岩土工程评价与设计讲座高大钊.pptx
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1、l岩土工程岩土工程(gngchng)(gngchng)评价与设评价与设计方法讲座计方法讲座l第一部分岩土工程第一部分岩土工程(gngchng)(gngchng)评价方法(下)评价方法(下)l 同济大学同济大学(tn j d(tn j d xu)xu)高大钊高大钊 2011 2011年年3 3月月 第一页,共237页。五五.勘察报告中的岩土工程勘察报告中的岩土工程(gngchng)评价评价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强度参数还是(hi shi)(hi shi)同时满足强度同时满足强度与变形要求的综合参数?
2、与变形要求的综合参数?l地基承载力特征值是极限值还是地基承载力特征值是极限值还是(hi(hi shi)shi)容许值?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?第二页,共237页。l2.2.场地场地(chngd)(chngd)的均匀性评价的均匀性评价l评价场地评价场地(chngd)(chngd)均匀性的作用是什么均匀性的作用是什么?l如何认识与处理场地如何认识与处理场地(chngd)(chngd)土层的不土层的不均匀性?均匀性?l场地场地(chngd)(chngd)均匀性的评价方法均匀性的评价方法第三页,共237页。1.地基承载力评价地基
3、承载力评价(pngji)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(bin(bin xng)xng)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的地基承载力是否必须验算沉降?定的地基承载力是否必须验算沉降?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
4、设计计人员提出疑问。人员提出疑问。第四页,共237页。l建筑地基基础设计规范计算地基土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,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用高层建筑岩土工程勘察规程的极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?限承载力公式可以提供地基承载力吗?不知道这能否不知道这能
5、否(nn fu)(nn fu)用于中低层用于中低层建筑勘察的特征值取值依据?建筑勘察的特征值取值依据?第五页,共237页。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,也不管标以什么不管标以什么(shnme)名称,都是从强度名称,都是从强度概念得到的承载力,不包含变形的概念。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。得到的承
6、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。第六页,共237页。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(ddo)150kPa左右,无论叫比例界限,特左右,无论叫比例界限,特征值,临界荷载,都是从硬壳层的强
7、度征值,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,载荷试验试验反壳层的抗剪强度指标,载荷试验试验反映的也就是映的也就是23m厚的硬壳层的承载力。厚的硬壳层的承载力。第七页,共237页。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所以
8、根据上海的地质(dzh)条件和工程经验,条件和工程经验,天然地基只能用天然地基只能用80100kPa,即过去的所谓,即过去的所谓老八吨。这个承载力是综合考虑了地基的变老八吨。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层软土对沉降的影响,取用值比较小一些而已。已。第八页,共237页。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,
9、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可能(knng)开裂的。在本书节中详细开裂的。在本书节中详细地介绍了一些案例,虽然建筑物的层数地介绍了一些案例,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,严因素的影响,建筑物还是墙面开裂,严重地损坏了。重地损坏了。第九页,共237页。第十页,共237页。第十一页,共237页。第十二页,共237页。第十三页,共237页。第十四页,共237页。l上海的地基基础设计规范从上海的地基基础设计规范从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
10、,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个场地个场地(chngd)的浅层黏性土和粉土层一的浅层黏性土和粉土层一共做了共做了39台平板载荷试验,以验证地基极限台平板载荷试验,以验证地基极限承载力计算公式的适用性。试验结果表明,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之间,粉土的承载力高于黏性土,粉土的性土,粉土的ps曲线呈渐变型,无明显转曲线
11、呈渐变型,无明显转折点;而黏性土的折点;而黏性土的ps曲线有明显的线性段。曲线有明显的线性段。第十五页,共237页。l你谈到了你谈到了89版建筑地基基础设计版建筑地基基础设计(shj)规范和规范和2002版建筑地基基础版建筑地基基础设计设计(shj)规范的关系,但大家忽略规范的关系,但大家忽略了还有一本了还有一本74版的工业与民用建筑地版的工业与民用建筑地基基础设计基基础设计(shj)规范,而且这是个规范,而且这是个源头。编制源头。编制74版规范时,上部结构设计版规范时,上部结构设计(shj)还没有采用概率极限状态设计还没有采用概率极限状态设计(shj)方法,荷载采用的是标准值,地方法,荷载采
12、用的是标准值,地基容许承载力用基容许承载力用p1/4公式计算或查地基承公式计算或查地基承载力表,设计载力表,设计(shj)方法是十分标准的方法是十分标准的容许应力法。容许应力法。第十六页,共237页。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
13、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(lr)c、的统计修的统计修正系数采用正系数采用85的保证率,深宽修正以后的保证率,深宽修正以后承载力的增量不到承载力的增量不到10的也乘以的系数等,的也乘以的系数等,但这本规范颁布以后,总的反映是基础的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。宽度设计得宽了,即承载力是用得低了些。第十七页,共237页。l2002版建筑地基基础设计规范实际版建筑地基基础设计规范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
14、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规范的正常情况规范的正常情况(qngkung),不需要害怕。,不需要害怕。2002版规范版规范与与74版规范比较,安全度是一致的;与版规范比较,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。拉了下来,不必有疑问,很正常。第十八页,共237页。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为什么必须验算(yn sun)沉降?沉降?l建筑建筑(jinzh)(jinzh)地基基础设计规范地基基础设计规范考虑
15、弹塑性影响计算的临界承载力,在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,却还要一定程度上考虑了变形的影响,却还要验算沉降。验算沉降。l我想问,按我国建筑我想问,按我国建筑(jinzh)(jinzh)地基地基基础设计规范公式计算的承载力特征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。值还需要验算沉降,是不是存在矛盾。第十九页,共237页。l建筑地基基础设计规范的公式来源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
16、塑性区的开展计算,认为基底以下塑性区的开展(kizhn)深度没有超过深度没有超过1/4的基础宽度,的基础宽度,地基中大部分区域还处于弹性状态,可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前提,并不是基底压力小于p1/4公式计算公式计算的结果就不需要进行沉降计算了。的结果就不需要进行沉降计算了。第二十页,共237页。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
17、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强调(qingdio)按照地基承载力公式计按照地基承载力公式计算结果确定的地基承载力,必须验算沉算结果确定的地基承载力,必须验算沉降。降。l你的理解上存在一些问题。你的理解上存在一些问题。第二十一页,共237页。l问题之一是混淆问题之一是混淆(hnxio)了强度与变形了强度与变形两个不同性质的问题的界限。地基承载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,力与建筑物的沉降控
18、制不能加以等同,前者是强度问题,与沉降控制不存在直前者是强度问题,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量,用压缩模量也得不到稳定验算的结果。果。第二十二页,共237页。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
19、类型没有直接的关系筑物的类型没有直接的关系(gunx),因此只验算地基承载力不能替代变形控因此只验算地基承载力不能替代变形控制。制。第二十三页,共237页。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,建筑物的平面尺寸是有重要的影响,建筑物的平面尺寸(chcun)越大、基础的宽度越宽,对
20、沉越大、基础的宽度越宽,对沉降有影响的深度范围就越深。降有影响的深度范围就越深。第二十四页,共237页。2.2.场地的均匀场地的均匀(jnyn)(jnyn)性评价性评价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用存在不同的理解(lji)(lji),因而做法与结,因而做法与结果也就不同。果也就不同。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
21、地均匀性的评价方法场地均匀性的评价方法第二十五页,共237页。场地均匀场地均匀(jnyn)性评价的作用性评价的作用是什么?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(yj);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。第二十六页,共237页。场地场地(chngd)均匀性评价是手段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
22、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)的需要要(xyo),分析与说明地基岩土层力学,分析与说明地基岩土层力学性状的均匀性。性状的均匀性。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。第二十七页,共237页。为基础方案选择和为基础方案选择和采取采取(ciq)工程措施提供依据工程措施提供依据l勘察报告
23、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,可能采取什么工程求,可能采取什么工程(gngchng)措施措施等的建议。等的建议。第二十八页,共237页。l勘察勘察(knch)阶段的均匀性评价主要着眼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
24、筑物会产于地质条件,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生什么样的影响,设计施工时应采取什么对策。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。第二十九页,共237页。l
25、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,例如设置工程措施,例如设置(shzh)褥垫层以褥垫层以调节不均匀沉降,又如在建筑物适当部调节不均匀沉降,又如在建筑物适当部位设置位设置(shzh)沉降缝以适应地基的不沉降缝以适应地基的不均匀沉降。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,
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