施，例如设置褥垫层以调节不均匀沉降，又如在建筑物适当部位设置沉匀沉降，又如在建筑物适当部位设置沉降缝以适应地基的不均匀沉降。降缝以适应地基的不均匀沉降。l至于，由于地基的不均匀性所产生的不至于，由于地基的不均匀性所产生的不均匀沉降是多少，有些同行希望在勘察均匀沉降是多少，有些同行希望在勘察阶段进行计算，或者审图要求计算的事。阶段进行计算，或者审图要求计算的事。我告诉大家，在勘察阶段是计算不出来我告诉大家，在勘察阶段是计算不出来的，即使在设计阶段，也不是所有的情的，即使在设计阶段，也不是所有的情况都能计算的。况都能计算的。如何认识与处理场地土层的如何认识与处理场地土层的不均匀性？不均匀性？l天然土层是均匀的还是不均匀的？天然土层是均匀的还是不均匀的？l从地质学的观点来看，总是不均匀的，从地质学的观点来看，总是不均匀的，但从工程学的观点来看，在工程影响的但从工程学的观点来看，在工程影响的范围内，需要进行局部化处理，将这个范围内，需要进行局部化处理，将这个局部作为均质体处理，例如相同的成因局部作为均质体处理，例如相同的成因类型，同一个地质单元，同一个土层，类型，同一个地质单元，同一个土层，将其作为一个力学层。将其作为一个力学层。l这样局部化处理以后，对于局部化处理这样局部化处理以后，对于局部化处理以后的地质体，就可以抽样试验，可以以后的地质体，就可以抽样试验，可以统计分析，可以引用均质体的理论进行统计分析，可以引用均质体的理论进行力学的分析计算。力学的分析计算。l一切岩土工程的勘探、取样试验、资料一切岩土工程的勘探、取样试验、资料的统计分析、代表性指标的取值、代人的统计分析、代表性指标的取值、代人解析解公式的计算、进入数值分析程序解析解公式的计算、进入数值分析程序进行数学模拟都是建立在均质体假定的进行数学模拟都是建立在均质体假定的基础上进行的，如果不承认这个假定，基础上进行的，如果不承认这个假定，那现行的设计计算就什么都不能做了。那现行的设计计算就什么都不能做了。l但是，在岩土工程界，有的同行并不认但是，在岩土工程界，有的同行并不认同这个观点。同这个观点。l作为学术研究，当然是可以的。作为学术研究，当然是可以的。l但作为岩土工程师处理实际工程问题的但作为岩土工程师处理实际工程问题的基本观点，却使我深深地担忧，在年轻基本观点，却使我深深地担忧，在年轻一代的岩土工程师中，确实存在着缺乏一代的岩土工程师中，确实存在着缺乏工程实践的基本训练，缺乏正确的统计工程实践的基本训练，缺乏正确的统计概念和力学概念这种状况，对于工程师概念和力学概念这种状况，对于工程师的成长，对于正确的工程判断和处理工的成长，对于正确的工程判断和处理工程问题是非常不利的。程问题是非常不利的。lA A高教授能参与我们的讨论，我感到很荣幸高教授能参与我们的讨论，我感到很荣幸也很惶恐，我斗胆想继续发表一些与高教授也很惶恐，我斗胆想继续发表一些与高教授不同的观点，希望提前得到高老的原谅，在不同的观点，希望提前得到高老的原谅，在此先谢谢高老。此先谢谢高老。 l我感到我们的讨论已经上升到了认识论与方我感到我们的讨论已经上升到了认识论与方法论的高度了：法论的高度了：1 1、高老认为地质体是均质、高老认为地质体是均质的，数据的离散性主要来源于取样、试验等的，数据的离散性主要来源于取样、试验等具体环节，因此用数理统计的方法来消除抽具体环节，因此用数理统计的方法来消除抽样试验方面的误差，进而导出了关于场地的样试验方面的误差，进而导出了关于场地的认识、土样数量问题和均匀性评价等等问题认识、土样数量问题和均匀性评价等等问题的认识，认为公式中常用到经验系数和修正的认识，认为公式中常用到经验系数和修正系数主要是修正此类不确定因素带来的误差系数主要是修正此类不确定因素带来的误差； l2 2、另一种观点认为地质体是非均质的，、另一种观点认为地质体是非均质的，要研究其性质必须要有足够的数量的试要研究其性质必须要有足够的数量的试验，要在建筑物的不同位置布置勘探点，验，要在建筑物的不同位置布置勘探点，研究其不均匀性，至于数据离散性问题研究其不均匀性，至于数据离散性问题主要强调用统一的方法、设备和标准来主要强调用统一的方法、设备和标准来规范其操作行为，因此而带来的误差是规范其操作行为，因此而带来的误差是统一的，个别样品的差距主要表现了抽统一的，个别样品的差距主要表现了抽样母体的差别，因此要用建筑物不同位样母体的差别，因此要用建筑物不同位置上的数据来评价其均匀性和倾斜等问置上的数据来评价其均匀性和倾斜等问题。题。 l另一位网友发表了不完全相同的观点：另一位网友发表了不完全相同的观点：l我认为在宇宙中没有绝对的均质物体，我认为在宇宙中没有绝对的均质物体，岩土体也一样，如果不按均质体研究，岩土体也一样，如果不按均质体研究，你有办法反映岩土的量化数据么？你提你有办法反映岩土的量化数据么？你提出了地层的物理力学数据，就与你的前出了地层的物理力学数据，就与你的前提矛盾了，你无法勘察，无法提供勘察提矛盾了，你无法勘察，无法提供勘察报告。报告。 l从地质勘察的角度来看，其研究对象主要是从地质勘察的角度来看，其研究对象主要是地质体，估计没有人能否认地质体是非均质、地质体，估计没有人能否认地质体是非均质、各向异性的，反过来说就是没有人能证明地各向异性的，反过来说就是没有人能证明地质体是均质的；但勘察成果是为工程设计服质体是均质的；但勘察成果是为工程设计服务的，从设计角度来看，所有的计算模型或务的，从设计角度来看，所有的计算模型或理论均假设地质体是均质，都要按均质的理理论均假设地质体是均质，都要按均质的理论来进行设计和计算，所以勘察报告中提供论来进行设计和计算，所以勘察报告中提供的承载力也好、其它任何指标也好都是把地的承载力也好、其它任何指标也好都是把地质体的性质做了均质化处理，所用的方法就质体的性质做了均质化处理，所用的方法就是数理统计的方法即抽样调查的法则，这个是数理统计的方法即抽样调查的法则，这个过程也就是岩土工程勘察工作。过程也就是岩土工程勘察工作。 l总而言之就是勘察人认为地质体是非均总而言之就是勘察人认为地质体是非均质的，通过勘察过程将一定范围内的地质的，通过勘察过程将一定范围内的地质体的性质做均质化处理，将结果提供质体的性质做均质化处理，将结果提供设计人员使用，一个好的勘察人员必须设计人员使用，一个好的勘察人员必须要明白你所做的均质化处理是否准确可要明白你所做的均质化处理是否准确可靠、其风险概率有多大等问题；工程设靠、其风险概率有多大等问题；工程设计人员要求将地质体看做地均质的，但计人员要求将地质体看做地均质的，但一个好的设计师必须要了解地质体的非一个好的设计师必须要了解地质体的非均质性所带来的后果，并妥善处理好它均质性所带来的后果，并妥善处理好它们的关系。我想这也正是岩土工程师所们的关系。我想这也正是岩土工程师所必须具备的最基本的概念和素质要求。必须具备的最基本的概念和素质要求。 l自自然然地地质质条条件件是是复复杂杂的的，岩岩土土体体是是不不均均匀匀的的，这这是是大大家家公公认认的的事事实实，但但作作为为工工程程研研究究的的对对象象，需需要要认认识识它它，研研究究它它和和处处理理它它，又又不不得得不不把把它它局局部部化化和和简简单单化化，忽忽略略次次要要的的，解解决决主主要要的的矛矛盾盾，这这可可能能是是自自然然科科学学研研究究和和工工程程技术研究的不同之处。技术研究的不同之处。对于不同类型的均匀性问题用对于不同类型的均匀性问题用不同方法来处理。不同方法来处理。l作为岩土工程师，对于你勘察的场地，作为岩土工程师，对于你勘察的场地，首先要做地质工作，从地质成因和地层首先要做地质工作，从地质成因和地层年代上要区分清楚，是洪冲积的还是残年代上要区分清楚，是洪冲积的还是残坡积的，是河漫滩还是阶地，是第四纪坡积的，是河漫滩还是阶地，是第四纪地层还是老地层，这就是所谓的把地质地层还是老地层，这就是所谓的把地质单元划分正确，这是进一步考虑布置勘单元划分正确，这是进一步考虑布置勘察试验工作的基础。察试验工作的基础。l对于同一个地质单元是否就是均匀的呢？对于同一个地质单元是否就是均匀的呢？不一定，例如土层厚度很可能是不均匀的，不一定，例如土层厚度很可能是不均匀的，即使在平原地区，土层厚度也常常有较大即使在平原地区，土层厚度也常常有较大的变化，因此需要用勘探点的间距来控制的变化，因此需要用勘探点的间距来控制其厚度变化，不同的基础类型对土层厚度其厚度变化，不同的基础类型对土层厚度的敏感性不同，因而布孔间距的要求是不的敏感性不同，因而布孔间距的要求是不同的。同的。l从土的性质来研究土层均匀性，一般认从土的性质来研究土层均匀性，一般认为同一地质单元可以作为均质体来处理，为同一地质单元可以作为均质体来处理，可以采用统计的方法来处理试验指标。可以采用统计的方法来处理试验指标。如果不承认这一点，即使是最简单的计如果不承认这一点，即使是最简单的计算平均值的方法也就失去了理论的前提，算平均值的方法也就失去了理论的前提，就不能用平均值来处理试验结果。也失就不能用平均值来处理试验结果。也失去了钻孔抽样取土试验的理论依据，那去了钻孔抽样取土试验的理论依据，那麻烦就大了。麻烦就大了。l将将试试验验指指标标用用于于工工程程计计算算时时，计计算算公公式式的的推推导导都都有有均均质质土土的的假假定定，计计算算基基础础中中点点沉沉降降时时，你你必必须须承承认认土土层层是是均均匀匀的的，包包括括深深度度方方向向和和水水平平方方向向都都是是均均匀匀的的，如如果果不不承承认认这这一一点点，这这个个计计算算土土中中应应力力的公式就不成立，还计算什么？的公式就不成立，还计算什么？l如如果果认认为为同同一一个个地地质质单单元元也也存存在在不不均均匀匀性性，而而又又希希望望把把这这种种不不均均匀匀性性探探明明显显示示出出来来。如如果果采采取取在在建建筑筑物物四四个个角角点点分分别别取取土土试试验验的的方方法法，但但在在水水平平方方向向上上怎怎么么把把握握两两个个钻钻孔孔之之间间的的变变化化呢呢？认认为为一一个个孔孔的的数数据据能能代代表表多多大大的的范范围围，1m1m？2m2m？还还是是多多少少？就就没没有有底底了了。如如果果认认为为在在深深度度方方向向上上同同一一个个土土层层也也存存在在不不均均匀匀性性，那那在在两两个个取取土土点点之之间间的的不不均均匀匀性性又又如如何何把把它它探探明明？因因此此在在对对同同一一地地质质单单元元的的不不均均匀匀性性假假定定的的基基础础上上的的勘勘察察工工作作，连连取取土土点点的的确确定定都都会会有有很很大大的的争争议，事情就做不下去了。议，事情就做不下去了。l在在均均质质土土假假定定的的基基础础上上，把把各各个个勘勘探探点点、各各个个取取样样点点的的数数据据的的差差异异看看成成是是随随机机因因素素造造成成而而不不是是系系统统因因素素造造成成的的，这这些些随随机机因因素素包包括括当当年年沉沉积积时时物物质质的的差差异异、年年代代的的差差异异、沉沉积积条条件件的的差差异异、取取土土扰扰动动程程度度的的差差异异、试试验验条条件件的的差差异异等等等等。在在这这样样假假定定的的基基础础上上，就就可可以以用用统统计计的的方方法法来来处处理理这这些些数数据据的的随随机机误误差差了了，数数据据的的离离散散性性或或变变异异性性是是反反映映这这种种随随机机因因素素影影响响的的定定量量指指标标，通通过过计计算算，可可以以估估计计这这些些随随机机误误差差对对计计算算结结果果所所造造成成的的影影响响有有多多大大，这这就就是是误误差差估估计和可靠度分析。计和可靠度分析。l因此在计算一幢建筑物的沉降时，一般因此在计算一幢建筑物的沉降时，一般都分层采用各层土的综合压缩曲线去确都分层采用各层土的综合压缩曲线去确定其相应压力段的压缩模量，而且对于定其相应压力段的压缩模量，而且对于一个场地，如果是同一个地质单元，也一个场地，如果是同一个地质单元，也只分层地给出了每层土的综合压缩曲线。只分层地给出了每层土的综合压缩曲线。l如果如果发现发现某一个范某一个范围围存在明存在明显显的指的指标标差差异，那很可能是在地异，那很可能是在地质单质单元的划分上出元的划分上出了了问题问题。 防止不均匀性对建筑物的危害防止不均匀性对建筑物的危害l地基不均匀性对建筑物的危害主要使建地基不均匀性对建筑物的危害主要使建筑物倾斜与开裂。筑物倾斜与开裂。l事先防范事故的发生无疑是十分重要的，事先防范事故的发生无疑是十分重要的，在地基基础设计时，对于那种十分明显在地基基础设计时，对于那种十分明显的不均匀地基，例如软硬不均的地基，的不均匀地基，例如软硬不均的地基，部分基岩出露的地基，半填半挖的地基，部分基岩出露的地基，半填半挖的地基，存在暗浜的地基等等，首先需要加以界存在暗浜的地基等等，首先需要加以界定，划分其界限，分别研究其压缩性，定，划分其界限，分别研究其压缩性，而是否会产生有害的不均匀沉降，而是否会产生有害的不均匀沉降，l不不均均匀匀性性一一般般不不是是靠靠计计算算出出来来的的，而而是是根根据据工工程程的的判判断断，解解决决的的方方法法是是采采取取工工程程措措施施，使使其其均均匀匀化化，一一般般也也不不是是靠靠计计算算结结果果来来保保证证工工程程安安全全的的。产产生生不不均均匀匀沉沉降降的的因因素素很很多多，地地基基压压缩缩性性的的不不均均匀匀性性仅仅是是一一个个方方面面，而而土土层层的的厚厚度度变变化化，荷荷载载的的差差异异、荷荷载载的的偏偏心心、施施工工时时的的扰扰动动等等可可能能是是更更重重要要的的因因素素，它它们们所所产产生生的的不不均均匀匀沉沉降降的的数数量量级级往往往往远远大大于于压压缩缩性的不均匀。性的不均匀。l人人们们在在事事先先精精确确控控制制建建筑筑物物倾倾斜斜和和开开裂裂的的本本领领还还不不大大，特特别别依依靠靠沉沉降降计计算算的的结结果果来来控控制制不不均均匀匀沉沉降降更更是是不不太太现现实实。为为了了保保证证工工程程的的安安全全一一般般从从两两个个方方面面控控制制，一一是是采采取取工工程程措措施施来来控控制制上上述述产产生生不不均均匀匀沉沉降降的的诸诸多多因因素素，不不使使其其发发生生，或或降降低低其其危危害害；二二是是控控制制计计算算平平均均沉沉降降量量的的数数量量级级，即即控控制制基基础础底底面面的的压压力力值值，这这就是变形控制设计的方法。就是变形控制设计的方法。地基均匀性如何评价？地基均匀性如何评价？l地基均匀性评价是否可理解为对持力层地基均匀性评价是否可理解为对持力层和下卧层的均匀性评价，对土层的评价和下卧层的均匀性评价，对土层的评价结论是否说土层为均匀或不均匀地基土，结论是否说土层为均匀或不均匀地基土，还是地基为均匀或不均匀地基？而且对还是地基为均匀或不均匀地基？而且对场地土层是否应该全部进行评价？我曾场地土层是否应该全部进行评价？我曾经见过一份报告上对本应该在基础开挖经见过一份报告上对本应该在基础开挖将被挖除的填土层评价其均匀性，本人将被挖除的填土层评价其均匀性，本人认为不合理，是否正确？认为不合理，是否正确？ l这是不均匀地基吗？这是不均匀地基吗？l根据你所列举的这个地质剖面，从土层根据你所列举的这个地质剖面，从土层的厚度分布，我实在看不出地基的均匀的厚度分布，我实在看不出地基的均匀性存在什么问题。从现象上看，填土层性存在什么问题。从现象上看，填土层的底面坡度比较大，似乎应该判为不均的底面坡度比较大，似乎应该判为不均匀地基，但建筑物的基础落在第匀地基，但建筑物的基础落在第层粉层粉质黏土层上，将填土挖去了还有什么均质黏土层上，将填土挖去了还有什么均匀性的问题呢？匀性的问题呢？l对对于于高高层层建筑岩土工程勘察建筑岩土工程勘察规规程程JGJ72-2004JGJ72-2004关于地基均匀性关于地基均匀性评评价的有关价的有关规规定，可能存在不同的理解，也需要定，可能存在不同的理解，也需要进进行必要的行必要的讨论讨论：l1) 1) 均均匀匀性性判判断断要要求求进进行行的的，是是“沉沉降降、差差异异沉沉降降、倾倾斜斜等等特特征征分分析析评评价价”，并并不是要求进行精确的定量计算。不是要求进行精确的定量计算。l2) 2) 均均匀匀性性判判断断的的目目的的是是为为了了重重视视地地貌貌、工工程程地地质质单单元元和和地地基基岩岩土土层层结结构构等等条条件件对建筑物具有重要的控制性影响。对建筑物具有重要的控制性影响。l3) 3) 其其实实模模量量当当量量值值之之比比就就等等于于虚虚拟拟变变形形之之比比，比比较较相相同同基基底底应应力力条条件件下下的的模模量量当当量量值值之之比比，可可以以把把基基底底应应力力约约去去，应应力力面面积积化化为为单单位位应应力力面面积积，再再将将分分子子分分母母中中的的单单位位应应力力面面积积约约去去，最最后后只只剩剩下下虚拟变形的比值。虚拟变形的比值。l由于对规范的理解有偏差，引出一些比由于对规范的理解有偏差，引出一些比较重要的观念差别：较重要的观念差别：l均匀性评价与沉降计算的关系均匀性评价与沉降计算的关系l均匀性评价并不等同计算沉降均匀性评价并不等同计算沉降l均匀性评价与沉降计算的内容不同均匀性评价与沉降计算的内容不同l均匀性评价与沉降计算的条件不同均匀性评价与沉降计算的条件不同l均匀性评价与沉降计算的结果不同均匀性评价与沉降计算的结果不同l高层建筑岩土工程勘察规程高层建筑岩土工程勘察规程8.2.4条条给出了不均匀地基的判定标准，符合其给出了不均匀地基的判定标准，符合其中一条就是不均匀地基了。中一条就是不均匀地基了。那么是不是要判断为均匀地基的时候必那么是不是要判断为均匀地基的时候必须同时满足以下条件呢？须同时满足以下条件呢？（1）地基持力层位于相同地貌单元或工）地基持力层位于相同地貌单元或工程地质单元，工程特性差异不大；程地质单元，工程特性差异不大；l（2）地基持力层位于相同地貌单元或工）地基持力层位于相同地貌单元或工程地质单元，且满足下列条件：程地质单元，且满足下列条件：中中高压缩性地基，持力层底面或相高压缩性地基，持力层底面或相邻基底标高的坡度小于邻基底标高的坡度小于10%；中中高压缩性地基，持力层及其下卧高压缩性地基，持力层及其下卧层在基础宽度方向上的厚度差值小于层在基础宽度方向上的厚度差值小于0.05b（b为基础宽度）为基础宽度）（3）处于同一地貌单元，且）处于同一地貌单元，且Esmax/Esmin小于地基不均匀性系数界限值小于地基不均匀性系数界限值K。l在在8.2.1条第条第2款款“地基均匀性地基均匀性”评价是强评价是强制性条文，说明在勘察报告中必须评价制性条文，说明在勘察报告中必须评价地基的均匀性。地基的均匀性。l但但8.2.4条并不是强制性条文，这条是如条并不是强制性条文，这条是如何评价均匀性的方法，规范做了概括，何评价均匀性的方法，规范做了概括，但并不是非用这些方法不可，用其他方但并不是非用这些方法不可，用其他方法是不是就不行了呢？不是的，在这本法是不是就不行了呢？不是的，在这本规范之前，岩土工程师早就会评价地基规范之前，岩土工程师早就会评价地基均匀性了，而且各个地方也有不同的经均匀性了，而且各个地方也有不同的经验，是否可以呢？当然是可以的。验，是否可以呢？当然是可以的。l条文说：条文说：“对判定为不均匀的地基，应对判定为不均匀的地基，应进行沉降、差异沉降、倾斜等特征的分进行沉降、差异沉降、倾斜等特征的分析评价，并提出相应建议。析评价，并提出相应建议。”怎样理解怎样理解这一条？有人说，根据这一条就应该在这一条？有人说，根据这一条就应该在勘察报告中计算差异沉降。但我实在看勘察报告中计算差异沉降。但我实在看不出来，规范是讲分析评价，例如是岩不出来，规范是讲分析评价，例如是岩土组合地基，那即使是体形非常简单的土组合地基，那即使是体形非常简单的建筑物，荷载非常均匀的建筑物，还是建筑物，荷载非常均匀的建筑物，还是会有不均匀沉降，而且肯定土基方向沉会有不均匀沉降，而且肯定土基方向沉降大，那么采取什么措施呢？降大，那么采取什么措施呢？l在岩基段采用褥垫是一种可以建议的工程措在岩基段采用褥垫是一种可以建议的工程措施。如果要你把差异沉降给计算出来，那可施。如果要你把差异沉降给计算出来，那可没有办法计算。没有办法计算。l从上面这条规定不能得到相反的结论，说如从上面这条规定不能得到相反的结论，说如果评价为均匀地基，就不需要建议设计验算果评价为均匀地基，就不需要建议设计验算沉降了。因为引起建筑物不均匀沉降的原因沉降了。因为引起建筑物不均匀沉降的原因很多，除了不均匀地基的因素之外，还有其很多，除了不均匀地基的因素之外，还有其他很多的因素，例如，建筑物的层数或高度他很多的因素，例如，建筑物的层数或高度有比较大的差异，荷载的分布不均匀，荷载有比较大的差异，荷载的分布不均匀，荷载的重心与基础形心不重合等结构的因素都会的重心与基础形心不重合等结构的因素都会产生不均匀沉降。产生不均匀沉降。l因此，勘察报告的重点是要从地基角度因此，勘察报告的重点是要从地基角度发现不均匀性，建议设计采取工程措施，发现不均匀性，建议设计采取工程措施，而不在于强调地基的均匀性，最多是说而不在于强调地基的均匀性，最多是说从地基角度来看，没有发现对建筑物变从地基角度来看，没有发现对建筑物变形产生不利影响的不均匀性。形产生不利影响的不均匀性。l这一条的第一款，是从地貌和地质单元这一条的第一款，是从地貌和地质单元的角度分析是否是不均匀地基，这主要的角度分析是否是不均匀地基，这主要根据工程师的知识和经验来判断。根据工程师的知识和经验来判断。l第二款是从土层的厚度是否变化过大来第二款是从土层的厚度是否变化过大来判断，其中，第判断，其中，第1点，持力层底面标高的点，持力层底面标高的坡度比较明确，但相邻基础底面标高之坡度比较明确，但相邻基础底面标高之说在勘察阶段一般都是没有最后确定的，说在勘察阶段一般都是没有最后确定的，实在难以判断的。但第实在难以判断的。但第2点是用基础宽度点是用基础宽度表示，以表示，以0.05b为限制，实际上就是厚度为限制，实际上就是厚度的变化不大于的变化不大于5，这里并不需要和基础，这里并不需要和基础宽度联系起来，勘察阶段一般宽度也没宽度联系起来，勘察阶段一般宽度也没有最后确定，同时这个规定与第有最后确定，同时这个规定与第1点的点的10也是有些矛盾的，两种计算结果可能也是有些矛盾的，两种计算结果可能会不一致的。会不一致的。l第三款就比较玄乎了，规范在条文说明第三款就比较玄乎了，规范在条文说明中也认为是中也认为是“定性评价地基不均匀性的定性评价地基不均匀性的定量方法定量方法”。首先，均匀性评价是定性。首先，均匀性评价是定性的，为什么是定性的呢？因为无法准确的，为什么是定性的呢？因为无法准确定量，如果能定量那何必称为定性呢？定量，如果能定量那何必称为定性呢？既然如此，那么这种定量计算的结果究既然如此，那么这种定量计算的结果究竟有多少的把握呢？因为这里涉及许多竟有多少的把握呢？因为这里涉及许多不定的因素，不定的因素，l例如计算模量当量值时，应力面积例如计算模量当量值时，应力面积A如何计如何计算，从沉降计算公式可以知道，应力面积与算，从沉降计算公式可以知道，应力面积与基底附近应力的大小有关，应力的扩散和基基底附近应力的大小有关，应力的扩散和基础宽度有关，现在基底压力、基础宽度、埋础宽度有关，现在基底压力、基础宽度、埋置深度都不能确定，怎么计算应力面积呢？置深度都不能确定，怎么计算应力面积呢？再说变形计算深度范围也不能确定，即使用再说变形计算深度范围也不能确定，即使用最简单的经验公式，也需要基础的宽度多大。最简单的经验公式，也需要基础的宽度多大。当然，对于与结构设计关系密切的勘察单位，当然，对于与结构设计关系密切的勘察单位，可以得到比较确切的数据，但不是都能得到可以得到比较确切的数据，但不是都能得到的，如果没有数据而胡乱计算，判断错了，的，如果没有数据而胡乱计算，判断错了，那不耽误事情吗？那不耽误事情吗？l因此如果岩土工程师发现土层的模量变化因此如果岩土工程师发现土层的模量变化比较大，那就提醒设计注意计算差异沉降比较大，那就提醒设计注意计算差异沉降不就得了。不就得了。l均匀性评价实际是一个定性的经验判断，均匀性评价实际是一个定性的经验判断，主要依靠工程师的经验，特别是地方经验。主要依靠工程师的经验，特别是地方经验。离开了具体地质条件的特点，希望用一种离开了具体地质条件的特点，希望用一种计算的方法来规范化，主观愿望是好的，计算的方法来规范化，主观愿望是好的，但地质条件千变万化，无法抽象到完全理但地质条件千变万化，无法抽象到完全理性的程度。把某些地方的经验推广到全国，性的程度。把某些地方的经验推广到全国，应该慎之又慎，何况现在动不动就要强制应该慎之又慎，何况现在动不动就要强制执行的情况下，更应该慎重。执行的情况下，更应该慎重。l某高层楼某高层楼1818层，埋深层，埋深6.5m6.5m，地下两层，地下两层，持力层主要坐落在中砂层上，其中东南持力层主要坐落在中砂层上，其中东南角为细砂层，根据角为细砂层，根据高层建筑岩土工程高层建筑岩土工程勘察规程勘察规程JGJ72-2004JGJ72-2004第第8.2.4-18.2.4-1条的方条的方法判为非均匀地基。报告中给出的原因法判为非均匀地基。报告中给出的原因是地基持力层跨越了两个地质单元（中是地基持力层跨越了两个地质单元（中砂、细砂）。我想请教的是在这个楼的砂、细砂）。我想请教的是在这个楼的一小角有这么点细砂就导致成不均匀地一小角有这么点细砂就导致成不均匀地基，这个是不是有点严重了？基，这个是不是有点严重了？l中砂和细砂是否就是两个不同的地质单中砂和细砂是否就是两个不同的地质单元？是否就构成了不均匀地基？元？是否就构成了不均匀地基？l中砂和细砂是砂土的两个亚层，如果用中砂和细砂是砂土的两个亚层，如果用其他的土分类体系，就不可能划分为两其他的土分类体系，就不可能划分为两个土层。个土层。l如果有力学指标，就可以从力学性质来如果有力学指标，就可以从力学性质来讨论是否需要划分两个力学层，没有力讨论是否需要划分两个力学层，没有力学指标仅根据粒度成分的这些差别，划学指标仅根据粒度成分的这些差别，划分不均匀地基的依据就非常不充分。分不均匀地基的依据就非常不充分。l只知道基底平均压力，上部荷载怎样分只知道基底平均压力，上部荷载怎样分布，如何偏心一概不知道，根据楼四个布，如何偏心一概不知道，根据楼四个角点的钻孔柱状图资料的沉降来计算每角点的钻孔柱状图资料的沉降来计算每个孔位的沉降量，宽度方向两个钻孔的个孔位的沉降量，宽度方向两个钻孔的沉降量相减再除以钻孔间距就是倾斜，沉降量相减再除以钻孔间距就是倾斜，其倾斜值非常非常之小，都小于其倾斜值非常非常之小，都小于0.0000010.000001，远远小于规范要求。这样的，远远小于规范要求。这样的沉降计算具有什么工程意义？沉降计算具有什么工程意义？l我们需要不需要这样的沉降计算？回答应该是我们需要不需要这样的沉降计算？回答应该是不需要！为什么？不需要！为什么？l1.勘察阶段不具备计算不均匀沉降的条件；勘察阶段不具备计算不均匀沉降的条件；l2.这种计算结果并不是建筑物的不均匀沉降；这种计算结果并不是建筑物的不均匀沉降；l3.这百万分之一的这百万分之一的“倾斜倾斜”说明了什么？从工说明了什么？从工程角度来看，根本就没有倾斜，如果没有这种程角度来看，根本就没有倾斜，如果没有这种判断能力怎么当工程师？判断能力怎么当工程师？l4.我们的计算和测量有这样的精度吗？我们的计算和测量有这样的精度吗？l5.这样的计算并不能提高岩土工程勘察的地位，这样的计算并不能提高岩土工程勘察的地位，可能适得其反。可能适得其反。l地基土的均匀性与不均匀性应当是一个地基土的均匀性与不均匀性应当是一个定性的问题。在定性的问题。在高层建筑岩土工程勘高层建筑岩土工程勘察规程察规程JGJ72-2004JGJ72-2004中人为地给出了定中人为地给出了定量的分析标准，并且规定了判定为不均量的分析标准，并且规定了判定为不均匀的地基应进行变形计算分析，而没有匀的地基应进行变形计算分析，而没有规定判定为不均匀地基的建筑物可以不规定判定为不均匀地基的建筑物可以不进行变形计算。这样对不对？进行变形计算。这样对不对？l是否需要计算沉降不应该单纯由地基是是否需要计算沉降不应该单纯由地基是否均匀来确定；否均匀来确定；l不均匀的地基固然需要计算沉降，但均不均匀的地基固然需要计算沉降，但均匀的地基并不是就不需要计算沉降；匀的地基并不是就不需要计算沉降；l认为均匀地基可以不计算沉降的说法是认为均匀地基可以不计算沉降的说法是错误的；错误的；l因为地基的均匀性并不是确定是否需要因为地基的均匀性并不是确定是否需要计算沉降的充分条件。计算沉降的充分条件。六六. 岩土工程设计荷载取值与岩土工程设计荷载取值与安全度控制方法安全度控制方法l1.什么是极限状态什么是极限状态? l2.到底有几种设计方法？到底有几种设计方法？ l3.如何处理岩土工程与上部结构不同设计如何处理岩土工程与上部结构不同设计方法所带来的问题方法所带来的问题? ?l4.如何控制岩土工程的安全度？如何控制岩土工程的安全度？l5.5.怎样计算荷载？怎样计算荷载？1.什么是极限状态什么是极限状态?l从设计方法的发展历史来看，从工作状从设计方法的发展历史来看，从工作状态设计逐步演变为极限状态设计。态设计逐步演变为极限状态设计。l极限状态设计极限状态设计是将建筑物的工作状态与是将建筑物的工作状态与极限状态之间保持一个足够充分的安全极限状态之间保持一个足够充分的安全储备，以保证建筑物的承载力或正常使储备，以保证建筑物的承载力或正常使用的要求都得到满足。用的要求都得到满足。 l承承载载力力极极限限状状态态与与正正常常使使用用极极限限状状态态是是两两种种不不同同性性质质的的极极限限状状态态控控制制方方法法。对对应应于于结结构构或或结结构构构构件件达达到到最最大大承承载载力力或或不不适适于于继继续续承承载载的的变变形形的的状状态态称称为为承承载载能能力力极极限限状状态态。对对应应于于结结构构或或结结构构构构件件达达到到正正常常使使用用或或耐耐久久性性能能的的某某项项规规定定限限值的状态称为正常使用极限状态。值的状态称为正常使用极限状态。l承承载载能能力力极极限限状状态态可可理理解解为为结结构构或或结结构构构构件件发发挥挥允允许许的的最最大大承承载载能能力力的的状状态态。结结构构构构件件由由于于塑塑性性变变形形而而使使其其几几何何形形状状发发生生显显著著改改变变，虽虽未未达达到到最最大大承承载载能能力力，但但已已彻彻底底不不能能使使用用，也也属属于于达达到到这这种种极极限限状状态态。疲疲劳劳破破坏坏是是在在使使用用中中由由于于荷荷载载多多次次重重复复作作用用而而达达到到的的承承载载能能力力极极限限状状态。态。l按按照照我我国国统统一一标标准准的的规规定定，当当结结构构或或结结构构构构件件出出现现下下列列状状态态之之一一时时，应应认认为为超超过了承载能力极限状态：过了承载能力极限状态：l1 1）整整个个结结构构或或其其一一部部分分作作为为刚刚体体失失去去平衡；平衡；l2 2）结结构构构构件件或或连连接接因因超超过过材材料料强强度度而而破坏，或因过度变形而不适于继续承载；破坏，或因过度变形而不适于继续承载；l3 3）结构转变为机动体系；结构转变为机动体系；l4 4）结构或结构构件丧失稳定；结构或结构构件丧失稳定；l5 5）结构因局部破坏而发生连续倒塌；结构因局部破坏而发生连续倒塌；l6 6）地基丧失承载力而破坏；地基丧失承载力而破坏；l7 7）结构或结构构件的疲劳破坏。结构或结构构件的疲劳破坏。l正正常常使使用用极极限限状状态态可可理理解解为为结结构构或或结结构构构构件件达达到到使使用用功功能能上上允允许许的的某某个个限限值值的的状状态态。例例如如，某某些些构构件件必必须须控控制制变变形形、裂裂缝缝才才能能满满足足使使用用要要求求。因因过过大大的的变变形形会会造造成成如如房房屋屋内内粉粉刷刷层层剥剥落落、填填充充墙墙和和隔隔断断墙墙开开裂裂及及屋屋面面积积水水等等后后果果；过过大大的的裂裂缝缝会会影影响响结结构构的的耐耐久久性性；过过大大的的变变形形、裂缝也会造成用户心理上的不安全感。裂缝也会造成用户心理上的不安全感。l按按我我国国统统一一标标准准的的规规定定，当当结结构构或或结结构构构构件件出出现现下下列列状状态态之之一一时时，应应认认为为超过了正常使用极限状态：超过了正常使用极限状态：l1 1）影响正常使用或外观的变形；影响正常使用或外观的变形；l2 2）影影响响正正常常使使用用或或耐耐久久性性能能的的局局部部损损坏；坏；l3 3）影响正常使用的振动；影响正常使用的振动；l4 4）影响正常使用的其他特定状态。影响正常使用的其他特定状态。l根据欧洲规范的规定，岩土工程的承载力根据欧洲规范的规定，岩土工程的承载力极限状态可以具体区分为下面极限状态可以具体区分为下面5种承载力种承载力极限状态设计。极限状态设计。l1）结结构构物物或或岩岩土土体体作作为为刚刚体体失失去去平平衡衡，在在这这种种极极限限状状态态验验算算时时，结结构构材材料料和和岩岩土土的的强强度度对对抗抗力力是是不不重重要要的的，这这种种极极限限状状态态简称为简称为EQU。l2）结结构构或或构构件件的的内内部部破破坏坏或或过过大大变变形形，包包括括基基础础、桩桩和和地地下下室室侧侧墙墙等等，在在这这种种极极限限状状态态验验算算时时，结结构构材材料料强强度度对对抗抗力力是是至至关重要的，这种极限状态简称为关重要的，这种极限状态简称为STR。l3）岩岩土土体体的的破破坏坏或或过过大大的的变变形形，在在这这种种极极限限状状态态验验算算时时，岩岩土土的的强强度度对对抗抗力力是是至至关关重重要要的的，这这种种极极限限状状态态简简称称为为GEO。l4）由由于于水水的的浮浮力力或或其其他他竖竖向向力力引引起起结结构构物物或或岩岩土土体体平平衡衡的的丧丧失失，这这种种极极限限状状态简称为态简称为UPL。l5）由由于于水水力力梯梯度度所所引引起起的的岩岩土土体体隆隆起起、冲刷或管涌，这种极限状态简称为冲刷或管涌，这种极限状态简称为HYD。l根根据据我我国国统统一一标标准准的的规规定定和和欧欧洲洲规规范范的的条条文文，“地地基基丧丧失失承承载载力力而而破破坏坏”或或“岩岩土土体体的的破破坏坏或或过过大大的的变变形形”都都是是承承载载力力极极限限状状态态的的一一种种。因因此此，地地基基承承载载力力计计算算，按按其其性性质质来来说说，应应该该取取用用承承载载力力极极限限状状态态的的基基本本组组合合。但但由由于于建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范所所提提供供的的地地基基承承载载力力按按其其性性质质是是地地基基容容许许承承载载力力，在在设设计计表表达达式式中中不不直直接接出出现现安安全全系系数数，不不具具备备使使用用荷荷载载设设计计值值的的条条件件，只只能能取取用用荷荷载载的的标标准准值值，这这是是由由所所采采用用的的设计方法决定的。设计方法决定的。2.到底有几种设计方法？到底有几种设计方法？l请请问问分分项项系系数数设设计计方方法法是是否否就就是是多多系系数数设设计计方方法法？和和总总安安全全系系数数法法有有什什么么区区别别？建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范GB50007-GB50007-20022002所所采采用用的的究究竟竟是是什什么么设设计计方方法法？这这种种设设计计方方法法与与极极限限状状态态设设计计又又有有什什么么关关系？系？l定值法：定值法：l容许应力法容许应力法l总安全系数法（单一安全系数法）总安全系数法（单一安全系数法）l多系数法（均质系数、超载系数）多系数法（均质系数、超载系数）l概率法：概率法：l分项系数法（近似概率法）分项系数法（近似概率法）l全概率法全概率法l极极限限状状态态的的数数学学表表达达式式称称为为极极限限状状态态方方程程，极极限限状状态态方方程程是是当当结结构构处处于于极极限限状状态态时时各各有有关关基基本本变变量量的的关关系系式式。基基本本变变量量是是指指影影响响结结构构可可靠靠度度的的各各种种物物理理量量，它它包包括括：引引起起结结构构作作用用效效应应S S（内内力力等等）的的各各种种作作用用和和环环境境影影响响，如如恒恒荷荷载载、活活荷荷载载、地地震震、温温度度变变化化等等；构构成成结结构构抗抗力力R R（强强度度等等）的的各各种种因因素素，如如材材料料和和岩岩土土的的性性能能、几几何何参参数数等等。分分析析结结构构可可靠靠度度时时，也也可可将将作作用用效效应应或或结结构构抗抗力力作作为为综合的基本变量考虑。综合的基本变量考虑。l如如令令R R为为抗抗力力函函数数；S S为为作作用用函函数数，则则极极限状态方程可表达为：限状态方程可表达为：l抗抗力力与与作作用用之之比比称称为为安安全全系系数数K KR/SR/S，两者之差称为安全储备：两者之差称为安全储备：l这这是是两两种种不不同同的的安安全全度度控控制制的的方方法法，即即安安全全系系数数控控制制方方法法和和失失效效概概率率（或或可可靠靠指标）指标）控制方法。控制方法。 l失失效效概概率率定定义义为为安安全全储储备备等等于于零零的的概概率率，即即p pf fp p（z z0 0）l采采用用允允许许应应力力法法的的设设计计表表达达式式描描述述工工作作状状态态的的作作用用效效应应与与抗抗力力效效应应的的关关系系，作作用用效效应应采采用用标标准准组组合合，抗抗力力效效应应以以容容许许值值（包包括括试试验验曲曲线线的的某某种种特特征征点点，或或理理论论公公式式的的计计算算结结果果）表表示示，其其安安全全度度是是隐隐含含的的，并并不不出出现现在在设设计计表表达达式式中中。在在允允许许应应力力法法计计算中，不使用安全系数或分项系数。算中，不使用安全系数或分项系数。l采采用用总总安安全全系系数数设设计计法法的的表表达达式式描描述述的的是是极极限限状状态态的的作作用用与与抗抗力力的的平平衡衡关关系系。其其中中，抗抗力力效效应应是是极极限限值值，包包括括试试验验曲曲线线上上的的极极限限临临界界值值，或或根根据据极极限限理理论论计计算算的的结结果果，作作用用效效应应是是标标准准组组合合。在在设设计计表表达达式式中中，总总安安全全系系数数出出现现在在抗抗力力项项的的分分母母中中，当当然然也也可可以以理理解解为为乘乘以以作作用用效应的标准值再与抗力的极限值相平衡。效应的标准值再与抗力的极限值相平衡。l采采用用分分项项系系数数设设计计法法的的表表达达式式描描述述极极限限状状态态下下设设计计验验算算点点的的抗抗力力效效应应的的设设计计值值与与作作用用效效应应的的设设计计值值的的平平衡衡关关系系。设设计计验验算算点点的的失失效效概概率率是是最最大大的的，因因此此用用验验算点的坐标（即设计值）来控制设计。算点的坐标（即设计值）来控制设计。l我我国国现现行行规规范范的的主主体体工工程程结结构构设设计计方方法法主主要要采采用用分分项项系系数数法法，而而现现行行规规范范的的岩岩土土工工程程设设计计原原则则大大多多是是多多种种设设计计方方法法并并用。用。l这这种种现现状状就就使使设设计计工工作作复复杂杂化化了了，不不弄弄清楚清楚这这些些问题问题，很容易出，很容易出现错误现错误。建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范 l建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范采用了多种采用了多种设计方法。设计方法。l地基承载力设计采用容许承载力法，即地基承载力设计采用容许承载力法，即工作状态设计方法。工作状态设计方法。l地基稳定性计算采用总安全系数法地基稳定性计算采用总安全系数法, ,设计表设计表达式（达式（13-513-5）即为该规范的式（）即为该规范的式（5.4.15.4.1）：）：l岩石锚杆抗拔承载力验算采用允许应力法岩石锚杆抗拔承载力验算采用允许应力法l式中的式中的f f值为水泥砂浆或混凝土与岩石间的值为水泥砂浆或混凝土与岩石间的粘结强度特征值，即容许粘结强度值。粘结强度特征值，即容许粘结强度值。l第第6 6章挡土墙稳定性验算采用总安全系数章挡土墙稳定性验算采用总安全系数法法。l第第8 8章章基基础础结结构构承承载载力力验验算算采采用用分分项项系系数数法法，所所有有的的设设计计表表达达式式中中，作作用用均均为为基基底底的的净净反反力力或或由由净净反反力力产产生生的的基基础础结结构构内内力力，强度均为混凝土材料的相应强度设计值。强度均为混凝土材料的相应强度设计值。3.如何处理岩土工程与上部结构如何处理岩土工程与上部结构不同设计方法所带来的问题不同设计方法所带来的问题? ?l地基基础与上部结构无论在使用功能、地基基础与上部结构无论在使用功能、荷载传递或者建筑施工等方面都是不可荷载传递或者建筑施工等方面都是不可分割的一个整体。分割的一个整体。设计时应从上部结构设计时应从上部结构到地基基础，逐步传递荷载，始终保持到地基基础，逐步传递荷载，始终保持各部分构件的静力平衡和满足强度变形各部分构件的静力平衡和满足强度变形的要求。的要求。l由于技术发展的侧重面不同，上部结构由于技术发展的侧重面不同，上部结构和地基基础的设计方法处于不同的发展和地基基础的设计方法处于不同的发展阶段。上部结构比较早地开始实行了向阶段。上部结构比较早地开始实行了向概率极限状态设计的过渡，而地基基础概率极限状态设计的过渡，而地基基础则仍处于总安全系数设计阶段（例如桩则仍处于总安全系数设计阶段（例如桩基设计、挡土墙设计），甚至有些部分基设计、挡土墙设计），甚至有些部分尚停留在容许应力设计阶段（例如地基尚停留在容许应力设计阶段（例如地基承载力设计）。承载力设计）。l目前由于上部结构与地基基础设计原则目前由于上部结构与地基基础设计原则的不统一，各种规范执行不同的荷载规的不统一，各种规范执行不同的荷载规定，设计值与标准值混用；不同规范按定，设计值与标准值混用；不同规范按不同的安全度标准建立评价体系，给设不同的安全度标准建立评价体系，给设计人员带来太多的麻烦，造成很多误解。计人员带来太多的麻烦，造成很多误解。其结果是要么可能造成浪费，要么可能其结果是要么可能造成浪费，要么可能造成潜在的危险。造成潜在的危险。l上部结构设计验算承载力时，荷载统一上部结构设计验算承载力时，荷载统一地采用设计值，抗力采用材料的强度设地采用设计值，抗力采用材料的强度设计值，没有任何的悬念。计值，没有任何的悬念。l地基基础设计中，验算地基承载力问题地基基础设计中，验算地基承载力问题时，由于地基承载力采用的是容许值，时，由于地基承载力采用的是容许值，要求荷载取值，即基底压力必须采用标要求荷载取值，即基底压力必须采用标准值。但验算基础结构的承载力时，由准值。但验算基础结构的承载力时，由于材料强度用的是设计值，荷载取值必于材料强度用的是设计值，荷载取值必须也采用设计值与之匹配。须也采用设计值与之匹配。l单桩承载力验算时，对于验算由地基土对桩单桩承载力验算时，对于验算由地基土对桩的支承所构成的承载力，与之相应的轴力是的支承所构成的承载力，与之相应的轴力是标准值，但由桩身强度构成的承载力验算时标准值，但由桩身强度构成的承载力验算时必须用轴力的设计值。因此计算时必须注意必须用轴力的设计值。因此计算时必须注意区分标准值与设计值的不同取值和不同的适区分标准值与设计值的不同取值和不同的适用条件。用条件。l地基基础设计时，确定浅基础的平面尺寸、地基基础设计时，确定浅基础的平面尺寸、桩数等地基设计项目采用定值法，包括容许桩数等地基设计项目采用定值法，包括容许应力法和总安全系数法。例如地基承载力特应力法和总安全系数法。例如地基承载力特征值（容许值）、单桩极限承载力处于安全征值（容许值）、单桩极限承载力处于安全系数得单桩承载力特征值（容许值）。系数得单桩承载力特征值（容许值）。l抗力的性质是容许值，标称标准值或特征值；抗力的性质是容许值，标称标准值或特征值；因此，荷载应采用标准值。如果荷载误用设因此，荷载应采用标准值。如果荷载误用设计值，设计的安全度过高。计值，设计的安全度过高。l确定浅基础的高度、基础配筋、筏基结构设确定浅基础的高度、基础配筋、筏基结构设计、桩身强度验算、承台结构设计等项目采计、桩身强度验算、承台结构设计等项目采用分项系数描述的设计表达式。因此，抗力用分项系数描述的设计表达式。因此，抗力采用设计值；荷载也采用设计值。采用设计值；荷载也采用设计值。l如果荷载误用标准值，设计的安全度将会过如果荷载误用标准值，设计的安全度将会过低，偏于危险。上部结构荷载最终由基础传低，偏于危险。上部结构荷载最终由基础传给地基，地基基础设计必须与上部结构设计给地基，地基基础设计必须与上部结构设计相协调。相协调。l在基坑工程设计时，问题与地基基础设在基坑工程设计时，问题与地基基础设计正好相反，由土的强度指标计算得到计正好相反，由土的强度指标计算得到的土压力是标准值，围护结构的内力也的土压力是标准值，围护结构的内力也是标准值，但围护结构的材料强度却是是标准值，但围护结构的材料强度却是设计值。设计值。l总之，在地基基础设计时，设计表达式总之，在地基基础设计时，设计表达式两端不匹配会造成浪费；而基坑工程设两端不匹配会造成浪费；而基坑工程设计时，设计表达式两端不匹配则会造成计时，设计表达式两端不匹配则会造成安全度下降。安全度下降。4.如何控制岩土工程的安全度？如何控制岩土工程的安全度？l讨讨论论工工程程安安全全度度的的控控制制与与风风险险、影影响响岩岩土土工工程程安安全全度度的的因因素素，包包括括体体制制的的因因素素和和技技术术的的因因素素。 岩岩土土工工程程是是全全过过程程的的技技术术服服务务，包包括括勘勘察察设设计计阶阶段段的的安安全全度度控控制制、施施工工与与运运营营阶阶段段安安全全度度的的实实现现及及可可能存在的风险分析。能存在的风险分析。l荷荷载载取取值值、抗抗力力取取值值和和安安全全系系数数的的取取值值都会影响安全度控制。都会影响安全度控制。l地地基基基基础础设设计计，包包括括地地基基持持力力层层承承载载力力计计算算、软软弱弱下下卧卧层层验验算算、沉沉降降计计算算、基基础础结结构构验验算算所所用用的的荷荷载载，必必须须是是上上部部结结构构设设计计的的结结果果，包包括括柱柱或或墙墙根根部部的的竖竖向向力、水平力和弯矩。力、水平力和弯矩。l按按每每层层的的荷荷载载估估计计值值计计算算的的结结果果，只只能能供供编编制制勘勘察察方方案案之之用用，不不能能用用以以做做地地基基基础设计。基础设计。l有有些些结结构构物物（如如地地下下室室、隧隧道道、支支挡挡结结构构、堤堤坝坝结结构构）设设计计时时，岩岩土土（包包括括岩岩土土层层中中的的水水）作作用用于于结结构构物物的的荷荷载载成成为为控控制制设设计计安安全全度度的的主主要要荷荷载载，包包括括土土压压力、水压力、浮力、扬压力。力、水压力、浮力、扬压力。l注注意意这这些些根根据据土土力力学学原原理理计计算算得得到到的的荷荷载载，按按其其性性质质是是标标准准值值，不不能能直直接接与与结结构抗力（其性质是设计值）进行比较。构抗力（其性质是设计值）进行比较。l岩岩土土的的变变形形是是建建筑筑物物的的正正常常使使用用极极限限状状态态验验算算的的“作作用用”，也也是是造造成成建建筑筑物物承承载载力极限状态的力极限状态的“作用作用”之一。之一。l建建筑筑物物承承受受变变形形的的能能力力，即即允允许许变变形形值值，是极限状态验算时建筑物的是极限状态验算时建筑物的“抗力抗力”。l建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范中中的的允允许许变变形形值值，有有些些是是正正常常使使用用极极限限状状态态验验算算的的抗抗力力，有有些些则则是是承承载载力力极极限限状状态态的的抗抗力力。5l勘察设计阶段是控制工程安全度的主要阶勘察设计阶段是控制工程安全度的主要阶段，如果在设计阶段的安全度控制就有缺段，如果在设计阶段的安全度控制就有缺陷，设计安全度不足，或者对岩土体的工陷，设计安全度不足，或者对岩土体的工程性状的认识有偏差，设计参数的取值存程性状的认识有偏差，设计参数的取值存在问题，或者设计计算模式没有反映工程在问题，或者设计计算模式没有反映工程的主要机理，安全系数的取值过低，或者的主要机理，安全系数的取值过低，或者甚至发生漏项和缺项。甚至发生漏项和缺项。l勘察和设计从设计参数的取值和设计计算勘察和设计从设计参数的取值和设计计算两个方面来控制岩土工程的安全度，核心两个方面来控制岩土工程的安全度，核心的环节是合理选取安全系数。的环节是合理选取安全系数。l安全系数的取值与破坏计算模式有关，安全系数的取值与破坏计算模式有关，不同的工程问题、不同的计算模式，安不同的工程问题、不同的计算模式，安全系数的取值是不同的。例如，地基承全系数的取值是不同的。例如，地基承载力的安全系数为载力的安全系数为23，而挡土墙的抗，而挡土墙的抗滑稳定安全系数仅为滑稳定安全系数仅为1.3。并不表示地基。并不表示地基承载力问题的安全度高于挡土墙的抗滑承载力问题的安全度高于挡土墙的抗滑稳定性。因此不同破坏计算模式的安全稳定性。因此不同破坏计算模式的安全系数之间，不能相互比较安全系数的大系数之间，不能相互比较安全系数的大小。小。l我国对安全系数的取值考虑工程具体情况我国对安全系数的取值考虑工程具体情况太少，因地制宜不够。安全系数的取值与太少，因地制宜不够。安全系数的取值与抗力的确定方法有关。抗力的确定方法有关。对对于于相同的破坏计相同的破坏计算模式，算模式，如果确定如果确定抗力的方法不同，抗力的方法不同，则则抗抗力的可靠性不同，取用不同的安全系数。力的可靠性不同，取用不同的安全系数。l例如，欧洲规范对单桩承载力的安全系数，例如，欧洲规范对单桩承载力的安全系数，用载荷试验确定的单桩承载力，由于数据用载荷试验确定的单桩承载力，由于数据比较可靠，可以采用比较小的安全系数。比较可靠，可以采用比较小的安全系数。l安全系数的取值与岩土参数的试验方法安全系数的取值与岩土参数的试验方法有关，当采用不同的抗剪强度指标计算有关，当采用不同的抗剪强度指标计算时，安全系数的取值是不同的。例如，时，安全系数的取值是不同的。例如，如果采用预固结以后的试样做不固结不如果采用预固结以后的试样做不固结不排水试验，得到的不排水强度排水试验，得到的不排水强度cu会有很会有很大的提高，如果利用这样的试验结果计大的提高，如果利用这样的试验结果计算地基的稳定性，就不能采用与传统的算地基的稳定性，就不能采用与传统的试验结果计算时相同的安全系数。试验结果计算时相同的安全系数。l安全度控制风险的影响因素。客观的因安全度控制风险的影响因素。客观的因素，取土试验过程中对试样的扰动、试素，取土试验过程中对试样的扰动、试验方法的不标准、试验结果的缺乏代表验方法的不标准、试验结果的缺乏代表性、试验结果分析计算方法的不标准等性、试验结果分析计算方法的不标准等因素都会影响对设计安全度的控制主观因素都会影响对设计安全度的控制主观因素，工程师对试验结果的评价与分析，因素，工程师对试验结果的评价与分析，对代表性指标的取用、对计算模式的选对代表性指标的取用、对计算模式的选用等都会使得工程师对安全度的控制偏用等都会使得工程师对安全度的控制偏离预期的期望值。离预期的期望值。l岩土工程安全度控制的关键是在勘察设计岩土工程安全度控制的关键是在勘察设计阶段。岩土工程设计时，计算岩土抗力的阶段。岩土工程设计时，计算岩土抗力的强度参数，并不是像上部结构材料那样，强度参数，并不是像上部结构材料那样，可以从技术标准中查到；由岩土所构成的可以从技术标准中查到；由岩土所构成的荷载，也不可能从荷载规范得到。这些都荷载，也不可能从荷载规范得到。这些都需要通过岩土工程勘察，由试验、测定和需要通过岩土工程勘察，由试验、测定和经验判断取得。因此设计参数的取值是否经验判断取得。因此设计参数的取值是否符合设计的具体工程条件，是否反映了地符合设计的具体工程条件，是否反映了地质条件的特点，都直接影响安全度的控制。质条件的特点，都直接影响安全度的控制。但体制现状却非常不利于安全度的控制。但体制现状却非常不利于安全度的控制。l岩土工程参数分析与选定是岩土工程勘岩土工程参数分析与选定是岩土工程勘察内业工作的重要组成部分，是对原位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，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。为岩土工程勘察分析评价的重要依据。l岩土工程参数分析的内容包括对原始数岩土工程参数分析的内容包括对原始数据的误差分析和有效数字的取舍，数据据的误差分析和有效数字的取舍，数据统计特征的分析，平均值和标准值的计统计特征的分析，平均值和标准值的计算，参数间经验公式的建立及其图表表算，参数间经验公式的建立及其图表表示方法。示方法。l由于岩土体是自然形成的，其成分、结由于岩土体是自然形成的，其成分、结构和构造都是非均质的和不确定的，勘构和构造都是非均质的和不确定的，勘察时的钻孔或原位测试所取得的土样或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，用统计的方法获得具有代表性的参数，对于岩土工程参数也只能从统计的概念对于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。上去理解，才能正确地使用。l对同一个岩土体，用同一种方法测定的对同一个岩土体，用同一种方法测定的岩土参数，每次的测定值并不完全相同，岩土参数，每次的测定值并不完全相同，有时的分布范围还相当广，如何从中得有时的分布范围还相当广，如何从中得到代表性的参数，需要研究这些数据的到代表性的参数，需要研究这些数据的分布规律。将测定值按数值大小从小到分布规律。将测定值按数值大小从小到大依次顺序排列，就得到变量的数列，大依次顺序排列，就得到变量的数列，称为值序统计量，形成一个经验的分布，称为值序统计量，形成一个经验的分布，这是定量研究的基础。需要岩土工程师这是定量研究的基础。需要岩土工程师具有分析不确定性的视野和能力，具有具有分析不确定性的视野和能力，具有风险分析的能力。风险分析的能力。l岩土本身所产生的荷载，不论是作用于岩土本身所产生的荷载，不论是作用于结构物或作用于岩土体上，其计算模式结构物或作用于岩土体上，其计算模式的正确与否，对安全度的控制是至关重的正确与否，对安全度的控制是至关重要的。岩土本身所产生的荷载，一般也要的。岩土本身所产生的荷载，一般也是采用岩土参数，选用一定的计算模式是采用岩土参数，选用一定的计算模式进行计算的结果，例如土压力、水压力、进行计算的结果，例如土压力、水压力、作用于土体或建筑物的浮力、作用于基作用于土体或建筑物的浮力、作用于基础底板的反力、作用于土体的渗透力等。础底板的反力、作用于土体的渗透力等。l影响荷载计算结果正确性的因素。影响荷载计算结果正确性的因素。l计算模式，计算假定是否反映了实际工计算模式，计算假定是否反映了实际工程的主要控制因素？例如是空间问题还程的主要控制因素？例如是空间问题还是平面问题、是弹性半无限体还是是平面问题、是弹性半无限体还是Winkler体系？体系？l计算工况，计算工况是否符合工程实际计算工况，计算工况是否符合工程实际条件与自然条件？例如结构的支承、约条件与自然条件？例如结构的支承、约束条件，水的作用条件。束条件，水的作用条件。l计算参数，计算参数反映在工程具体条计算参数，计算参数反映在工程具体条件下的岩土基本属性与工况的影响？例件下的岩土基本属性与工况的影响？例如抗剪强度指标的选用、土的重度的选如抗剪强度指标的选用、土的重度的选用等。用等。安全度控制风险的影响因素安全度控制风险的影响因素 l客客观观的的因因素素，取取土土试试验验过过程程中中对对试试样样的的扰扰动动、试试验验方方法法的的不不标标准准、试试验验结结果果的的缺缺乏乏代代表表性性、试试验验结结果果分分析析计计算算方方法法的的不不标标准准等等因因素素都都会会影影响响对对设设计计安安全全度度的的控制。控制。l主主观观因因素素，工工程程师师对对试试验验结结果果的的评评价价与与分分析析，对对代代表表性性指指标标的的取取用用、对对计计算算模模式式的的选选用用等等都都会会使使得得工工程程师师对对安安全全度度的的控制偏离预期的期望值。控制偏离预期的期望值。l岩土工程设计时，计算岩土抗力的强度岩土工程设计时，计算岩土抗力的强度参数，并不是像上部结构材料那样，可参数，并不是像上部结构材料那样，可以从技术标准中查到；由岩土所构成的以从技术标准中查到；由岩土所构成的荷载，也不可能从荷载规范得到。这些荷载，也不可能从荷载规范得到。这些都需要通过岩土工程勘察，由试验、测都需要通过岩土工程勘察，由试验、测定和经验判断取得。因此设计参数的取定和经验判断取得。因此设计参数的取值是否符合设计的具体工程条件，是否值是否符合设计的具体工程条件，是否反映了地质条件的特点，都直接影响安反映了地质条件的特点，都直接影响安全度的控制。全度的控制。5.5.怎样计算荷载？怎样计算荷载？l请问设计部门提供的荷载是荷载效应的请问设计部门提供的荷载是荷载效应的标准组合还是准永久组合或是基本组合，标准组合还是准永久组合或是基本组合，这三者之间如何换算？这三者之间如何换算？l对于不同的设计对象问题，采用不同的荷载对于不同的设计对象问题，采用不同的荷载组合。组合。l根据根据建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2002的规定，为验算地基承载力，确定基础的规定，为验算地基承载力，确定基础的尺寸时，荷载采用标准组合。计算沉降时，的尺寸时，荷载采用标准组合。计算沉降时，荷载采用准永久组合。验算地基或构筑物的荷载采用准永久组合。验算地基或构筑物的稳定性时采用基本组合的设计值。验算基础稳定性时采用基本组合的设计值。验算基础内力和配筋时采用基本组合的设计值。内力和配筋时采用基本组合的设计值。l在勘察任务书中的荷载一般是供验算地基承在勘察任务书中的荷载一般是供验算地基承载力的，不清楚时可问设计人员。载力的，不清楚时可问设计人员。l这里有两个不同的概念，不能认为都是这里有两个不同的概念，不能认为都是简单地乘一个系数。一个是所谓承载力简单地乘一个系数。一个是所谓承载力极限状态和正常使用极限状态的区别，极限状态和正常使用极限状态的区别，考虑的荷载内容是不同的，要根据实际考虑的荷载内容是不同的，要根据实际工程情况，按荷载规范来计算。工程情况，按荷载规范来计算。l另一个是所谓标准值和设计值的区别，另一个是所谓标准值和设计值的区别，那是差一个分项系数，但也不都是那是差一个分项系数，但也不都是1.25，如以恒载为主的情况就是如以恒载为主的情况就是1.35。l当地基承载力为当地基承载力为kPakPa如何转换为吨，如如何转换为吨，如130kPa130kPa转换为吨是多少吨？转换为吨是多少吨？l我国过去实行公制，即我国过去实行公制，即CGS制，从制，从79年代后年代后期，国家决定将计量单位改为国际制，即期，国家决定将计量单位改为国际制，即SI制。制。l通过通过20多年的强制性推广，国际制已经在我多年的强制性推广，国际制已经在我国得到了广泛的应用，所有的工程技术标准国得到了广泛的应用，所有的工程技术标准都采用了国际制，所有的教科书也都采用了都采用了国际制，所有的教科书也都采用了国际制，作为一个工程师必须掌握国际制，国际制，作为一个工程师必须掌握国际制，熟悉国际制与其他计量制之间的换算关系。熟悉国际制与其他计量制之间的换算关系。l为什么要实行国际制？亦即为什么要实行国际制？亦即CGS制有什制有什么缺点？么缺点？在公制中，最大的问题是无法在公制中，最大的问题是无法区别质量和重力的计量。例如，过去按区别质量和重力的计量。例如，过去按CGS制的规定说制的规定说1立方米的土重立方米的土重2吨（单吨（单位体积重为位体积重为2吨吨/立方米），即重立方米），即重2000公斤公斤（kg），作用在），作用在1平方米的面积上，压力平方米的面积上，压力是是2吨吨/平方米，前面的平方米，前面的2吨是指土的质量，吨是指土的质量，而后面的而后面的2吨是指力，可是无法加以区分。吨是指力，可是无法加以区分。l按照牛顿第一定律，重力等于质量乘以重力按照牛顿第一定律，重力等于质量乘以重力加速度加速度(g=9.8m/s2)，即，即Gm g，按前面的，按前面的数据就可以说土的质量密度是数据就可以说土的质量密度是2t/m3，这，这2t表表示质量，而产生的重力示质量，而产生的重力2000 9.8 20000N=20kN，作用在单位面积，作用在单位面积上的压力是上的压力是20kN/m2=20kPa。l土的室内试验指标是单位体积的质量，称为土的室内试验指标是单位体积的质量，称为密度，计量单位是密度，计量单位是g/cm3或或t/m3，而单位体积，而单位体积的重力称为重力密度或重度，计量单位是的重力称为重力密度或重度，计量单位是kN/m3；如果土的密度是；如果土的密度是1.8g/cm3，则其重度，则其重度应为应为18kN/m3。l密度是试验单位，而重度是计算单位，密度是试验单位，而重度是计算单位，在土工试验报告中应当用密度表示，而在土工试验报告中应当用密度表示，而不是重度，因为用天平称出来的是质量不是重度，因为用天平称出来的是质量而不是力。而不是力。l重度乘以土柱的高度就得到土的自重压重度乘以土柱的高度就得到土的自重压力，单位为力，单位为kPa。例如，重度为。例如，重度为18kN/m3，在，在10m深度处的自重压力就是深度处的自重压力就是1810180kPa。l可以记住一个最简单的换算关系，压力可以记住一个最简单的换算关系，压力为为1kg/cm2100kPa10t/m2。为什么锚杆计算的荷载如此不同？为什么锚杆计算的荷载如此不同？l建筑边坡工程技术规范建筑边坡工程技术规范GB50330-GB50330-20022002的（的（7.2.27.2.27.2.47.2.4）式中，为何计）式中，为何计算所依据的荷载值不同，分别为算所依据的荷载值不同，分别为 N Na a、N Nakak和和N Na,a,是何原因？仅仅是这样规定而已吗是何原因？仅仅是这样规定而已吗？l这种规定的来源是这种规定的来源是建筑地基基础设计建筑地基基础设计规范规范第第3.0.4条关于荷载的规定。按照条关于荷载的规定。按照这本规范的规定，计算有关土的承载力、这本规范的规定，计算有关土的承载力、黏结强度一类时，用荷载的标准值；计黏结强度一类时，用荷载的标准值；计算有关材料（混凝土、钢筋等）的承载算有关材料（混凝土、钢筋等）的承载力时，用荷载的设计值。力时，用荷载的设计值。l这个公式是验算锚杆钢筋的截面，因此这个公式是验算锚杆钢筋的截面，因此Na是锚杆拉力的设计值。是锚杆拉力的设计值。l这个公式验算锚杆钢筋与砂浆之间的锚这个公式验算锚杆钢筋与砂浆之间的锚固长度，是建筑材料之间的粘结强度，固长度，是建筑材料之间的粘结强度，强度值用设计值，因此强度值用设计值，因此Na也用锚杆拉力也用锚杆拉力的设计值。的设计值。l这是锚固体与地层之间的锚固强度的验这是锚固体与地层之间的锚固强度的验算公式，由于是锚固体与地层之间的粘算公式，由于是锚固体与地层之间的粘结强度是用容许值，故锚固的拉力用标结强度是用容许值，故锚固的拉力用标准值准值Nak。勘察前期工作收集的是什么荷载勘察前期工作收集的是什么荷载？l设计能够提供什么荷载？设计能够提供什么荷载？l设计没有进行到一定的深度，只能估计设计没有进行到一定的深度，只能估计荷载。荷载。l如何估计？如何估计？l按每层每平方米按每层每平方米1.52吨（吨（1520kPa）估计，标准值小一些，设计值大一些，估计，标准值小一些，设计值大一些，住宅小一些，办公楼因为层高比较高，住宅小一些，办公楼因为层高比较高，因此大一些。因此大一些。l怎么使用这种荷载数据？怎么使用这种荷载数据？l整板基础怎么用？乘以楼层数得到基底整板基础怎么用？乘以楼层数得到基底压力可以直接与地基承载力比较。压力可以直接与地基承载力比较。p fal条形基础怎么用？与条形基础底面积与条形基础怎么用？与条形基础底面积与整板基础的面积比例整板基础的面积比例 有关。有关。 p/ fal独立柱基怎么用？与柱距独立柱基怎么用？与柱距l有关。柱荷载有关。柱荷载lNp l 2l但是，这种荷载只能用于做勘察方案，但是，这种荷载只能用于做勘察方案，而不能用于地基基础设计计算。而不能用于地基基础设计计算。l那么设计的荷载是如何计算得到的呢？那么设计的荷载是如何计算得到的呢？设计荷载的计算设计荷载的计算l荷载由恒载和可变荷载两部分组成：荷载由恒载和可变荷载两部分组成：l恒载主要由结构物的自重产生的，可变恒载主要由结构物的自重产生的，可变荷载包括楼面荷载、风荷载、雪荷载、荷载包括楼面荷载、风荷载、雪荷载、积灰荷载等，按照荷载规范的规定：积灰荷载等，按照荷载规范的规定：设计荷载计算实例设计荷载计算实例l1.1.面荷载：面荷载：1.1.1恒荷载：恒荷载：l120厚现浇板：厚现浇板：l楼板自重楼板自重0.1225=3.0kN/m2l找平找平0.0220=0.4kN/m2l地面作法地面作法1.0kN/m2l吊顶吊顶0.8kN/m2l相加得：相加得：g=5.2kN/m2l100厚现浇板：厚现浇板：0.1025+0.4+1.0+0.8=4.7kN/m2l180厚现浇板：厚现浇板：0.1825+0.4+1.0+0.8=6.7kN/m2l覆土容重覆土容重:18kN/m3l屋面做法：屋面做法：0.1225+0.0220+3.9=7.3kN/m2l1.1.2活荷载：活荷载：l商店：商店：3.5kN/m2l办公：办公：2.0+1.0（考虑隔墙不确定布置）（考虑隔墙不确定布置）3.0kN/m2l通风机房：通风机房：8.0kN/m2l汽车通道：汽车通道：4.0kN/m2l卫生间：卫生间：2.5kN/m2l走廊、门厅：走廊、门厅：3.5kN/m2l楼梯：楼梯：3.5kN/m2l电气机房：地下一层：电气机房：地下一层：8.0kN/m2，一层，一层机房及强电井：机房及强电井：5.0kN/m2l自动扶梯：自动扶梯：R=7223.17=45.43kN/ml1.2.梁墙荷载梁墙荷载:l填充墙：填充墙：l1、外墙、外墙l铝板或玻璃幕墙铝板或玻璃幕墙:1kN/m2l5.6m层高层高:5.6kN/ml4.2m层高层高:4.2kN/ml2、内墙、内墙l加气混凝土砌块砌筑容重取加气混凝土砌块砌筑容重取7.5kN/m3，则：则：l200厚墙每米高厚墙每米高(含双面抹灰含双面抹灰)：80.2+200.04+0.5=2.9kN/m2l内墙处梁上荷载（内墙处梁上荷载（200厚填充墙）厚填充墙）:l3.8m层高层高:3.82.9=11.02kN/m取取11l5.0m层高层高:5.02.9=14.50kN/m取取15l5.6m层高层高:5.62.9=16.24kN/m取取16l4.2m层高层高:4.22.9=12.18kN/m取取12l1.2.3其它：其它：l混凝土阳台拦板混凝土阳台拦板(1.0米高米高)：(250.12+200.04)1=3.8kN/ml钢框门窗每米高：钢框门窗每米高：0.45kN/m七七. 基础方案建议与基础方案建议与地基基础设计的基础选型地基基础设计的基础选型l在勘察报告中如何建议基础方案，是岩土工在勘察报告中如何建议基础方案，是岩土工程师比较关心的一个问题，也是颇费斟酌的程师比较关心的一个问题，也是颇费斟酌的一件事。要做好基础方案的建议，提出符合一件事。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。上部结构的特点及要求。l在勘察单位工作的岩土工程师，掌握地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适用性不太熟悉，因而造成种种困难与误解。误解。l下面的一些问题正反映了岩土工程界的下面的一些问题正反映了岩土工程界的现状，也提出了我们需要进一步掌握的现状，也提出了我们需要进一步掌握的一些基本知识。这对于做好基础方案的一些基本知识。这对于做好基础方案的建议，可能有所帮助。建议，可能有所帮助。为什么柱下条形基础为什么柱下条形基础不属于扩展基础？不属于扩展基础？l建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-GB50007-20022002规定扩展基础只包括柱下独立基础规定扩展基础只包括柱下独立基础和墙下条形基础，为什么不包括柱下条和墙下条形基础，为什么不包括柱下条形基础？筏基和箱基是否也应是扩展基形基础？筏基和箱基是否也应是扩展基础？础？l我国国家标准我国国家标准建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2002第第2.1.11条条对扩展基础对扩展基础（spreadfoundation）作如下的解释：）作如下的解释：“将上部结构传来的荷载将上部结构传来的荷载,通过向侧边扩展通过向侧边扩展成一定底面积，使作用在基底的压应力成一定底面积，使作用在基底的压应力等于或小于地基土的允许承载力，而基等于或小于地基土的允许承载力，而基础内部的应力应同时满足材料本身的强础内部的应力应同时满足材料本身的强度要求，这种起到压力扩散作用的基础度要求，这种起到压力扩散作用的基础称为扩展基础。称为扩展基础。”1l按照欧洲规范的基础分类，独立基础、按照欧洲规范的基础分类，独立基础、墙下条形基础、柱下条形基础、筏形基墙下条形基础、柱下条形基础、筏形基础等都属于扩展基础。础等都属于扩展基础。2l但我国的国家标准但我国的国家标准建筑地基基础设计建筑地基基础设计规范规范GB50007-2002只把独立基础和墙只把独立基础和墙下条形基础作为扩展基础。而将柱下条下条形基础作为扩展基础。而将柱下条形基础、筏形基础都没有列入扩展基础形基础、筏形基础都没有列入扩展基础的范畴。的范畴。l为什么国标作这样的分类？估计可能是因为，为什么国标作这样的分类？估计可能是因为，独立基础、墙下条形基础和柱下条形基础相独立基础、墙下条形基础和柱下条形基础相比，存在设计原则上的差别，因此认为这种比，存在设计原则上的差别，因此认为这种分类方法也有它的合理性。但按照国标的上分类方法也有它的合理性。但按照国标的上述定义，柱下条形基础和筏形基础也都符合述定义，柱下条形基础和筏形基础也都符合上述术语所概括的受力条件。同时，既然国上述术语所概括的受力条件。同时，既然国标将原来的刚性基础改为无筋扩展基础，配标将原来的刚性基础改为无筋扩展基础，配筋与不配筋是两类扩展基础的原则区别，配筋与不配筋是两类扩展基础的原则区别，配筋是扩展基础的重要特征。按上述的几点分筋是扩展基础的重要特征。按上述的几点分析，那么欧洲规范的分类似乎更有道理。析，那么欧洲规范的分类似乎更有道理。l柱下条形基础与独立基础或墙下条形基柱下条形基础与独立基础或墙下条形基础相比，计算方法究竟有什么不同呢？础相比，计算方法究竟有什么不同呢？l对矩形独立基础需要验算长边和短边两对矩形独立基础需要验算长边和短边两个方向的断面以确定基础的高度或配筋，个方向的断面以确定基础的高度或配筋，独立基础在两个方向的钢筋都是受力钢独立基础在两个方向的钢筋都是受力钢筋，虽然其承受的弯矩不同，配置的钢筋，虽然其承受的弯矩不同，配置的钢筋截面面积不同，但其计算的原则是一筋截面面积不同，但其计算的原则是一样的。如果是方形基础，只承受轴心荷样的。如果是方形基础，只承受轴心荷载，那只需要验算一个方向的断面，两载，那只需要验算一个方向的断面，两个方向的配筋完全一样。个方向的配筋完全一样。l对墙下条形基础，只需验算横断面以确对墙下条形基础，只需验算横断面以确定基础的高度和底板的配筋。因为在基定基础的高度和底板的配筋。因为在基础的纵向，荷载是条形荷载，每个断面础的纵向，荷载是条形荷载，每个断面上的荷载都是一样的，如图上的荷载都是一样的，如图12-1所示的横所示的横断面总是保持平面不变，称为平面应变断面总是保持平面不变，称为平面应变问题，因此只需验算如图所示的一个横问题，因此只需验算如图所示的一个横断面就可以了。断面就可以了。l计算条形基础的内力时，只需在纵向取计算条形基础的内力时，只需在纵向取1延米长度进行分析，验算基础高度和计延米长度进行分析，验算基础高度和计算每延米的横向钢筋用量。此时应在断算每延米的横向钢筋用量。此时应在断面上取内力最大的截面（图示面上取内力最大的截面（图示II截面）截面）计算这个截面上的剪力和弯矩，然后按计算这个截面上的剪力和弯矩，然后按剪力验算基础的有效高度剪力验算基础的有效高度h0，按弯矩计，按弯矩计算每延米横向钢筋的面积算每延米横向钢筋的面积A。l沿墙下条形基础的纵向所布置的钢筋是沿墙下条形基础的纵向所布置的钢筋是分布钢筋，并不是受力钢筋。因此只需分布钢筋，并不是受力钢筋。因此只需要按照构造要求布置，不需要进行计算。要按照构造要求布置，不需要进行计算。如图如图12-2所示，图中配置的横向受力钢筋所示，图中配置的横向受力钢筋 16170，沿砖墙的长度方向配置，沿砖墙的长度方向配置 8250的分布钢筋。的分布钢筋。l但柱下条形基础的受力情况与墙下条形基础但柱下条形基础的受力情况与墙下条形基础就有本质的不同。在纵向，柱传给基础的荷就有本质的不同。在纵向，柱传给基础的荷载是作为集中荷载来考虑的，可以假定基础载是作为集中荷载来考虑的，可以假定基础底面的反力作为荷载沿纵向是均匀分布的，底面的反力作为荷载沿纵向是均匀分布的，然后按倒梁法计算基础梁的内力，也可以按然后按倒梁法计算基础梁的内力，也可以按照弹性地基上的梁进行内力的分析。因此每照弹性地基上的梁进行内力的分析。因此每个断面上的弯矩和剪力都是变化的，设计按个断面上的弯矩和剪力都是变化的，设计按照最大的内力配置钢筋。纵、横向的钢筋都照最大的内力配置钢筋。纵、横向的钢筋都是主要受力钢筋，这是柱下条形基础与墙下是主要受力钢筋，这是柱下条形基础与墙下条形基础重要的区别。条形基础重要的区别。梁在纵向的变形和梁在纵向的变形和内力的分布规律内力的分布规律l图图12-3是弹性地基上的梁在集中力作用下，是弹性地基上的梁在集中力作用下，梁的挠度梁的挠度w、转角、转角 、弯矩、弯矩M和剪力和剪力Q沿梁沿梁的长度方向的分布。的长度方向的分布。l当基础梁的长度当基础梁的长度L/ 时称为无限长梁。时称为无限长梁。 综合了梁的挠曲刚度和地基土的文克勒综合了梁的挠曲刚度和地基土的文克勒弹性特征，称为柔度指标，弹性特征，称为柔度指标， 的倒数的倒数1/ 称为特征长度。称为特征长度。l 由下式计算：由下式计算：lk基床系数；基床系数；lb基础梁的宽度；基础梁的宽度；lE基础梁混凝土的弹性模量；基础梁混凝土的弹性模量；lI基础梁的截面惯性矩。基础梁的截面惯性矩。挠度挠度转角转角弯矩弯矩剪力剪力基础梁的挠度和弯矩的分布是对称于集中力的基础梁的挠度和弯矩的分布是对称于集中力的作用点，而转角和剪力则呈反对称分布。作用点，而转角和剪力则呈反对称分布。l在集中力在集中力P0作用下，无限长梁的挠度公作用下，无限长梁的挠度公式为：式为：l分别对挠度分别对挠度w求一阶、二阶和三阶导数，求一阶、二阶和三阶导数，就可以求得梁截面的转角就可以求得梁截面的转角 、弯矩、弯矩M和剪和剪力力Q。弯矩的分布图显示，在梁的不同截面上，弯矩的分布图显示，在梁的不同截面上，弯矩的符号是会发生变化的，正弯矩作用弯矩的符号是会发生变化的，正弯矩作用时，梁的底部出现拉应力，而负弯矩则使时，梁的底部出现拉应力，而负弯矩则使梁的上部出现拉应力，因此在基础梁中设梁的上部出现拉应力，因此在基础梁中设置钢筋时，必须在梁的上部和下部都布置置钢筋时，必须在梁的上部和下部都布置受力钢筋。受力钢筋。l作用于柱下条形基础上的柱荷载可能有作用于柱下条形基础上的柱荷载可能有若干个，各个柱子所引起的内力可以叠若干个，各个柱子所引起的内力可以叠加，形成更为复杂的弯矩分布图，一般加，形成更为复杂的弯矩分布图，一般按最大的弯矩包络图设置受力钢筋。按最大的弯矩包络图设置受力钢筋。l柱下独立基础的两个方向也都配置受力钢柱下独立基础的两个方向也都配置受力钢筋，如果是轴心荷载，两个方向的受力条筋，如果是轴心荷载，两个方向的受力条件相同，因此基础的形状就称为方形，两件相同，因此基础的形状就称为方形，两个方向的基础尺寸和配筋都是一样的。如个方向的基础尺寸和配筋都是一样的。如果在一个方向还有力矩，那么在力矩作用果在一个方向还有力矩，那么在力矩作用的方向就需要比另一方向的尺寸大一些，的方向就需要比另一方向的尺寸大一些，设计成矩形基础，如图设计成矩形基础，如图12-4所示，配置的钢所示，配置的钢筋截面积也不相同，图中长边方向配筋选筋截面积也不相同，图中长边方向配筋选用用11 16210，短边方向配筋选用，短边方向配筋选用15 10200。柱下独立基础的高度按照满。柱下独立基础的高度按照满足冲切承载力的要求验算。足冲切承载力的要求验算。基础的宽度和长度在规范和各种计算中有基础的宽度和长度在规范和各种计算中有时混淆，不知哪一个是时混淆，不知哪一个是 b，哪一个是，哪一个是L？l这是由于不同的计算工况的假定不同，这是由于不同的计算工况的假定不同，应该从计算公式中物理量的概念上去把应该从计算公式中物理量的概念上去把握，不要拘泥于符号是握，不要拘泥于符号是b还是还是L。l如果是一个矩形基础，将如果是一个矩形基础，将b作为基础的宽度作为基础的宽度，L作为基础长度，那么一般来说，将宽度作为基础长度，那么一般来说，将宽度b理解为短边是正确的，在许多教科书中也理解为短边是正确的，在许多教科书中也都是这样规定的。如图都是这样规定的。如图12-5所示。所示。l计算地基承载力，或对地基承载力作宽计算地基承载力，或对地基承载力作宽度修正时，基于条形基础的假定，从安度修正时，基于条形基础的假定，从安全角度考虑应取短边的尺寸作为计算公全角度考虑应取短边的尺寸作为计算公式中的宽度式中的宽度b。l计算沉降时，由于计算土中应力需要引计算沉降时，由于计算土中应力需要引用弹性理论的条形荷载下的应力解，必用弹性理论的条形荷载下的应力解，必须明确取短边作为须明确取短边作为b，才能与所引用的各，才能与所引用的各种计算应力系数表格中的符号种计算应力系数表格中的符号nz/b和和mL/b相一致。相一致。l但对于受单向力矩作用的矩形基础，基但对于受单向力矩作用的矩形基础，基础尺寸在力矩作用方向一般采用比较长础尺寸在力矩作用方向一般采用比较长的尺寸，以使基础有比较大的抵抗矩。的尺寸，以使基础有比较大的抵抗矩。因此在计算由力矩产生的底面反力时，因此在计算由力矩产生的底面反力时，所用的抵抗矩应采用长边的数值计算，所用的抵抗矩应采用长边的数值计算，有的教科书中是用长边的尺寸有的教科书中是用长边的尺寸L计算抵抗计算抵抗矩。矩。l但在但在建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB50007-2002的图的图8.2.7-1、图、图8.2.7-2以以及图及图5.2.2中，所标注的中，所标注的“b”并不是短边，并不是短边，而是长边，那是为了计算抵抗矩用的，而是长边，那是为了计算抵抗矩用的，没有错。但将长边尺寸称为宽度确实是没有错。但将长边尺寸称为宽度确实是不太合乎习惯的，因此计算公式中最好不太合乎习惯的，因此计算公式中最好用用L而不是用而不是用b，但这本规范中还是用了，但这本规范中还是用了b，也可能其他一些教材也随之而将长边，也可能其他一些教材也随之而将长边标注为标注为b。小偏心小偏心大偏心大偏心l因此，大家不要硬记符号，而应从基本因此，大家不要硬记符号，而应从基本概念上去理解什么情况概念上去理解什么情况b是短边，什么情是短边，什么情况况b是长边。基础宽度是长边。基础宽度b有时并不一定是有时并不一定是短边，要从力学的原理来理解取短边，要从力学的原理来理解取b为其长为其长边的尺寸还是短边的尺寸，这样才不会边的尺寸还是短边的尺寸，这样才不会困惑，也不会弄错。困惑，也不会弄错。l在基础选型时，条形基础和筏形基础各适用在基础选型时，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？础？筏形基础与箱形基础又有什么区别？l浅基础根据它的传力特性可以分为独立基础、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。多数的基础材料都是使用钢筋混凝土。l钢筋混凝土独立基础主要用于柱下，也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、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、现浇锥形形式通常有现浇台阶形基础、现浇锥形基础和预制柱的杯口基础，见图基础和预制柱的杯口基础，见图12-7。l杯口基础可分为单肢和双肢的杯口基础，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。以分为低杯口基础和高杯口基础。l轴心受压柱下基础的底面形状为正方形；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。而偏心受压柱下基础的底面形状为矩形。l钢筋混凝土条形基础分为墙下钢筋混凝土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，其构造分别见基础和十字交叉条形基础，其构造分别见图图12-8和和12-9。l当地基承载力较低，采用柱下钢筋混凝当地基承载力较低，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，并地分布到扩展的条形基础底面积上，并且调整可能产生的不均匀沉降。当单向且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。基础连成十字交叉条形基础。l当采用墙下条形基础或柱下十字交叉条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。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用地下室的建筑物以及大型的储液结构物（如水池、油库等）。物（如水池、油库等）。l但地下室不一定都得采用筏形基础，如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物的荷载，此时地下室的底板就没有传递上部结构荷载的功能，只具有将地下递上部结构荷载的功能，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，此时底还需要具有防水、防潮的功能，此时底板厚度也不需要很厚。板厚度也不需要很厚。l筏形基础分为平板式和梁板式两种类型。筏形基础分为平板式和梁板式两种类型。平板式筏形基础是一块等厚度的钢筋混平板式筏形基础是一块等厚度的钢筋混凝土平板图，筏板的厚度与建筑物的高凝土平板图，筏板的厚度与建筑物的高度及受力条件有关，通常不小于度及受力条件有关，通常不小于200mm；对于高层建筑，通常根据建筑物的层；对于高层建筑，通常根据建筑物的层数按每层数按每层50mm确定筏板的厚度。如柱荷确定筏板的厚度。如柱荷载比较大，为了防止筏板被冲剪破坏，载比较大，为了防止筏板被冲剪破坏，可局部加厚柱下的筏板或设置独立基础；可局部加厚柱下的筏板或设置独立基础；l当柱距较大、柱荷载相差也较大时，板当柱距较大、柱荷载相差也较大时，板内会产生比较大的弯矩，应在板上沿柱内会产生比较大的弯矩，应在板上沿柱轴线纵、横向布置基础梁，形成梁板式轴线纵、横向布置基础梁，形成梁板式筏形基础，梁板式筏形基础能承受更大筏形基础，梁板式筏形基础能承受更大的弯矩，其刚度主要由基础梁构成，板的弯矩，其刚度主要由基础梁构成，板的厚度就可以比平板式基础小得多。筏的厚度就可以比平板式基础小得多。筏形基础的适用范围十分广泛，在多层住形基础的适用范围十分广泛，在多层住宅和高层建筑中都可以采用。宅和高层建筑中都可以采用。l箱形基础由钢筋混凝土底板、顶板和纵、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，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。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，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。地减少荷载的偏心。l当地基承载力比较低而上部结构荷载又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。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。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，箱形基础的埋置深度比较深，基础空腹，挖去的土比箱形基础的自重大得多，卸挖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，这种基础称力，减小了建筑物的沉降，这种基础称为为“补偿式基础补偿式基础”。l由于箱形基础的内隔墙很多，地下室的空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。形基础的就比较少了。l采用箱形基础有效调节不均匀沉降的工程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族风格的展览馆外貌见图12-12，建于，建于1954年，采用天然地基上的箱形基础，箱形基年，采用天然地基上的箱形基础，箱形基础面积础面积46.5m46.5m，高度，高度7m，而埋置深，而埋置深度仅度仅0.5m，箱形基础的大部分设置在地面，箱形基础的大部分设置在地面以上，成为大厦的台座。以上，成为大厦的台座。l由于箱形基础的内隔墙很多，地下室的空间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使用，因此近代建造的地下室采用箱形基础的就比较少了。的就比较少了。l采用箱形基础有效调节不均匀沉降的工程实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格的展览馆外貌见图12-12，建于，建于1954年，年，采用天然地基上的箱形基础，箱形基础面积采用天然地基上的箱形基础，箱形基础面积46.5m46.5m，高度，高度7m，而埋置深度仅，而埋置深度仅0.5m，箱形基础的大部分设置在地面以上，箱形基础的大部分设置在地面以上，成为大厦的台座。成为大厦的台座。l基础设计的第一步是通过方案比较，选择基础设计的第一步是通过方案比较，选择适合于工程实际条件的基础类型。基础是适合于工程实际条件的基础类型。基础是传递上部结构荷载给地基、扩散应力、保传递上部结构荷载给地基、扩散应力、保持上部结构处于良好工作状态的重要结构，持上部结构处于良好工作状态的重要结构，起承上启下的作用。在地质条件比较困难起承上启下的作用。在地质条件比较困难的地区，工程成败的关键在于基础工程，的地区，工程成败的关键在于基础工程，基础的造价可能达到总造价的基础的造价可能达到总造价的2030%，因此基础设计与施工是工程建设的重要阶因此基础设计与施工是工程建设的重要阶段，必须慎重对待。段，必须慎重对待。l而基础方案的选择则又是有关全局的一而基础方案的选择则又是有关全局的一步，方案不合理，就无法实现预定的目步，方案不合理，就无法实现预定的目标。选择基础方案时需要综合考虑上部标。选择基础方案时需要综合考虑上部结构的特点、地基土的工程地质和水文结构的特点、地基土的工程地质和水文地质条件以及施工的难易程度等因素，地质条件以及施工的难易程度等因素，经过比较、优化以达到技术先进、经济经过比较、优化以达到技术先进、经济合理的目的。合理的目的。各种基础方案的适应性各种基础方案的适应性l从满足地基承载力要求考虑，基础的第从满足地基承载力要求考虑，基础的第一功能是传递荷载、扩散应力，因而必一功能是传递荷载、扩散应力，因而必须满足地基强度和稳定性的要求。根据须满足地基强度和稳定性的要求。根据上部结构荷载的大小和地基土的承载能上部结构荷载的大小和地基土的承载能力强弱选择基础类型，尽可能选择简单力强弱选择基础类型，尽可能选择简单的基础型式，柱下应首选独立基础，墙的基础型式，柱下应首选独立基础，墙下应首选条形基础。下应首选条形基础。l当独立基础不能满足承载力要求时宜扩当独立基础不能满足承载力要求时宜扩展为条形基础；当单向条形基础底面积展为条形基础；当单向条形基础底面积不够时可以采用十字交叉条形基础；在不够时可以采用十字交叉条形基础；在条形基础不能满足承载力要求的才采用条形基础不能满足承载力要求的才采用造价比较高的筏板基础。在这逐步扩大造价比较高的筏板基础。在这逐步扩大基础底面积的过程中，意味着造价和施基础底面积的过程中，意味着造价和施工难度不断提高，在非必要时不要采用工难度不断提高，在非必要时不要采用更复杂的基础类型。更复杂的基础类型。l采用筏板基础或箱形基础不仅因为基础底采用筏板基础或箱形基础不仅因为基础底面积大，可以减少基底压力，而且由于挖面积大，可以减少基底压力，而且由于挖去的土的重量大于基础的自重，可以减少去的土的重量大于基础的自重，可以减少作用于基础底面的附加压力，这种基础称作用于基础底面的附加压力，这种基础称为为“补偿式基础补偿式基础”，是一举两得的方案。，是一举两得的方案。l当然，加大埋置深度也能提高地基承载当然，加大埋置深度也能提高地基承载力，但是在层状土地基上，加大埋置深力，但是在层状土地基上，加大埋置深度的作用是十分有限的，有时加大埋置度的作用是十分有限的，有时加大埋置深度使基础底面更接近于下卧软弱层，深度使基础底面更接近于下卧软弱层，使地基承载力反而降低。使地基承载力反而降低。l从满足建筑物变形要求考虑，建筑物、从满足建筑物变形要求考虑，建筑物、基础和地基是一个整体，地基的变形引基础和地基是一个整体，地基的变形引起建筑物的沉降，不同类型的基础，调起建筑物的沉降，不同类型的基础，调整不均匀沉降的能力是不同的。当建筑整不均匀沉降的能力是不同的。当建筑物荷载比较大，而地基土又相对比较软物荷载比较大，而地基土又相对比较软弱时，需要考虑基础对不均匀沉降的调弱时，需要考虑基础对不均匀沉降的调整能力，采用刚度更大的基础。整能力，采用刚度更大的基础。l如上部结构为框架结构，地基比较软弱，如上部结构为框架结构，地基比较软弱，则柱子之间的过大不均匀沉降将会产生则柱子之间的过大不均匀沉降将会产生结构的次应力，容易造成结构的开裂；结构的次应力，容易造成结构的开裂；此时，柱网下的独立基础之间应设置联此时，柱网下的独立基础之间应设置联系梁以增强整体性，或者可以考虑采用系梁以增强整体性，或者可以考虑采用可以调整不均匀沉降的十字交叉条形基可以调整不均匀沉降的十字交叉条形基础或筏板基础。由于十字交叉条形基础础或筏板基础。由于十字交叉条形基础和筏板基础的底面积比较大，减少了基和筏板基础的底面积比较大，减少了基底压力，使不均匀沉降也能有所减少。底压力，使不均匀沉降也能有所减少。l虽然筏板基础具有比条形基础更大的刚虽然筏板基础具有比条形基础更大的刚度，具有更大的调整不均匀沉降的能力，度，具有更大的调整不均匀沉降的能力，但由于筏板基础的宽度大，应力转播的但由于筏板基础的宽度大，应力转播的范围比条形基础更深，如果深层的土层范围比条形基础更深，如果深层的土层比较软弱，可能反而会使沉降量增大，比较软弱，可能反而会使沉降量增大，从而产生建筑物的整体倾斜，在软土地从而产生建筑物的整体倾斜，在软土地区已经发现过不少这类事故的例子。区已经发现过不少这类事故的例子。l从建筑物的使用要求考虑，在选择基础从建筑物的使用要求考虑，在选择基础方案时，有时建筑物的使用要求决定了方案时，有时建筑物的使用要求决定了基础的类型。例如，当建筑物需要地下基础的类型。例如，当建筑物需要地下室时，筏板基础或箱形基础是最适宜的室时，筏板基础或箱形基础是最适宜的方案，基础板就可作为地下室的底板，方案，基础板就可作为地下室的底板，箱形基础的顶板和底板也就是地下室的箱形基础的顶板和底板也就是地下室的顶板和底板，在这种情况下必然优先采顶板和底板，在这种情况下必然优先采用这类基础型式。用这类基础型式。l对于硬壳层下有软土层的地质条件，采对于硬壳层下有软土层的地质条件，采用筏形基础的沉降量会大于条形基础。用筏形基础的沉降量会大于条形基础。虽然筏形基础的基底平均压力小于条形虽然筏形基础的基底平均压力小于条形基础，但由于筏形基础的宽度比条形基基础，但由于筏形基础的宽度比条形基础大得多，应力向深部传递，在软土层础大得多，应力向深部传递，在软土层中的应力面积比较条形基础下的应力面中的应力面积比较条形基础下的应力面积大，因此筏形基础的沉降量大于条形积大，因此筏形基础的沉降量大于条形基础。通过下面的算例，可以理解筏形基础。通过下面的算例，可以理解筏形基础沉降大于条形基础的原因。基础沉降大于条形基础的原因。l如建筑物长度为如建筑物长度为50m，宽度为，宽度为10m，比较，比较筏板基础和筏板基础和1.5m的条形基础两种方案。分的条形基础两种方案。分别求得筏板基础和条形基础中轴线上变形别求得筏板基础和条形基础中轴线上变形计算深度范围内（为简化计算，假定两种计算深度范围内（为简化计算，假定两种基础的变形计算深度相同）的附加应力随基础的变形计算深度相同）的附加应力随深度分布的曲线（近似为折线）如图深度分布的曲线（近似为折线）如图12-13所示。已知持力层的压缩模量所示。已知持力层的压缩模量Es=4MPa，下卧层的压缩模量，下卧层的压缩模量Es=2MPa。那么根据。那么根据计算，可以得到其比值为计算，可以得到其比值为1.23，即筏形基，即筏形基础的沉降比条形基础的沉降大础的沉降比条形基础的沉降大23。是不是在筏板下布置了桩是不是在筏板下布置了桩就称为桩筏基础？就称为桩筏基础？l首先讲首先讲“桩桩”，桩筏基础是指桩与筏板，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，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。台有连接的构造要求。l现在有不少称为现在有不少称为“桩桩”的，如水泥搅拌的，如水泥搅拌桩、桩、CFG桩、粉喷桩、砂石桩等等都仅桩、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、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，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在筏板下采用这种地基处理的工程都不属于属于“桩筏基础桩筏基础”。l再说筏板的作用，有的工程如果桩布置在再说筏板的作用，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，在筏板下板将荷载传递给桩或地基土的，在筏板下面并没有设置桩。则这种筏板仅作为地下面并没有设置桩。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。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。础也不能称为桩筏基础。l对筏板将上部结构的荷载传递给桩顶的情况，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：也有两种不同的设计理念：l一种设计理念认为荷载全部由桩来承担，不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有一种是同时考虑筏板与地基土之间的传力作用。作用。l因此可见，桩筏基础是从荷载传递和结构分因此可见，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法，而并不是将筏板加桩的基础统统都称为桩筏基础。桩筏基础。l因此认为只有后面这种设计模式才能称为桩因此认为只有后面这种设计模式才能称为桩筏基础，即桩和筏板共同承担荷载的才能称筏基础，即桩和筏板共同承担荷载的才能称为桩筏基础。为桩筏基础。l第一种设计理念为什么不考虑筏板与地基土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？之间的荷载传递作用？l筏板与桩共同承担荷载的作用需要有一定的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。设计是偏于危险的，减低了桩的安全度。l桩土共同作用需要什么条件？所谓桩土共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，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，为了形成桩土共同作用，的变形。因此，为了形成桩土共同作用，不能采用端承桩，桩必须支承在不太硬的不能采用端承桩，桩必须支承在不太硬的桩端土层上。桩端土层上。什么是深基础？什么是浅基础什么是深基础？什么是浅基础？l你这里提出了什么是浅基础的问题，在你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个数值，或埋置深度与基础宽度比值超过某个数值，如表过某个数值，如表12-1所示。所示。l但这种划分的方法没有反映浅基础与深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，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度越来越深，这种分类思路的缺陷是十分明显的。分明显的。l按照埋置深度的绝对值来划分是常用的一种按照埋置深度的绝对值来划分是常用的一种方法，但是这种方法没有反映基础宽度的影方法，但是这种方法没有反映基础宽度的影响，例如响，例如5m的埋置深度对的埋置深度对10m宽的筏形基础宽的筏形基础来说是来说是“不深不深”的，但对的，但对2m的条形基础来的条形基础来说，已经很说，已经很“深深”了。了。l于是就有用相对深度来划分的方法，考虑了于是就有用相对深度来划分的方法，考虑了基础宽度的影响，这当然是比较好的一种思基础宽度的影响，这当然是比较好的一种思路，如认为当路，如认为当D/B 1时是深基础。但这种方时是深基础。但这种方法仍然没有反映深基础和浅基础的本质区别，法仍然没有反映深基础和浅基础的本质区别，也没有说明这两种基础的设计计算方法有什也没有说明这两种基础的设计计算方法有什么差别，承载性状有什么根本的不同。么差别，承载性状有什么根本的不同。l在当代工程规模的条件下，表在当代工程规模的条件下，表12-1的分类的分类方法都不适用了。多层地下室的兴建，方法都不适用了。多层地下室的兴建，已经打破了上述界限，基础的埋置深度已经打破了上述界限，基础的埋置深度已经深达已经深达20余米，但仍然是按照浅基础余米，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。有反映浅基础和深基础的根本区别。l50年代，梅耶霍夫进一步考虑了基础底年代，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而提出了浅基础和深基础的极限承载力公式。公式。”“梅耶霍夫在梅耶霍夫在1951年曾经指出，年曾经指出，地基承载力取决于地基土的物理力学性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，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），而且也取置深度和基底的粗糙程度），而且也取决于建造基础的方法。决于建造基础的方法。l梅耶霍夫指出了深基础和浅基础的建造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，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，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。不考虑对地基承载力的贡献。l而深基础采用挤压成孔或成槽的方法，而深基础采用挤压成孔或成槽的方法，然后浇筑混凝土或者采用挤压的方法将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，侧向土层的制约面天然土体直接接触，侧向土层的制约作用非常明显。作用非常明显。l深基础周围的土体可视为原状的土体或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。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。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。础的最主要的原因。l根据根据Meyerhof的地基承载力理论，在基的地基承载力理论，在基础侧面与四周的土体可以传递剪力的条础侧面与四周的土体可以传递剪力的条件下，在达到极限状态时形成了如图件下，在达到极限状态时形成了如图12-14所示的梨形头。所示的梨形头。l形成梨形头所必需的埋置深度称为深基础形成梨形头所必需的埋置深度称为深基础的最小埋置深度，其值按下列公式计算：的最小埋置深度，其值按下列公式计算：l深基础的最小埋置深度和基础宽度的比值深基础的最小埋置深度和基础宽度的比值与土的内摩擦角有关，数值见表与土的内摩擦角有关，数值见表12-2：l从上表所列的数据可以看出，最小埋置从上表所列的数据可以看出，最小埋置深度深度Dfmin取决于基础的宽度取决于基础的宽度B及土的内摩及土的内摩擦角擦角 。根据最小埋置深度的概念，可。根据最小埋置深度的概念，可以认为当基础的埋置深度大于最小埋置以认为当基础的埋置深度大于最小埋置深度时，可以作为深基础来考虑。深度时，可以作为深基础来考虑。l上面讨论的是浅基础和深基础的区别，上面讨论的是浅基础和深基础的区别，浅基础与深基础是一对概念，而天然地浅基础与深基础是一对概念，而天然地基与人工地基又是另一对概念，两者之基与人工地基又是另一对概念，两者之间并没有完全对应的关系。间并没有完全对应的关系。l一般说一般说“天然地基上的浅基础天然地基上的浅基础”，但采用，但采用浅基础的工程也不一定必然采用天然地基。浅基础的工程也不一定必然采用天然地基。如果天然地基不能满足要求，则对地基采如果天然地基不能满足要求，则对地基采用各种方法处理以后，这种加固以后的人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，但基础仍工地基当然不能称为天然地基，但基础仍然是浅基础。然是浅基础。l处理过的地基的人工地基，地基承载能力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。板基础，基础设计的方法没有变化。选择基础方案时如何考虑选择基础方案时如何考虑地基的均匀性？地基的均匀性？l11层的建筑最大荷载为层的建筑最大荷载为3000kN(设计院提供设计院提供),老粘土土层老粘土土层(fak=300kPa)层面埋深层面埋深1.8m3.0m,考虑采用天然基础中的条形基础考虑采用天然基础中的条形基础,根据根据高层建筑规范提到当高层建筑采用天然地高层建筑规范提到当高层建筑采用天然地基的时候要评价地基均匀性基的时候要评价地基均匀性,但计算压缩模但计算压缩模量当量的时候要用到平均附加应力系数量当量的时候要用到平均附加应力系数,而而我找了好多规范也没找到查条形基础的平我找了好多规范也没找到查条形基础的平均附加应力系数均附加应力系数,该怎么处理的呢该怎么处理的呢?l你为什么离开了规范就不会做工作了呢你为什么离开了规范就不会做工作了呢？条形基础的应力计算系数在每本土力？条形基础的应力计算系数在每本土力学书中都可以查得，学过的怎么都忘了学书中都可以查得，学过的怎么都忘了？这种情况说明，我国的工程师过度依？这种情况说明，我国的工程师过度依赖规范的结果是离开了规范什么都不会赖规范的结果是离开了规范什么都不会做了。做了。l对于均匀性问题也是一样，对于均匀性问题也是一样，高层建筑岩高层建筑岩土工程勘察规程土工程勘察规程是第一本对均匀性作出是第一本对均匀性作出定量规定的技术标准，这是一个进步。但定量规定的技术标准，这是一个进步。但在这本规程的规定以前，工程师难道就不在这本规程的规定以前，工程师难道就不能评价地基的均匀性了？当然不是。在这能评价地基的均匀性了？当然不是。在这本规程作了规定以后，是否只有这一种办本规程作了规定以后，是否只有这一种办法了？当然也不是。并不是离开了规范就法了？当然也不是。并不是离开了规范就不能评价地基的均匀性了。不能评价地基的均匀性了。l就这个项目而言，那么好的地基，是老粘就这个项目而言，那么好的地基，是老粘性土，压缩模量那么大，沉降量本来就不性土，压缩模量那么大，沉降量本来就不大，不均匀沉降就更小了。只要土层的厚大，不均匀沉降就更小了。只要土层的厚度和分布是比较均匀的，实际发生的差异度和分布是比较均匀的，实际发生的差异沉降是不大的，很容易满足建筑物对差异沉降是不大的，很容易满足建筑物对差异沉降的要求。沉降的要求。l要评价均匀性，但却不提供土层厚度的信要评价均匀性，但却不提供土层厚度的信息，其实这比计算更为重要。息，其实这比计算更为重要。l对于这种情况是否一定要计算了才能判断对于这种情况是否一定要计算了才能判断均匀性有没有问题呢？值得大家考虑。均匀性有没有问题呢？值得大家考虑。l在工程勘察阶段，要确切地得到沉降是在工程勘察阶段，要确切地得到沉降是否满足建筑物要求的结论是比较困难的，否满足建筑物要求的结论是比较困难的，这是因为许多具体的条件还不清楚，荷这是因为许多具体的条件还不清楚，荷载的大小是估计的，建筑物的结构体系载的大小是估计的，建筑物的结构体系也不清楚，荷载的分布均匀性也不具体，也不清楚，荷载的分布均匀性也不具体，在这样的条件下，最多只能估计建筑物在这样的条件下，最多只能估计建筑物的中点沉降，作为平均沉降来评价其大的中点沉降，作为平均沉降来评价其大小是否满足要求。小是否满足要求。l既然在工程勘察阶段要计算建筑物的不既然在工程勘察阶段要计算建筑物的不均匀沉降是不具备条件的，因此只能从均匀沉降是不具备条件的，因此只能从地基的均匀性角度进行评价。地基的均匀性角度进行评价。l选择基础方案时，从地质条件出发怎么选择基础方案时，从地质条件出发怎么考虑地基的不均匀性呢？首先是要重视考虑地基的不均匀性呢？首先是要重视建筑场地内是否存在软硬不均的地基、建筑场地内是否存在软硬不均的地基、土、岩组合地基？地基中是否存在厚度土、岩组合地基？地基中是否存在厚度不均匀的软土层或硬土层？建筑物是否不均匀的软土层或硬土层？建筑物是否跨越在两种不同的地质单元上？跨越在两种不同的地质单元上？l考虑地基不均匀性来选择基础类型的余考虑地基不均匀性来选择基础类型的余地其实是并不大的，基础类型的选择主地其实是并不大的，基础类型的选择主要依据荷载的大小与其分布、结构的型要依据荷载的大小与其分布、结构的型式也对基础的选择有重要的影响。例如，式也对基础的选择有重要的影响。例如，框架结构是通过柱传递荷载的，独立柱框架结构是通过柱传递荷载的，独立柱基是其首先方案，如果荷载比较大，地基是其首先方案，如果荷载比较大，地基承载力比较小，则可能采用柱下条形基承载力比较小，则可能采用柱下条形基础，如果条形基础不能满足要求，则基础，如果条形基础不能满足要求，则才考虑是否采用筏板基础。才考虑是否采用筏板基础。l如果仅从地基均匀性来考虑，假如地基如果仅从地基均匀性来考虑，假如地基很不均匀，可能产生比较大的差异沉降，很不均匀，可能产生比较大的差异沉降，但希望采用刚度比较大的基础型式来适但希望采用刚度比较大的基础型式来适应不均匀沉降的想法是不太现实的。除应不均匀沉降的想法是不太现实的。除了通过地基处理消除不均匀性之外，采了通过地基处理消除不均匀性之外，采取一些建筑措施或结构措施，例如设置取一些建筑措施或结构措施，例如设置沉降缝将建筑物分割成几个刚度比较大沉降缝将建筑物分割成几个刚度比较大的单元，倒可以比较有效地适应地基的的单元，倒可以比较有效地适应地基的不均匀性。不均匀性。在这样的场地上可否采用在这样的场地上可否采用天然地基？天然地基？l位于河漫滩地貌位于河漫滩地貌, ,距河边约距河边约100m,100m,地层情地层情况况:0-1.0m:0-1.0m为耕土为耕土,1.0-2.0m,1.0-2.0m为粉土为粉土,2.0-,2.0-4.0m4.0m为中粗砂层为中粗砂层 其下为砾砂层其下为砾砂层, ,至至1.0m1.0m为白垩纪的泥岩为白垩纪的泥岩, ,基础埋深约为基础埋深约为5.0m,5.0m,砾砾砂层的承载力应大于砂层的承载力应大于200kPa,200kPa,本地区的抗本地区的抗震设防烈度为震设防烈度为6 6度度, ,在这样的场地上建在这样的场地上建1919层的宾馆式大楼可否采用天然基础层的宾馆式大楼可否采用天然基础? ?l讨论基础方案，必要条件是需要知道基讨论基础方案，必要条件是需要知道基础底面压力是多少，也就是需要知道荷础底面压力是多少，也就是需要知道荷载条件，但发现许多网友问这类问题时载条件，但发现许多网友问这类问题时往往荷载条件不明确，只有地质条件而往往荷载条件不明确，只有地质条件而没有荷载条件怎么讨论采用什么基础呢没有荷载条件怎么讨论采用什么基础呢？l对于这个案例，不妨可以作非常粗糙的对于这个案例，不妨可以作非常粗糙的估计，地面估计，地面19层，地下层，地下2层，如果每层荷层，如果每层荷载标准值取载标准值取15kPa，5m埋深范围内土的埋深范围内土的有效重力为有效重力为40kPa，则基础底面的平均总，则基础底面的平均总压力为压力为2115315kPa，如果采用天然地，如果采用天然地基上的筏形基础，要求在基上的筏形基础，要求在5m埋深处的地埋深处的地基承载力至少要达到基承载力至少要达到315kPa。l所提供的砾砂层的地基承载力所提供的砾砂层的地基承载力200kPa是否是否包括埋深的影响不得而知，在选择基础方包括埋深的影响不得而知，在选择基础方案时还不能这样简单地下结论。如果只作案时还不能这样简单地下结论。如果只作深度修正，砾砂层的深度修正系数为深度修正，砾砂层的深度修正系数为4.4，则深度修正提高的地基承载力可达，则深度修正提高的地基承载力可达4.48（50.5）158.4kPa，则采用天然地基，则采用天然地基上的筏形基础还是可能的。上的筏形基础还是可能的。l从地层条件来看，你说：从地层条件来看，你说：“0-1.0m为耕土为耕土,1.0-2.0m为粉土为粉土,2.0-4.0m为中粗砂层为中粗砂层其下为砾砂其下为砾砂层层,至至1.0m为白垩纪的泥岩为白垩纪的泥岩,”如果数据没有错如果数据没有错的话，砾砂层的厚度是不厚的，主要的持力的话，砾砂层的厚度是不厚的，主要的持力层是泥岩，那可能更没有问题了。层是泥岩，那可能更没有问题了。l如果基础的埋置深度用如果基础的埋置深度用5m，剩下的砾砂层的，剩下的砾砂层的厚度可能不厚了，这也没有关系，不一定非厚度可能不厚了，这也没有关系，不一定非要把基础落到泥岩上，即使是保留很薄的砾要把基础落到泥岩上，即使是保留很薄的砾砂层，对保护泥岩还是能起很重要的作用砂层，对保护泥岩还是能起很重要的作用。l这次讲座的内容讲完了，关于岩土工程这次讲座的内容讲完了，关于岩土工程设计的内容将在过些时间以后再开始。设计的内容将在过些时间以后再开始。l欢迎大家对这本书和这次讲的内容多提欢迎大家对这本书和这次讲的内容多提宝贵意见。宝贵意见。l以后，如果有技术问题需要讨论的话，以后，如果有技术问题需要讨论的话，欢迎到中国工程勘察信息网，我的论坛欢迎到中国工程勘察信息网，我的论坛上来。上来。l谢谢大家，再见！谢谢大家，再见！报报告告结结束束谢谢！谢谢！