岩土工程评价与设计讲座之一(下).ppt
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1、岩土工程评价与设计讲座之一(下)Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望五五.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
2、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
3、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
4、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
5、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
6、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?
7、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
8、,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
9、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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、,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
15、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
16、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
17、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
18、,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
19、?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
20、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
21、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,
22、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
23、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
24、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
25、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
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