巖土工程評價與設計方法講座第一局部巖土工程評價方法〔下〕

五.勘察報告中的巖土工程評價1.地基承載力評價主要討論勘察報告中提供的是什么樣的地基承載力，怎么使用這些承載力的數據，用什么方法提供地基承載力。2.場地的均勻性評價主要討論均勻性評價的目的究竟是什么，怎樣看待均勻性問題和怎樣評價地基的均勻性。1.地基承載力評價勘察報告提供的地基承載力特征值僅是強度參數還是同時滿足強度與變形要求的綜合參數？用承載力公式確定的地基承載力是否必須驗算沉降？很多勘察單位直接把地基承載力標準值變為地基承載力特征值。因89標準與2002標準上部結構荷載組合不同，導致計算出的根底底面積明顯減少，對此很多結構設計人員提出疑問。用平板載荷試驗得到的承載力，用公式計算的承載力，不管是極限還是允許值，也不管標以什么名稱，都是從強度概念得到的承載力，不包含變形的概念。影響建筑物變形的因素非常復雜，不可能在用載荷試驗確定的承載力和用公式計算得到的承載力時能夠控制建筑物的變形值。建筑物地基根底的設計必須滿足強度和變形兩方面的要求，但并不是要求承載力控制必須同時包含變形控制。為什么會形成這種看法的歷史淵源？40年前的74標準的地基承載力表的配套規定。當時形成了容許承載力的一個“新〞的定義：在保證地基穩定和建筑物變形不超過限值的條件下，地基土所能承受的最大壓力。這個定義進入了學校的教科書，影響了幾代人。在國外的標準和教科書中并沒有這樣的定義，地基極限承載力除以平安系數得到容許承載力。僅從強度穩定性角度定義。還有一個原因是有些地區的經驗規那么。有的時候，承載力與變形都必須計算，有的時候強度滿足了要求，變形也自然滿足。例如根據上海的地質條件，硬殼層的載荷試驗數值可能到達150kPa左右，無論叫比例界限，特征值，臨界荷載，都是從硬殼層的強度得到的承載力，用公式計算時是用了硬殼層的抗剪強度指標，載荷試驗試驗反映的也就是2～3m厚的硬殼層的承載力。而建筑物的沉降，主要是由深層的軟土控制的，根底面積大，應力傳得深，受壓縮的土層更厚，這些因素在載荷試驗中能反映嗎？顯然不能；在計算公式中能反映嗎？也是不能的。所以根據上海的地質條件和工程經驗，天然地基只能用80～100kPa，即過去的所謂老八噸。這個承載力是綜合考慮了地基的變形，一般情況下計算的沉降是可以滿足要求的，但承載力還是強度問題，只是考慮了深層軟土對沉降的影響，取用值比較小一些而已。同時，這個承載力也不能對變形打包票，在建筑物體型復雜，層高變化大時，即使用了很低的承載力，建筑物也還是有可能開裂的。在本書1.6節中詳細地介紹了一些案例，雖然建筑物的層數不多，基底壓力也并不高，但由于各種因素的影響，建筑物還是墻面開裂，嚴重地損壞了。上海的?地基根底設計標準?從1999年版開始，采用地基極限承載力公式按根底的尺寸和埋置深度計算地基承載力，這本標準在最近的修編工作時。在上海地區，近年來對10個場地的淺層黏性土和粉土層一共做了39臺平板載荷試驗，以驗證地基極限承載力計算公式的適用性。試驗結果說明，上海地區淺層土的地基極限承載力在200kPa~300kPa之間，粉土的承載力高于黏性土，粉土的p～s曲線呈漸變型，無明顯轉折點；而黏性土的p～s曲線有明顯的線性段。你談到了89版?建筑地基根底設計標準?和2002版?建筑地基根底設計標準?的關系，但大家忽略了還有一本74版的?工業與民用建筑地基根底設計標準?，而且這是個源頭。編制74版標準時，上部結構設計還沒有采用概率極限狀態設計方法，荷載采用的是標準值，地基容許承載力用p1/4公式計算或查地基承載力表，設計方法是十分標準的容許應力法。但在編制89版標準時，上部結構設計已經采用了概率極限狀態設計方法，因此地基設計的荷載也已經用了設計值，與74版標準相比大約提高了25％左右，但由于地基承載力用的仍是容許值，無法用分項系數加以調整。盡管當時采取了一些提高地基承載力值措施，例如c、的統計修正系數采用85％的保證率，深寬修正以后承載力的增量不到10％的也乘以1.1的系數等，但這本標準公布以后，總的反映是根底的寬度設計得寬了，即承載力是用得低了些。2002版?建筑地基根底設計標準?實際上是回到了74版標準的設計水平，雖然在細部上有些差異，但在總體上是回到了74標準，即荷載小了，根底明顯減小了，這是回歸到74標準的正常情況，不需要害怕。2002版標準與74版標準比較，平安度是一致的；與89標準比較，將本來高了一點的平安度拉了下來，不必有疑問，很正常。用承載力公式確定的地基承載力

為什么必須驗算沉降？?建筑地基根底設計標準?考慮彈塑性影響計算的臨界承載力，在一定程度上考慮了變形的影響，卻還要驗算沉降。我想問，按我國?建筑地基根底設計標準?公式計算的承載力特征值還需要驗算沉降，是不是存在矛盾。?建筑地基根底設計標準?的公式來源于前蘇聯標準。前蘇聯的標準采用p1/4公式控制基底壓力的目的是為了進行沉降計算，認為基底以下塑性區的開展深度沒有超過1/4的根底寬度，地基中大局部區域還處于彈性狀態，可以用彈性理論計算應力，并用以計算沉降。滿足了這個公式恰恰是沉降計算的前提，并不是基底壓力小于p1/4公式計算的結果就不需要進行沉降計算了。?建筑地基根底設計標準?GB5007-2002根本上沿襲了前蘇聯標準的體系，用標準的地基承載力公式計算的結果并不包含沉降必然滿足要求的結論。恰恰相反，幾個版本的地基根底設計標準都強調按照地基承載力公式計算結果確定的地基承載力，必須驗算沉降。你的理解上存在一些問題。問題之一是混淆了強度與變形兩個不同性質的問題的界限。地基承載力與建筑物的沉降控制不能加以等同，前者是強度問題，與沉降控制不存在直接的因果關系，用強度指標得不到沉降量，用壓縮模量也得不到穩定驗算的結果。問題之二是不了解如何進行變形控制。變形控制必須控制計算沉降滿足建筑物的要求，根據不同類型的建筑物，用不同性質的變形指標來控制，而承載力驗算只與根底尺寸及埋置深度有關，與建筑物的類型沒有直接的關系，因此只驗算地基承載力不能替代變形控制。問題之三是地基承載力驗算與沉降計算所涉及的土層深度范圍不同。對地基承載力驗算有影響的主要是持力層和軟弱下臥層，層位太深的土層對承載力不會有什么影響。但深層的土層對沉降量還是有重要的影響，建筑物的平面尺寸越大、根底的寬度越寬，對沉降有影響的深度范圍就越深。承載力公式與經驗關系的比較?建筑地基根底設計標準?計算地基土強度特征值的公式中涉及土的容重項，如果地下水位不同時，地基承載力的計算結果是不一樣的。但如按靜探結果、標貫試驗或物理性指標計算或查表求其承載力時，根本與地下水位無關。用地基承載力公式計算的方法，比較具體地反映了工程場地土體抗剪強度指標對地基承載力的影響、也反映了地下水的影響，一般計算的結果比經驗公式的結果可能比較大一些，要滿足沉降驗算的要求。對抗剪強度試驗的要求比較高，指標的取值對承載力的計算結果的影響比較大。用經驗方法確定地基承載力，都是建立在載荷試驗根底上積累的經驗，但所涵蓋的范圍比較大，經驗的成熟程度、當地驗證的程度、取值的可靠性可能存在比較大的差異，不能一概而論，要具體分析。如果當地經驗經過工程驗證，比較成熟可靠，那么可能比公式計算要好把握一些。但對于籠統地所謂地區經驗，沒有驗證的工程，那需要慎重對待。用?高層建筑巖土工程勘察規程?的極限承載力公式可以提供地基承載力嗎？不知道這能否用于中低層建筑勘察的特征值取值依據？我國標準品種繁多，使人眼花繚亂，這本標準并非都是為高層建筑而編制的，有些是針對高層建筑規定的，有些具有普遍適用的意義，需要具體分析，例如地基極限承載力公式就并不僅適用于高層建筑。國外是否也是分層提供地基承載力的？現在的勘察報告是按不同深度的土層分層提供地基承載力，其實質是根本條件〔小壓板，無埋深或假定為標準條基〕下的地基承載力。我的問題是①國外是否也是這樣做；②一般我們是把深層土假想為在地面處提供地基承載力，看了幾外鄉力學教材也只是講天然地基淺根底承載力公式，多未講天然地基深根底承載力公式。在國外的土力學著作中，包括前蘇聯，對淺根底和深根底的承載力問題都是分別討論的，概念非常清楚，不可能用淺根底的地基承載力公式去計算深層土的地基承載力問題。在我國的許多著作或教材中，對這個問題的概念也是清楚的。錢家歡教授主編的?土工原理與計算?中，第八章地基承載力，其中第五節講的是“深根底地基承載力〞，在這節開頭就說明了兩者的區別：“深根底與淺根底具有不同的破壞特征，因而其承載力確實定也各有所異。前面各節所介紹的承載力計算公式均只適用于淺根底的情況。本節將討論深根底地基的破壞特征及其承載力確實定方法。〞鄭大同教授在?地基極限承載力的計算?一書中論述了梅耶霍夫對深根底地基承載力的奉獻：“50年代，梅耶霍夫進一步考慮了根底底面以上，土體發生抗剪強度的影響，從而提出了淺根底和深根底的極限承載力公式。〞“梅耶霍夫在1951年曾經指出，地基承載力取決于地基土的物理力學性質〔密度、抗剪強度和變形性質〕，取決于地基中的原始應力和地下水的情況，取決于根底的物理性質〔根底尺寸、埋置深度和基底的粗糙程度〕，而且也取決于建造根底的方法。〞但在工程勘察工作中，不知從什么時候開始，要求按不同深度的土層分層提供地基承載力，而且不管土層的埋藏深度如何，都用淺根底的地基承載力公式計算深層土的地基承載力。這種做法對工程實踐是不適宜的，更為可怕的是使工程師們的學術思想都搞糊涂了，根本概念也不講了，以己之昏昏，怎能使人昭昭，糊里糊涂地計算，糊里糊涂地應用，浪費了也沒有覺察，危險了在吃平安系數的余量。分層提供承載力是一種習慣做法，是歷史的產物，在根底埋深不大的情況下問題不突出；如何提供？將深層的土層假定在地面，設定一個淺根底的寬度與埋深，用標準的公式計算，要求設計人員按實際埋置深度進行修正后使用；或者將淺層土載荷試驗得到的承載力，按相似的物理指標推廣到深層土中；太湖地區湖積平原廠區勘察，建筑物主要為廠房(最大單柱荷重2000kN)及辦公樓(最大單柱荷重4000kN)，擬采用的結構型式廠房為排架結構，辦公樓為框架結構，淺根底。

根據本地區地層及擬建建筑物特征，勘探點布置的深度為10-15m，為滿足抗震標準對場地類別的判別，其中選3個鉆孔加深至20m。0-4.5m粘土,可(硬)塑，fak=200kPa,Es=6.68MPa

4.5-6.5m，粉質粘土,可塑，fak=140kPa,Es=5.55MPa

6.5-10.5m,粉土，中密，fak=140kPa,Es=8.58MPa

10.5-16.50,粉砂，中密，fak=200kPa，Es=10.45MPa3個加深鉆孔揭露的地層為：

16.50-19.00,粉質粘土，軟塑,Es=4.17MPa

19.00-20.00,粘土，可塑,Es=7.31MPa

經驗算，當采用獨立柱基，根底寬度取4.5m時，根底埋深取1.5m，地基土承載力可滿足要求；地基壓縮層厚度小于10m。由于加深鉆孔深度僅為通過土類估算20m以淺的剪切波速，以滿足對場地類別判定的要求，故每層僅取3層原狀樣品，未提供地基承載力特征值。當我院審核人認為揭露深度內的地層均要提供地基承載力特征值。請問16.50m以深的粉質粘土及粘土層有必要提fak嗎？

根據這兩幢建筑物的性質和荷載的大小，勘探深度10～15m就能滿足天然地基淺根底承載力計算和沉降計算的要求。將局部鉆孔深度增加到20m，完全是為了測定剪切波速以計算等效剪切波速，確定建筑場地類別。因此，加深的鉆孔資料，即對16.5m～20.0m范圍的土層并不需要評價地基承載力。在這個案例中，根底選型已經比較明確，根底埋置深度也能確定，哪些土層是主要土層，應該比較清楚了。所以，你對16.5m以下的土層，不按主要土層的要求取土，也不需要提供地基承載力的建議值，這是符合強制性條文規定的。看四份巖土工程報告，其中兩份是國內的，兩份是由國外巖土工程師編寫的，一份在國外，一份在國內。某沖壓機車間某電廠擴建工程美國加州的一個超市國內的一個商城〔實例1.1-1〕軟土地區某沖壓車間壓機根底的巖土工程勘察，壓機根底尺寸為24m×86.5m，基底總壓力為204kPa，采用樁根底?？紤]3種不同樁長的方案，樁的入土深度分別為45m、60m和65m，樁端持力層分別為第⑧b、第⑨b、和第⑩層，因此鉆孔深度91.45m，勘探深度范圍內揭露了十多層的土層。對于這樣的一個工程，已經明確采用長樁根底的工程，還要在勘察報告中分層地提供那么多土層的地基容許承載力，不知道其目的究竟是什么？地基根底設計根本不需要這些土層作為天然地基的持力層，也不需用這些土層的地基承載力進行設計。特別是這些深層土的地基承載力，用淺根底地基承載力公式計算得到的這些數據既沒有什么用處，也沒有什么物理意義，顯然是多余的?！矊嵗?.1-2〕國內某電廠擴建工程的巖土工程勘察報告。主廠房為框架和排架結構兩種結構型式，采用天然地基方案，勘探孔深度39m～42m，揭露了9層土層，對各個主要土層均進行了地基承載力的分析與計算，地基容許承載力的綜合建議值。這份資料的特點是已經明確采用天然地基上的淺根底，設計主廠房的根底埋置深度為6.5m，基底最大壓力為200kPa。第③1層土層的埋藏深度正好在6.5m左右，對表1-2中所提供的地基承載力進行深寬修正以后的地基承載力也大于基底最大壓力，因此采用③1層作為主車間根底的持力層是可行的。〔實例1.1-3〕這是一份美國加州某超市的巖土工程報告。建設場地的面積為74000m2，建筑面積為21500m2，結構為單層排架。由結構自重產生的柱荷載為：內柱385kN，外柱267KN；由活荷載所產生的柱荷載為680kN，地坪均布荷載為7.3kPa，最大集中荷載為23kN；承重墻荷載為181.4kN/m~272.1kN/m，非承重墻荷載為22.3kN/m~90.7kN/m?！矊嵗?.1-3〕這是一份美國加州某超市的巖土工程報告。建設場地的面積為74000m2，建筑面積為21500m2，結構為單層排架。由結構自重產生的柱荷載為：內柱385kN，外柱267KN；由活荷載所產生的柱荷載為680kN，地坪均布荷載為7.3kPa，最大集中荷載為23kN；承重墻荷載為181.4kN/m~272.1kN/m，非承重墻荷載為22.3kN/m~90.7kN/m。[4]該場地典型的土層柱狀圖見圖1-1，根底設計所需的地基容許承載力數值見表1-3。這份報告說明，巖土工程分析需要以確切的上部結構傳至根底的荷載為依據，才能進行必要的計算。對于地基承載力，對于采用天然地基的工程，只需要分析持力層的地基承載力，不需要分層提供每層土的地基承載力。資料也說明，評價地基承載力時，如果采用極限承載力公式計算，可以按照不同的荷載組合，分別采用不同的平安系數。〔實例1.1-4〕由國外的巖土工程師為外商投資建于國內軟土地區的某商城編寫的巖土工程報告。該商城場地面積18600m2，周邊長度160m×105m。建筑物全景見圖1-2，由北、東、西三個塔樓和裙房組成，北塔樓地上48層，框剪結構，根底尺寸55m×43m，基底平均壓力為350kPa；東、西塔樓均為地上32層，框剪結構，東塔樓根底面積32m×72m，基底平均壓力為265kPa，西塔樓根底面積32m×55m，基底平均壓力為265kPa；裙房為地上8層，框架結構，基底平均壓力為150kPa。全部采用筏板下的樁根底，滿堂布樁，樁徑500mm、壁厚9mm的鋼管樁，樁長35m，單樁承載力1330kN。北塔樓的基坑開挖深度為7.5m，東、西塔樓為6.5m，裙房為4.5m。提供分層承載力的主要問題1.將勘察報告的結論建立在缺乏物理概念的根底之上；2.在工程中采用這種方法確定地基承載力，存在許多無法估計的不確定性，可能是平安隱患，也可能會造成資源浪費；3.將在根底埋置深度不深的歷史條件下得到的深寬修正的經驗方法，推廣到10余米以致20多米的深度，對所引起的可能問題沒有充分地估計；4.由于高層建筑的大量采用，根底埋置深度的急劇增大，由于確定地基承載力方法的不科學性帶來的問題日益嚴重；現在應該冷靜地分析和考慮如何解決這個問題。2.場地的均勻性評價場地的均勻性評價是巖土工程勘察的重要內容，但對怎樣認識均勻性與均勻性評價的作用存在不同的理解，因而做法與結果也就不同。重點討論這三個問題：評價場地均勻性的作用是什么？如何認識與處理場地土層的不均勻性？場地均勻性的評價方法場地均勻性評價的作用是什么？場地均勻性評價是手段而不是目的；為根底方案選擇和采取工程措施提供依據；為方案或設計成果的比較提供建筑物性狀的定量或半定量的計算結果；勘察階段的均勻性評價不是最終結果。場地均勻性評價是手段

而不是目的場地均勻性評價不是簡單地說明自然界，而是為了工程建設〔設計與施工〕的需要，分析與說明地基巖土層力學性狀的均勻性。因此，均勻性評價的前提是工程建設的要求，均勻性評價的內容是分析地基的均勻性對建筑物的影響，均勻性評價的結果為工程設計與施工方案提供依據。為根底方案選擇和

采取工程措施提供依據勘察報告中均勻性評價的結果不是“均勻還是不均勻〞，也不是簡單的“是否適宜于建設〞之類的結論，更無法得出建筑物的不均勻沉降是多少，是否滿足標準要求等等的結論，而是提出設計時應注意什么問題，對根底選型有什么要求，可能采取什么工程措施等的建議。勘察階段的均勻性評價主要著眼于地質條件，說明地質條件對建筑物會產生什么樣的影響，設計施工時應采取什么對策。例如，對山區土巖組合地基，跨在兩種不同地質單元上的建筑物地基，硬層或軟弱層的厚度變化比較大的地基等，這種地質條件的不均勻性會對建筑物帶來不利的影響，在根底選型、甚至上部結構選型時應該選擇適應性比較強的結構體系或根底的類型。或在地基根底設計時，采取一些特殊的工程措施，例如設置褥墊層以調節不均勻沉降，又如在建筑物適當部位設置沉降縫以適應地基的不均勻沉降。至于，由于地基的不均勻性所產生的不均勻沉降是多少，有些同行希望在勘察階段進行計算，或者審圖要求計算的事。我告訴大家，在勘察階段是計算不出來的，即使在設計階段，也不是所有的情況都能計算的。如何認識與處理場地土層的

不均勻性？天然土層是均勻的還是不均勻的？從地質學的觀點來看，總是不均勻的，但從工程學的觀點來看，在工程影響的范圍內，需要進行局部化處理，將這個局部作為均質體處理，例如相同的成因類型，同一個地質單元，同一個土層，將其作為一個力學層。這樣局部化處理以后，對于局部化處理以后的地質體，就可以抽樣試驗，可以統計分析，可以引用均質體的理論進行力學的分析計算。一切巖土工程的勘探、取樣試驗、資料的統計分析、代表性指標的取值、代人解析解公式的計算、進入數值分析程序進行數學模擬都是建立在均質體假定的根底上進行的，如果不成認這個假定，那現行的設計計算就什么都不能做了。但是，在巖土工程界，有的同行并不認同這個觀點。作為學術研究，當然是可以的。但作為巖土工程師處理實際工程問題的根本觀點，卻使我深深地擔憂，在年輕一代的巖土工程師中，確實存在著缺乏工程實踐的根本訓練，缺乏正確的統計概念和力學概念這種狀況，對于工程師的成長，對于正確的工程判斷和處理工程問題是非常不利的。A高教授能參與我們的討論，我感到很榮幸也很惶恐，我斗膽想繼續發表一些與高教授不同的觀點，希望提前得到高老的原諒，在此先謝謝高老。

我感到我們的討論已經上升到了認識論與方法論的高度了：1、高老認為地質體是均質的，數據的離散性主要來源于取樣、試驗等具體環節，因此用數理統計的方法來消除抽樣試驗方面的誤差，進而導出了關于場地的認識、土樣數量問題和均勻性評價等等問題的認識，認為公式中常用到經驗系數和修正系數主要是修正此類不確定因素帶來的誤差；

2、另一種觀點認為地質體是非均質的，要研究其性質必須要有足夠的數量的試驗，要在建筑物的不同位置布置勘探點，研究其不均勻性，至于數據離散性問題主要強調用統一的方法、設備和標準來標準其操作行為，因此而帶來的誤差是統一的，個別樣品的差距主要表現了抽樣母體的差異，因此要用建筑物不同位置上的數據來評價其均勻性和傾斜等問題。另一位網友發表了不完全相同的觀點：我認為在宇宙中沒有絕對的均質物體，巖土體也一樣，如果不按均質體研究，你有方法反映巖土的量化數據么？你提出了地層的物理力學數據，就與你的前提矛盾了，你無法勘察，無法提供勘察報告。從地質勘察的角度來看，其研究對象主要是地質體，估計沒有人能否認地質體是非均質、各向異性的，反過來說就是沒有人能證明地質體是均質的；但勘察成果是為工程設計效勞的，從設計角度來看，所有的計算模型或理論均假設地質體是均質，都要按均質的理論來進行設計和計算，所以勘察報告中提供的承載力也好、其它任何指標也好都是把地質體的性質做了均質化處理，所用的方法就是數理統計的方法即抽樣調查的法那么，這個過程也就是巖土工程勘察工作。總而言之就是勘察人認為地質體是非均質的，通過勘察過程將一定范圍內的地質體的性質做均質化處理，將結果提供設計人員使用，一個好的勘察人員必須要明白你所做的均質化處理是否準確可靠、其風險概率有多大等問題；工程設計人員要求將地質體看做地均質的，但一個好的設計師必須要了解地質體的非均質性所帶來的后果，并妥善處理好它們的關系。我想這也正是巖土工程師所必須具備的最根本的概念和素質要求。自然地質條件是復雜的，巖土體是不均勻的，這是大家公認的事實，但作為工程研究的對象，需要認識它，研究它和處理它，又不得不把它局部化和簡單化，忽略次要的，解決主要的矛盾，這可能是自然科學研究和工程技術研究的不同之處。對于不同類型的均勻性問題用

不同方法來處理。作為巖土工程師，對于你勘察的場地，首先要做地質工作，從地質成因和地層年代上要區分清楚，是洪沖積的還是殘坡積的，是河漫灘還是階地，是第四紀地層還是老地層，這就是所謂的把地質單元劃分正確，這是進一步考慮布置勘察試驗工作的根底。對于同一個地質單元是否就是均勻的呢？不一定，例如土層厚度很可能是不均勻的，即使在平原地區，土層厚度也常常有較大的變化，因此需要用勘探點的間距來控制其厚度變化，不同的根底類型對土層厚度的敏感性不同，因而布孔間距的要求是不同的。但有些地區的均勻性有其特殊的問題，例如喀斯特地區，巖溶是無法用勘探孔間距來控制的。從土的性質來研究土層均勻性，一般認為同一地質單元可以作為均質體來處理，可以采用統計的方法來處理試驗指標。如果不成認這一點，即使是最簡單的計算平均值的方法也就失去了理論的前提，就不能用平均值來處理試驗結果。也失去了鉆孔抽樣取土試驗的理論依據，那麻煩就大了。將試驗指標用于工程計算時，計算公式的推導都有均質土的假定，計算根底中點沉降時，你必須成認土層是均勻的，包括深度方向和水平方向都是均勻的，如果不成認這一點，這個計算土中應力的公式就不成立，還計算什么？如果認為同一個地質單元也存在工程性質不均勻性，而又希望把這種不均勻性探明顯示出來。如果采取在建筑物四個角點分別取土試驗的方法，但在水平方向上怎么把握兩個鉆孔之間的變化呢？認為一個孔的數據能代表多大的范圍，1m？2m？還是多少？就沒有底了。如果認為在深度方向上同一個土層也存在不均勻性，那在兩個取土點之間的不均勻性又如何把它探明？因此在對同一地質單元的不均勻性假定的根底上的勘察工作，連取土點確實定都會有很大的爭議，事情就做不下去了。在均質土假定的根底上，把各個勘探點、各個取樣點的數據的差異看成是隨機因素造成而不是系統因素造成的，這些隨機因素包括當年沉積時物質的差異、年代的差異、沉積條件的差異、取土擾動程度的差異、試驗條件的差異等等。在這樣假定的根底上，就可以用統計的方法來處理這些數據的隨機誤差了，數據的離散性或變異性是反映這種隨機因素影響的定量指標，通過計算，可以估計這些隨機誤差對計算結果所造成的影響有多大，這就是誤差估計和可靠度分析。因此在計算一幢建筑物的沉降時，一般都分層采用每層土的綜合壓縮曲線去確定其相應壓力段的壓縮模量，而且對于一個場地，如果是同一個地質單元，也只分層地給出了每層土的綜合壓縮曲線。如果發現某一個范圍存在明顯的指標差異，那很可能是在地質單元的劃分上出了問題。

防止不均勻性對建筑物的危害地基不均勻性對建筑物的危害主要使建筑物傾斜與開裂。事先防范事故的發生無疑是十分重要的，在地基根底設計時，對于那種十清楚顯的不均勻地基，例如軟硬不均的地基，局部基巖出露的地基，半填半挖的地基，存在暗浜的地基等等，首先需要加以界定，劃分其界限，分別研究其壓縮性，而是否會產生有害的不均勻沉降，不均勻性一般不是靠計算出來的，而是根據工程的判斷，解決的方法是采取工程措施，使其均勻化，一般也不是靠計算結果來保證工程平安的。產生不均勻沉降的因素很多，地基壓縮性的不均勻性僅是一個方面，而土層的厚度變化，荷載的差異、荷載的偏心、施工時的擾動等可能是更重要的因素，它們所產生的不均勻沉降的數量級往往遠大于壓縮性的不均勻。人們在事先精確控制建筑物傾斜和開裂的本領還不大，特別依靠沉降計算的結果來控制不均勻沉降更是不太現實。為了保證工程的平安一般從兩個方面控制，一是采取工程措施來控制上述產生不均勻沉降的諸多因素，不使其發生，或降低其危害；二是控制計算平均沉降量的數量級，即控制根底底面的壓力值，這就是變形控制設計的方法。地基均勻性如何評價？地基均勻性評價是否可理解為對持力層和下臥層的均勻性評價，對土層的評價結論是否說土層為均勻或不均勻地基土，還是地基為均勻或不均勻地基？而且對場地土層是否應該全部進行評價？我曾經見過一份報告上對本應該在根底開挖將被挖除的填土層評價其均勻性，本人認為不合理，是否正確？這是不均勻地基嗎？根據你所列舉的這個地質剖面，從土層的厚度分布，我實在看不出地基的均勻性存在什么問題。從現象上看，填土層的底面坡度比較大，似乎應該判為不均勻地基，但建筑物的根底落在第②層粉質黏土層上，將填土挖去了還有什么均勻性的問題呢？對于?高層建筑巖土工程勘察規程?JGJ72-2004關于地基均勻性評價的有關規定，可能存在不同的理解，也需要進行必要的討論：1)均勻性判斷要求進行的，是“沉降、差異沉降、傾斜等特征分析評價〞，并不是要求進行精確的定量計算。2)均勻性判斷的目的是為了重視地貌、工程地質單元和地基巖土層結構等條件對建筑物具有重要的控制性影響。3)其實模量當量值之比就等于虛擬變形之比，比較相同基底應力條件下的模量當量值之比，可以把基底應力約去，應力面積化為單位應力面積，再將分子分母中的單位應力面積約去，最后只剩下虛擬變形的比值。由于對標準的理解有偏差，引出一些比較重要的觀念差異：均勻性評價與沉降計算的關系均勻性評價并不等同計算沉降均勻性評價與沉降計算的內容不同均勻性評價與沉降計算的條件不同均勻性評價與沉降計算的結果不同是否必須同時滿足以下條件？?高層建筑巖土工程勘察規程條給出了不均勻地基的判定標準，符合其中一條就是不均勻地基了。

那么是不是要判斷為均勻地基的時候必須同時滿足以下條件呢？

〔1〕地基持力層位于相同地貌單元或工程地質單元，工程特性差異不大；〔2〕地基持力層位于相同地貌單元或工程地質單元，且滿足以下條件：

①中—高壓縮性地基，持力層底面或相鄰基底標高的坡度小于10%；

②中—高壓縮性地基，持力層及其下臥層在根底寬度方向上的厚度差值小于0.05b〔b為根底寬度〕

〔3〕處于同一地貌單元，且Esmax/Esmin小于地基不均勻性系數界限值K。在條第2款“地基均勻性〞評價是強制性條文，說明在勘察報告中必須評價地基的均勻性。但條并不是強制性條文，這條是如何評價均勻性的方法，標準做了概括，但并不是非用這些方法不可，用其他方法是不是就不行了呢？不是的，在這本標準之前，巖土工程師早就會評價地基均勻性了，而且各個地方也有不同的經驗，是否可以呢？當然是可以的。條文說：“對判定為不均勻的地基，應進行沉降、差異沉降、傾斜等特征的分析評價，并提出相應建議。〞怎樣理解這一條？有人說，根據這一條就應該在勘察報告中計算差異沉降。但我實在看不出來，標準是講分析評價，例如是巖土組合地基，那即使是體形非常簡單的建筑物，荷載非常均勻的建筑物，還是會有不均勻沉降，而且肯定土基方向沉降大，那么采取什么措施呢？在巖基段采用褥墊是一種可以建議的工程措施。如果要你把差異沉降給計算出來，那可沒有方法計算。從上面這條規定不能得到相反的結論，說如果評價為均勻地基，就不需要建議設計驗算沉降了。因為引起建筑物不均勻沉降的原因很多，除了不均勻地基的因素之外，還有其他很多的因素，例如，建筑物的層數或高度有比較大的差異，荷載的分布不均勻，荷載的重心與根底形心不重合等結構的因素都會產生不均勻沉降。因此，勘察報告的重點是要從地基角度發現不均勻性，建議設計采取工程措施，而不在于強調地基的均勻性，最多是說從地基角度來看，沒有發現對建筑物變形產生不利影響的不均勻性。這一條的第一款，是從地貌和地質單元的角度分析是否是不均勻地基，這主要根據工程師的知識和經驗來判斷。第二款是從土層的厚度是否變化過大來判斷，其中，第1點，持力層底面標高的坡度比較明確，但相鄰根底底面標高之說在勘察階段一般都是沒有最后確定的，實在難以判斷的。但第2點是用根底寬度表示，以0.05b為限制，實際上就是厚度的變化不大于5％，這里并不需要和根底寬度聯系起來，勘察階段一般寬度也沒有最后確定，同時這個規定與第1點的10％也是有些矛盾的，兩種計算結果可能會不一致的。10%0.10b0.05b0.05b第三款就比較玄乎了，標準在條文說明中也認為是“定性評價地基不均勻性的定量方法〞。首先，均勻性評價是定性的，為什么是定性的呢？因為無法準確定量，如果能定量那何必稱為定性呢？既然如此，那么這種定量計算的結果究竟有多少的把握呢？因為這里涉及許多不定的因素，根底的尺寸不知道，如何計算應力面積Ａ呢？例如計算模量當量值時，應力面積A如何計算，從沉降計算公式可以知道，應力面積與基底附近應力的大小有關，應力的擴散和根底寬度有關，現在基底壓力、根底寬度、埋置深度都不能確定，怎么計算應力面積呢？再說變形計算深度范圍也不能確定，即使用最簡單的經驗公式，也需要根底的寬度多大。當然，對于與結構設計關系密切的勘察單位，可以得到比較確切的數據，但不是都能得到的，如果沒有數據而胡亂計算，判斷錯了，那不耽誤事情嗎？因此如果巖土工程師發現土層的模量變化比較大，那就提醒設計注意計算差異沉降不就得了。均勻性評價實際是一個定性的經驗判斷，主要依靠工程師的經驗，特別是地方經驗。離開了具體地質條件的特點，希望用一種計算的方法來標準化，主觀愿望是好的，但地質條件千變萬化，無法抽象到完全理性的程度。把某些地方的經驗推廣到全國，應該慎之又慎，何況現在動不動就要強制執行的情況下，更應該慎重。某高層樓18層，埋深6.5m，地下兩層，持力層主要坐落在中砂層上，其中東南角為細砂層，根據?高層建筑巖土工程勘察規程?JGJ72-2004第條的方法判為非均勻地基。報告中給出的原因是地基持力層跨越了兩個地質單元〔中砂、細砂〕。我想請教的是在這個樓的一小角有這么點細砂就導致成不均勻地基，這個是不是有點嚴重了？一個案例中砂和細砂是否就是兩個不同的地質單元？是否就構成了不均勻地基？中砂和細砂是砂土的兩個亞層，如果用其他的土分類體系，就不可能劃分為兩個土層。如果有力學指標，就可以從力學性質來討論是否需要劃分兩個力學層，沒有力學指標僅根據粒度成分的這些差異，劃分不均勻地基的依據就非常不充分。只知道基底平均壓力，上部荷載怎樣分布，如何偏心一概不知道，根據樓四個角點的鉆孔柱狀圖資料的沉降來計算每個孔位的沉降量，寬度方向兩個鉆孔的沉降量相減再除以鉆孔間距就是傾斜，其傾斜值非常非常之小，都小于0.000001，遠遠小于標準要求。這樣的沉降計算具有什么工程意義？我們需要不需要這樣的沉降計算？回容許該是不需要！為什么？1.勘察階段不具備計算不均勻沉降的條件；2.這種計算結果并不是建筑物的不均勻沉降；3.這百萬分之一的“傾斜〞說明了什么？從工程角度來看，根本就沒有傾斜，如果沒有這種判斷能力怎么當工程師？4.我們的計算和測量有這樣的精度嗎？5.這樣的計算并不能提高巖土工程勘察的地位，可能適得其反。地基土的均勻性與不均勻性應當是一個定性的問題。在?高層建筑巖土工程勘察規程?JGJ72-2004中人為地給出了定量的分析標準，并且規定了判定為不均勻的地基應進行變形計算分析，而沒有規定判定為不均勻地基的建筑物可以不進行變形計算。這樣對不對？是否需要計算沉降不應該單純由地基是否均勻來確定；不均勻的地基固然需要計算沉降，但均勻的地基并不是就不需要計算沉降；認為均勻地基可以不計算沉降的說法是錯誤的；因為地基的均勻性并不是確定是否需要計算沉降的充分條件。六.巖土工程設計荷載取值與

平安度控制方法1.什么是極限狀態?2.到底有幾種設計方法？3.如何處理巖土工程與上部結構不同設計方法所帶來的問題?4.如何控制巖土工程的平安度？5.怎樣計算荷載？1.什么是極限狀態?從設計方法的開展歷史來看，從工作狀態設計逐步演變為極限狀態設計。極限狀態設計是將建筑物的工作狀態與極限狀態之間保持一個足夠充分的平安儲藏，以保證建筑物的承載力或正常使用的要求都得到滿足。承載力極限狀態與正常使用極限狀態是兩種不同性質的極限狀態控制方法。對應于結構或結構構件到達最大承載力或不適于繼續承載的變形的狀態稱為承載能力極限狀態。對應于結構或結構構件到達正常使用或耐久性能的某項規定限值的狀態稱為正常使用極限狀態。承載能力極限狀態可理解為結構或結構構件發揮允許的最大承載能力的狀態。結構構件由于塑性變形而使其幾何形狀發生顯著改變，雖未到達最大承載能力，但已徹底不能使用，也屬于到達這種極限狀態。疲勞破壞是在使用中由于荷載屢次重復作用而到達的承載能力極限狀態。按照我國統一標準的規定，當結構或結構構件出現以下狀態之一時，應認為超過了承載能力極限狀態：1〕整個結構或其一局部作為剛體失去平衡；2〕結構構件或連接因超過材料強度而破壞，或因過度變形而不適于繼續承載；3〕結構轉變為機動體系；4〕結構或結構構件喪失穩定；5〕結構因局部破壞而發生連續倒塌；6〕地基喪失承載力而破壞；7〕結構或結構構件的疲勞破壞。正常使用極限狀態可理解為結構或結構構件到達使用功能上允許的某個限值的狀態。例如，某些構件必須控制變形、裂縫才能滿足使用要求。因過大的變形會造成如房屋內粉刷層剝落、填充墻和隔斷墻開裂及屋面積水等后果；過大的裂縫會影響結構的耐久性；過大的變形、裂縫也會造成用戶心理上的不平安感。按我國統一標準的規定，當結構或結構構件出現以下狀態之一時，應認為超過了正常使用極限狀態：1〕影響正常使用或外觀的變形；2〕影響正常使用或耐久性能的局部損壞；3〕影響正常使用的振動；4〕影響正常使用的其他特定狀態。根據歐洲標準的規定，巖土工程的承載力極限狀態可以具體區分為下面5種承載力極限狀態設計。1〕結構物或巖土體作為剛體失去平衡，在這種極限狀態驗算時，結構材料和巖土的強度對抗力是不重要的，這種極限狀態簡稱為EQU。2〕結構或構件的內部破壞或過大變形，包括根底、樁和地下室側墻等，在這種極限狀態驗算時，結構材料強度對抗力是至關重要的，這種極限狀態簡稱為STR。3〕巖土體的破壞或過大的變形，在這種極限狀態驗算時，巖土的強度對抗力是至關重要的，這種極限狀態簡稱為GEO。4〕由于水的浮力或其他豎向力引起結構物或巖土體平衡的喪失，這種極限狀態簡稱為UPL。5〕由于水力梯度所引起的巖土體隆起、沖刷或管涌，這種極限狀態簡稱為HYD。根據我國統一標準的規定和歐洲標準的條文，“地基喪失承載力而破壞〞或“巖土體的破壞或過大的變形〞都是承載力極限狀態的一種。因此，地基承載力計算，按其性質來說，應該取用承載力極限狀態的根本組合。但由于?建筑地基根底設計標準?所提供的地基承載力按其性質是地基容許承載力，在設計表達式中不直接出現平安系數，不具備使用荷載設計值的條件，只能取用荷載的標準值，這是由所采用的設計方法決定的。2.到底有幾種設計方法？請問分項系數設計方法是否就是多系數設計方法？和總平安系數法有什么區別？?建筑地基根底設計標準?GB50007-2002所采用的究竟是什么設計方法？這種設計方法與極限狀態設計又有什么關系？定值法：容許應力法總平安系數法〔單一平安系數法〕多系數法〔均質系數、超載系數〕概率法：分項系數法〔近似概率法〕全概率法極限狀態的數學表達式稱為極限狀態方程，極限狀態方程是當結構處于極限狀態時各有關根本變量的關系式。根本變量是指影響結構可靠度的各種物理量，它包括：引起結構作用效應S〔內力等〕的各種作用和環境影響，如恒荷載、活荷載、地震、溫度變化等；構成結構抗力R〔強度等〕的各種因素，如材料和巖土的性能、幾何參數等。分析結構可靠度時，也可將作用效應或結構抗力作為綜合的根本變量考慮。如令R為抗力函數；S為作用函數，那么極限狀態方程可表達為：抗力與作用之比稱為平安系數K＝R/S兩者之差稱為平安儲藏：這是兩種不同的平安度控制的方法，即平安系數控制方法和失效概率〔或可靠指標〕控制方法。失效概率定義為平安儲藏等于零的概率，即pf＝p〔z＝0〕采用允許應力法的設計表達式描述工作狀態的作用效應與抗力效應的關系，作用效應采用標準組合，抗力效應以容許值〔包括試驗曲線的某種特征點，或理論公式的計算結果〕表示，其平安度是隱含的，并不出現在設計表達式中。在允許應力法計算中，不使用平安系數或分項系數。采用總平安系數設計法的表達式描述的是極限狀態的作用與抗力的平衡關系。其中，抗力效應是極限值，包括試驗曲線上的極限臨界值，或根據極限理論計算的結果，作用效應是標準組合。在設計表達式中，總平安系數出現在抗力項的分母中，當然也可以理解為乘以作用效應的標準值再與抗力的極限值相平衡。采用分項系數設計法的表達式描述極限狀態下設計驗算點的抗力效應的設計值與作用效應的設計值的平衡關系。設計驗算點的失效概率是最大的，因此用驗算點的坐標〔即設計值〕來控制設計。我國現行標準的主體工程結構設計方法主要采用分項系數法，而現行標準的巖土工程設計原那么大多是多種設計方法并用。這種現狀就使設計工作復雜化了，不弄清楚這些問題，很容易出現錯誤。?建筑地基根底設計標準??建筑地基根底設計標準?采用了多種設計方法。地基承載力設計采用容許承載力法，即工作狀態設計方法。地基穩定性計算采用總平安系數法,設計表達式〔13-5〕即為該標準的式〔〕：巖石錨桿抗拔承載力驗算采用允許應力法式中的f值為水泥砂漿或混凝土與巖石間的粘結強度特征值，即容許粘結強度值。第6章擋土墻穩定性驗算采用總平安系數法。第8章根底結構承載力驗算采用分項系數法，所有的設計表達式中，作用均為基底的凈反力或由凈反力產生的根底結構內力，強度均為混凝土材料的相應強度設計值。3.如何處理巖土工程與上部結構

不同設計方法所帶來的問題?地基根底與上部結構無論在使用功能、荷載傳遞或者建筑施工等方面都是不可分割的一個整體。設計時應從上部結構到地基根底，逐步傳遞荷載，始終保持各局部構件的靜力平衡和滿足強度變形的要求。由于技術開展的側重面不同，上部結構和地基根底的設計方法處于不同的開展階段。上部結構比較早地開始實行了向概率極限狀態設計的過渡，而地基根底那么仍處于總平安系數設計階段〔例如樁基設計、擋土墻設計〕，甚至有些局部尚停留在容許應力設計階段〔例如地基承載力設計〕。目前由于上部結構與地基根底設計原那么的不統一，各種標準執行不同的荷載規定，設計值與標準值混用；不同標準按不同的平安度標準建立評價體系，給設計人員帶來太多的麻煩，造成很多誤解。其結果是要么可能造成浪費，要么可能造成潛在的危險。上部結構設計驗算承載力時，荷載統一地采用設計值，抗力采用材料的強度設計值，沒有任何的懸念。地基根底設計中，驗算地基承載力問題時，由于地基承載力采用的是容許值，要求荷載取值，即基底壓力必須采用標準值。但驗算根底結構的承載力時，由于材料強度用的是設計值，荷載取值必須也采用設計值與之匹配。單樁承載力驗算時，對于驗算由地基土對樁的支承所構成的承載力，與之相應的軸力是標準值，但由樁身強度構成的承載力驗算時必須用軸力的設計值。因此計算時必須注意區分標準值與設計值的不同取值和不同的適用條件。地基根底設計時，確定淺根底的平面尺寸、樁數等地基設計工程采用定值法，包括容許應力法和總平安系數法。例如地基承載力特征值〔容許值〕、單樁極限承載力處于平安系數得單樁承載力特征值〔容許值〕?？沽Φ男再|是容許值，標稱標準值或特征值；因此，荷載應采用標準值。如果荷載誤用設計值，設計的平安度過高。確定淺根底的高度、根底配筋、筏基結構設計、樁身強度驗算、承臺結構設計等工程采用分項系數描述的設計表達式。因此，抗力采用設計值；荷載也采用設計值。如果荷載誤用標準值，設計的平安度將會過低，偏于危險。上部結構荷載最終由根底傳給地基，地基根底設計必須與上部結構設計相協調。在基坑工程設計時，問題與地基根底設計正好相反，由土的強度指標計算得到的土壓力是標準值，圍護結構的內力也是標準值，但圍護結構的材料強度卻是設計值?？傊?，在地基根底設計時，設計表達式兩端不匹配會造成浪費；而基坑工程設計時，設計表達式兩端不匹配那么會造成平安度下降。4.如何控制巖土工程的平安度？討論工程平安度的控制與風險、影響巖土工程平安度的因素，包括體制的因素和技術的因素。巖土工程是全過程的技術效勞，包括勘察設計階段的平安度控制、施工與運營階段平安度的實現及可能存在的風險分析。荷載取值、抗力取值和平安系數的取值都會影響平安度控制。地基根底設計，包括地基持力層承載力計算、軟弱下臥層驗算、沉降計算、根底結構驗算所用的荷載，必須是上部結構設計的結果，包括柱或墻根部的豎向力、水平力和彎矩。按每層的荷載估計值計算的結果，只能供編制勘察方案之用，不能用以做地基根底設計。有些結構物〔如地下室、隧道、支擋結構、堤壩結構〕設計時，巖土〔包括巖土層中的水〕作用于結構物的荷載成為控制設計平安度的主要荷載，包括土壓力、水壓力、浮力、揚壓力。注意這些根據土力學原理計算得到的荷載，按其性質是標準值，不能直接與結構抗力〔其性質是設計值〕進行比較。巖土的變形是建筑物的正常使用極限狀態驗算的“作用〞，也是造成建筑物承載力極限狀態的“作用〞之一。建筑物承受變形的能力，即允許變形值，是極限狀態驗算時建筑物的“抗力〞。?建筑地基根底設計標準?中的允許變形值，有些是正常使用極限狀態驗算的抗力，有些那么是承載力極限狀態的抗力。[5]勘察設計階段是控制工程平安度的主要階段，如果在設計階段的平安度控制就有缺陷，設計平安度缺乏，或者對巖土體的工程性狀的認識有偏差，設計參數的取值存在問題，或者設計計算模式沒有反映工程的主要機理，平安系數的取值過低，或者甚至發生漏項和缺項。勘察和設計從設計參數的取值和設計計算兩個方面來控制巖土工程的平安度，核心的環節是合理選取平安系數。平安系數的取值與破壞計算模式有關，不同的工程問題、不同的計算模式，平安系數的取值是不同的。例如，地基承載力的平安系數為2～3，而擋土墻的抗滑穩定平安系數僅為1.3。并不表示地基承載力問題的平安度高于擋土墻的抗滑穩定性。因此不同破壞計算模式的平安系數之間，不能相互比較平安系數的大小。我國對平安系數的取值考慮工程具體情況太少，因地制宜不夠。平安系數的取值與抗力確實定方法有關。對于相同的破壞計算模式，如果確定抗力的方法不同，那么抗力的可靠性不同，取用不同的平安系數。例如，歐洲標準對單樁承載力的平安系數，用載荷試驗確定的單樁承載力，由于數據比較可靠，可以采用比較小的平安系數。平安系數的取值與巖土參數的試驗方法有關，當采用不同的抗剪強度指標計算時，平安系數的取值是不同的。例如，如果采用預固結以后的試樣做不固結不排水試驗，得到的不排水強度cu會有很大的提高，如果利用這樣的試驗結果計算地基的穩定性，就不能采用與傳統的試驗結果計算時相同的平安系數。平安度控制風險的影響因素。客觀的因素，取土試驗過程中對試樣的擾動、試驗方法的不標準、試驗結果的缺乏代表性、試驗結果分析計算方法的不標準等因素都會影響對設計平安度的控制主觀因素，工程師對試驗結果的評價與分析，對代表性指標的取用、對計算模式的選用等都會使得工程師對平安度的控制偏離預期的期望值。巖土工程平安度控制的關鍵是在勘察設計階段。巖土工程設計時，計算巖土抗力的強度參數，并不是像上部結構材料那樣，可以從技術標準中查到；由巖土所構成的荷載，也不可能從荷載標準得到。這些都需要通過巖土工程勘察，由試驗、測定和經驗判斷取得。因此設計參數的取值是否符合設計的具體工程條件，是否反映了地質條件的特點，都直接影響平安度的控制。但體制現狀卻非常不利于平安度的控制。巖土工程參數分析與選定是巖土工程勘察內業工作的重要組成局部，是對原位測試和室內試驗的數據進行處理、加工，從中提出代表性的設計、施工參數，作為巖土工程勘察分析評價的重要依據。巖土工程參數分析的內容包括對原始數據的誤差分析和有效數字的取舍，數據統計特征的分析，平均值和標準值的計算，參數間經驗公式的建立及其圖表表示方法。由于巖土體是自然形成的，其成分、結構和構造都是非均質的和不確定的，勘察時的鉆孔或原位測試所取得的土樣或數據都有相當大的偶然性，采樣必然帶有隨機性。因此，巖土工程參數的分析方法必須建立在隨機數學的根底上，采用統計的方法獲得具有代表性的參數，對于巖土工程參數也只能從統計的概念上去理解，才能正確地使用。對同一個巖土體，用同一種方法測定的巖土參數，每次的測定值并不完全相同，有時的分布范圍還相當廣，如何從中得到代表性的參數，需要研究這些數據的分布規律。將測定值按數值大小從小到大依次順序排列，就得到變量的數列，稱為值序統計量，形成一個經驗的分布，這是定量研究的根底。需要巖土工程師具有分析不確定性的視野和能力，具有風險分析的能力。巖土本身所產生的荷載，不管是作用于結構物或作用于巖土體上，其計算模式的正確與否，對平安度的控制是至關重要的。巖土本身所產生的荷載，一般也是采用巖土參數，選用一定的計算模式進行計算的結果，例如土壓力、水壓力、作用于土體或建筑物的浮力、作用于根底底板的反力、作用于土體的滲透力等。影響荷載計算結果正確性的因素。計算模式，計算假定是否反映了實際工程的主要控制因素？例如是空間問題還是平面問題、是彈性半無限體還是Winkler體系？計算工況，計算工況是否符合工程實際條件與自然條件？例如結構的支承、約束條件，水的作用條件。計算參數，計算參數反映在工程具體條件下的巖土根本屬性與工況的影響？例如抗剪強度指標的選用、土的重度的選用等。平安度控制風險的影響因素客觀的因素，取土試驗過程中對試樣的擾動、試驗方法的不標準、試驗結果的缺乏代表性、試驗結果分析計算方法的不標準等因素都會影響對設計平安度的控制。主觀因素，工程師對試驗結果的評價與分析，對代表性指標的取用、對計算模式的選用等都會使得工程師對平安度的控制偏離預期的期望值。巖土工程設計時，計算巖土抗力的強度參數，并不是像上部結構材料那樣，可以從技術標準中查到；由巖土所構成的荷載，也不可能從荷載標準得到。這些都需要通過巖土工程勘察，由試驗、測定和經驗判斷取得。因此設計參數的取值是否符合設計的具體工程條件，是否反映了地質條件的特點，都直接影響平安度的控制。5.怎樣計算荷載？請問設計部門提供的荷載是荷載效應的標準組合還是準永久組合或是根本組合，這三者之間如何換算？對于不同的設計對象問題，采用不同的荷載組合。根據?建筑地基根底設計標準?GB50007-2002的規定，為驗算地基承載力，確定根底的尺寸時，荷載采用標準組合。計算沉降時，荷載采用準永久組合。驗算地基或構筑物的穩定性時采用根本組合的設計值。驗算根底內力和配筋時采用根本組合的設計值。在勘察任務書中的荷載是為編制勘察方案用的，不是設計荷載。這里有兩個不同的概念，不能認為都是簡單地乘一個系數。一個是所謂承載力極限狀態和正常使用極限狀態的區別，考慮的荷載的內容是不同的，要根據實際工程情況，按荷載標準來計算。另一個是所謂標準值和設計值的區別，那是差一個分項系數，但也不都是1.25，如以恒載為主的情況就是1.35。當地基承載力為kPa如何轉換為噸，如130kPa轉換為噸是多少噸？我國過去實行公制，即CGS制，從79年代后期，國家決定將計量單位改為國際制，即SI制。通過20多年的強制性推廣，國際制已經在我國得到了廣泛的應用，所有的工程技術標準都采用了國際制，所有的教科書也都采用了國際制，作為一個工程師必須掌握國際制，熟悉國際制與其他計量制之間的換算關系。為什么要實行國際制？亦即CGS制有什么缺點？在公制中，最大的問題是無法區別質量和重力的計量。例如，過去按CGS制的規定說1立方米的土重2噸〔單位體積重為2噸/立方米〕，即重2000公斤〔kg〕，作用在1平方米的面積上，壓力是2噸/平方米，前面的2噸是指土的質量，而后面的2噸是指力，可是無法加以區分。按照牛頓第一定律，重力等于質量乘以重力加速度(g=9.8m/s2)，即G＝mg，按前面的數據就可以說土的質量密度是2t/m3，這2t表示質量，而產生的重力20009.820000N=20kN，作用在單位面積上的壓力是20kN/m2=20kPa。土的室內試驗指標是單位體積的質量，稱為密度，計量單位是g/cm3或t/m3，而單位體積的重力稱為重力密度或重度，計量單位是kN/m3；如果土的密度是1.8g/cm3，那么其重度應為18kN/m3。密度是試驗單位，而重度是計算單位，在土工試驗報告中應當用密度表示，而不是重度，因為用天平稱出來的是質量而不是力。重度乘以土柱的高度就得到土的自重壓力，單位為kPa。例如，重度為18kN/m3，在10m深度處的自重壓力就是18×10＝180kPa。可以記住一個最簡單的換算關系，壓力為1kg/cm2＝100kPa＝10t/m2。為什么錨桿計算的荷載如此不同？

〔一個典型的例子〕?建筑邊坡工程技術標準?GB50330-2002的〔～〕式中，為何計算所依據的荷載值不同，分別為Na、Nak和Na,是何原因？僅僅是這樣規定而已嗎？這種規定的來源是?建筑地基根底設計標準?第條關于荷載的規定。按照這本標準的規定，計算有關土的承載力、黏結強度一類時，用荷載的標準值；計算有關材料〔混凝土、鋼筋等〕的承載力時，用荷載的設計值。這個公式是驗算錨桿鋼筋的截面，因此Na是錨桿拉力的設計值。這個公式驗算錨桿鋼筋與砂漿之間的錨固長度，是建筑材料之間的粘結強度，強度值用設計值，因此Na也用錨桿拉力的設計值。這是錨固體與地層之間的錨固強度的驗算公式，由于是錨固體與地層之間的粘結強度是用容許值，故錨固的拉力用標準值Nak。如何使用勘察前期工作

收集到的荷載？設計能夠提供什么荷載？設計沒有進行到一定的深度，只能估計荷載。如何估計？按每層每平方米1.5～2噸〔15～20kPa〕估計，標準值小一些，設計值大一些，住宅小一些，辦公樓因為層高比較高，因此大一些。怎么使用這種荷載數據？整板根底怎么用？乘以樓層數得到基底壓力可以直接與地基承載力比較。pfa條形根底怎么用？與條形根底底面積與整板根底的面積比例有關。p/fa獨立柱基怎么用？與柱距l有關。柱荷載N＝p×l2但是，這種荷載只能用于做勘察方案，而不能用于地基根底設計計算。那么設計的荷載是如何計算得到的呢？設計荷載的計算荷載由恒載和可變荷載兩局部組成：恒載主要由結構物的自重產生的，可變荷載包括樓面荷載、風荷載、雪荷載、積灰荷載等，按照荷載標準的規定：建筑荷載的傳遞設計荷載計算實例1.1.面荷載：1.1.1恒荷載：120厚現澆板：樓板自重

0.12×25=3.0kN/m2找平

0.02×20=0.4kN/m2地面作法

1.0kN/m2吊頂

0.8kN/m2

相加得：g=5.2kN/m2100厚現澆板：0.10×25+0.4+1.0+0.8=4.7kN/m2180厚現澆板：0.18×25+0.4+1.0+0.8=6.7kN/m2覆土容重:18kN/m3屋面做法： 0.12×25+0.02×20+3.9=7.3kN/m21.1.2活荷載：商店：3.5kN/m2辦公：2.0+1.0〔考慮隔墻不確定布置〕＝3.0kN/m2通風機房：8.0kN/m2汽車通道：4.0kN/m2衛生間：2.5kN/m2走廊、門廳：3.5kN/m2樓梯：3.5kN/m2電氣機房：地下一層：8.0kN/m2，一層機房及強電井：5.0kN/m2自動扶梯：R=72×2÷3.17=45.43kN/m1.2.梁墻荷載:填充墻：1、外墻鋁板或玻璃幕墻:1kN/m25.6m層高:5.6

kN/m4.2m層高:4.2

kN/m2、內墻加氣混凝土砌塊砌筑容重取7.5kN/m3，那么：200厚墻每米高(含雙面抹灰)：8×0.2+20×0.04+0.5=2.9kN/m2內墻處梁上荷載〔200厚填充墻〕:3.8m層高:3.8×2.9=11.02kN/m取115.0m層高:5.0×2.9=14.50kN/m取155.6m層高:5.6×2.9=

16.24kN/m取164.2m層高:4.2×2.9=

12.18kN/m取12其它：混凝土陽臺攔板(1.0米高)：(25×0.12+20×0.04)×1=3.8kN/m鋼框門窗每米高：0.45kN/m七.根底方案建議與

地基根底設計的根底選型在勘察報告中如何建議根底方案，是巖土工程師比較關心的一個問題，也是頗費斟酌的一件事。要做好根底方案的建議，提出符合實際的方案，必須正確掌握地質條件，熟悉各種類型根底的適用條件，同時還必須了解上部結構的特點及要求。在勘察單位工作的巖土工程師，掌握地質條件方面具有優勢，但對上部結構的了解可能不太具體，對各種根底類型的適用性不太熟悉，因而造成種種困難與誤解。下面的一些問題正反映了巖土工程界的現狀，也提出了我們需要進一步掌握的一些根本知識。這對于做好根底方案的建議，可能有所幫助。各種根底的傳力特性、構造特點和設計原那么有什么不同？如何根據地基的承載條件來考慮根底的方案？選擇根底方案時，地基的條件僅是一個方面，還必須考慮上部結構荷載的傳遞要求和使用的要求。為什么柱下條形根底

不屬于擴展根底？?建筑地基根底設計標準?GB50007-2002規定擴展根底只包括柱下獨立根底和墻下條形根底，為什么不包括柱下條形根底？筏基和箱基是否也應是擴展根底？我國國家標準?建筑地基根底設計標準?GB50007-2002第條

對擴展根底〔spreadfoundation〕作如下的解釋：“將上部結構傳來的荷載,通過向側邊擴展成一定底面積，使作用在基底的壓應力等于或小于地基土的允許承載力，而根底內部的應力應同時滿足材料本身的強度要求，這種起到壓力擴散作用的根底稱為擴展根底。〞[1]按照歐洲標準的根底分類，獨立根底、墻下條形根底、柱下條形根底、筏形根底等都屬于擴展根底。[2]但我國的國家標準?建筑地基根底設計標準?GB50007-2002只把獨立根底和墻下條形根底作為擴展根底。而將柱下條形根底、筏形根底都沒有列入擴展根底的范疇。為什么國標作這樣的分類？估計可能是因為，獨立根底、墻下條形根底和柱下條形根底相比，存在設計原那么上的差異，因此認為這種分類方法也有它的合理性。但按照國標的上述定義，柱下條形根底和筏形根底也都符合上述術語所概括的受力條件。同時，既然國標將原來的剛性根底改為無筋擴展根底，配筋與不配筋是兩類擴展根底的原那么區別，配筋是擴展根底的重要特征。按上述的幾點分析，那么歐洲標準的分類似乎更有道理。柱下條形根底與獨立根底或墻下條形根底相比，計算方法究竟有什么不同呢？對矩形獨立根底需要驗算長邊和短邊兩個方向的斷面以確定根底的配筋，獨立根底在兩個方向的鋼筋都是受力鋼筋，雖然其承受的彎矩不同，配置的鋼筋截面面積不同，但其計算的原那么是一樣的。如果是方形根底，只承受軸心荷載，那只需要驗算一個方向的斷面，兩個方向的配筋完全一樣。柱下獨立根底的兩個方向也都配置受力鋼筋，如果是軸心荷載，兩個方向的受力條件相同，因此根底的形狀就稱為方形，兩個方向的根底尺寸和配筋都是一樣的。如果在一個方向還有力矩，那么在力矩作用的方向就需要比另一方向的尺寸大一些，設計成矩形根底，如圖12-4所示，配置的鋼筋截面積也不相同，圖中長邊方向配筋選用1116@210，短邊方向配筋選用1510@200。柱下獨立根底的高度按照滿足沖切承載力的要求驗算。對墻下條形根底，只需驗算橫斷面以確定根底的高度和底板的配筋。因為在根底的縱向，荷載是條形荷載，每個斷面上的荷載都是一樣的，如圖12-1所示的橫斷面總是保持平面不變，稱為平面應變問題，因此只需驗算如下圖的一個橫斷面就可以了。計算條形根底的內力時，只需在縱向取1延米長度進行分析，驗算根底高度和計算每延米的橫向鋼筋用量。此時應在斷面上取內力最大的截面〔圖示I－I截面〕計算這個截面上的剪力和彎矩，然后按剪力驗算根底的有效高度h0，按彎矩計算每延米橫向鋼筋的面積A。沿墻下條形根底的縱向所布置的鋼筋是分布鋼筋，并不是受力鋼筋。因此只需要按照構造要求布置，不需要進行計算。如圖12-2所示，圖中配置的橫向受力鋼筋16@170，沿磚墻的長度方向配置8@250的分布鋼筋。但柱下條形根底的受力情況與墻下條形根底就有本質的不同。在縱向，柱傳給根底的荷載是作為集中荷載來考慮的，可以假定根底底面的反力作為荷載沿縱向是均勻分布的，然后按倒梁法計算根底梁的內力，也可以按照彈性地基上的梁進行內力的分析。因此每個斷面上的彎矩和剪力都是變化的，設計按照最大的內力配置鋼筋。縱、橫向的鋼筋都是主要受力鋼筋，這是柱下條形根底與墻下條形根底重要的區別。梁在縱向的變形和

內力的分布規律圖12-3是彈性地基上的梁在集中力作用下，梁的撓度w、轉角、彎矩M和剪力Q沿梁的長度方向的分布。當根底梁的長度L/時稱為無限長梁。綜合了梁的撓曲剛度和地基土的文克勒彈性特征，稱為柔度指標，的倒數1/稱為特征長度。由下式計算：k－基床系數；b－根底梁的寬度；E－根底梁混凝土的彈性模量；I－根底梁的截面慣性矩。撓度轉角彎矩剪力根底梁的撓度和彎矩的分布是對稱于集中力的作用點，而轉角和剪力那么呈反對稱分布。在集中力P0作用下，無限長梁的撓度公式為：分別對撓度w求一階、二階和三階導數，就可以求得梁截面的轉角

、彎矩M和剪力Q。彎矩的分布圖顯示，在梁的不同截面上，彎矩的符號是會發生變化的，正彎矩作用時，梁的底部出現拉應力，而負彎矩那么使梁的上部出現拉應力，因此在根底梁中設置鋼筋時，必須在梁的上部和下部都布置受力鋼筋。作用于柱下條形根底上的柱荷載可能有假設干個，各個柱子所引起的內力可以疊加，形成更為復雜的彎矩分布圖，一般按最大的彎矩包絡圖設置受力鋼筋。根底的寬度和長度在標準和各種計算中有時混淆，不知哪一個是b，哪一個是L？這是由于不同的計算工況的假定不同，應該從計算公式中物理量的概念上去把握，不要拘泥于符號是b還是L。如果是一個矩形根底，將b作為根底的寬度，L作為根底長度，那么一般來說，將寬度b理解為短邊是正確的，在許多教科書中也都是這樣規定的。如圖12-5所示。計算地基承載力，或對地基承載力作寬度修正時，基于條形根底的假定，從平安角度考慮應取短邊的尺寸作為計算公式中的寬度b。計算沉降時，由于計算土中應力需要引用彈性理論的條形荷載下的應力解，必須明確取短邊作為b，才能與所引用的各種計算應力系數表格中的符號n＝z/b和m＝L/b相一致。但對于受單向力矩作用的矩形根底，根底尺寸在力矩作用方向一般采用比較長的尺寸，以使根底有比較大的抵抗矩。因此在計算由力矩產生的底面反力時，所用的抵抗矩應采用長邊的數值計算，有的教科書中是用長邊的尺寸L計算抵抗矩。但在?建筑地基根底設計標準?GB50007-2002的圖、圖以及圖中，所標注的“b〞并不是短邊，而是長邊，那是為了計算抵抗矩用的，沒有錯。但將長邊尺寸稱為寬度確實是不太符合習慣的，因此計算公式中最好用L而不是用b，但這本標準中還是用了b，也可能其他一些教材也隨之而將長邊標注為b。小偏心大偏心因此，大家不要硬記符號，而應從根本概念上去理解什么情況b是短邊，什么情況b是長邊。根底寬度b有時并不一定是短邊，要從力學的原理來理解取b為其長邊的尺寸還是短邊的尺寸，這樣才不會困惑，也不會弄錯。在根底選型時，條形根底和筏形根底各適用于什么條件？是不是地下室必然采用筏形根底？筏形根底與箱形根底又有什么區別？淺根底根據它的傳力特性可以分為獨立根底、條形根底〔包括十字交叉條形根底〕、筏形根底、箱形根底等。無筋擴展根底可以采用磚根底、三合土根底、素混凝土根底和毛石混凝土根底等比較低廉的根底材料外，絕大多數的根底材料都是使用鋼筋混凝土。鋼筋混凝土獨立根底主要用于柱下，也用于一般的高聳構筑物，作為如水塔、煙囪等構筑物的根底。獨立根底的構造形式通常有現澆臺階形根底、現澆錐形根底和預制柱的杯口根底，見圖12-7。杯口根底可分為單肢和雙肢的杯口根底，分別適用于單肢柱和雙肢柱的情況。還可以分為低杯口根底和高杯口根底。軸心受壓柱下根底的底面形狀為正方形；而偏心受壓柱下根底的底面形狀為矩形。鋼筋混凝土條形根底分為墻下鋼筋混凝土條形根底和柱下鋼筋混凝土條形根底。柱下鋼筋混凝土條形根底又可分為單向條形根底和十字交叉條形根底，其構造分別見圖12-8和12-9。當地基承載力較低，采用柱下鋼筋混凝土獨立根底的底面積缺乏以承受上部結構的荷載時，可將幾個柱子的根底連成一條構成單向的柱下條形根底；條形根底必須有足夠的剛度將柱子的荷載均勻地分布到擴展的條形根底底面積上，并且調整可能產生的不均勻沉降。當單向的條形根底底面積仍缺乏以承受上部結構荷載時，可以在縱、橫兩個方向將柱根底連成十字交叉條形根底。當采用墻下條形根底或柱下十字交叉條形根底仍不能提供足夠的根底底面積來承受上部結構的荷載時，可采用鋼筋混凝土滿堂整板根底，稱為筏形根底。筏形根底比十字交叉條形根底具有更大的整體剛度，有利于調整地基的不均勻沉降，能適應上部結構荷載分布的變化。結合使用要求，筏形根底特別適用于采用地下室的建筑物以及大型的儲液結構物〔如水池、油庫等〕。但地下室不一定都得采用筏形根底，如果地基土的承載力比較高，采用獨立根底或條形根底的基底面積足夠支持建筑物的荷載，此時地下室的底板就沒有傳遞上部結構荷載的功能，只具有將地下室底層的樓面荷載傳遞給地基土，同時還需要具有防水、防潮的功能，此時底板厚度也不需要很厚。筏形根底分為平板式和梁板式兩種類型。平板式筏形根底是一塊等厚度的鋼筋混凝土平板圖，筏板的厚度與建筑物的高度及受力條件有關，通常不小于200mm；對于高層建筑，通常根據建筑物的層數按每層50mm確定筏板的厚度。如柱荷載比較大，為了防止筏板被沖剪破壞，可局部加厚柱下的筏板或設置獨立根底；當柱距較大、柱荷載相差也較大時，板內會產生比較大的彎矩，應在板上沿柱軸線縱、橫向布置根底梁，形成梁板式筏形根底，梁板式筏形根底能承受更大的彎矩，其剛度主要由根底梁構成，板的厚度就可以比平板式根底小得多。筏形根底的適用范圍十分廣泛，在多層住宅和高層建筑中都可以采用。箱形根底由鋼筋混凝土底板、頂板和縱、橫向的內、外墻所組成，具有比筏板根底大得多的抗彎剛度，可視作絕對剛性，沉降非常均勻，其相對彎曲