基础设计中使用岩土工程勘察报告常见误区解读

2022-04-01安徽省路港工程有限责任公司安徽合肥230022

安徽建筑 2022年3期

黄志（安徽省路港工程有限责任公司，安徽合肥 230022）

近年来，由于地基基础设计缺陷导致的事故案例层出不穷，1913年加拿大特朗斯康谷仓，由于地基强度破坏而发生强烈滑动；1994年建成的关西机场，位于软土地基，至今沉降已超过3.4m；武汉市桥苑新村住宅楼桩基由于选型不当且基坑支护方案不合理，导致整体失稳。仔细分析这类地基基础事故原因，与某些设计师不仔细研读分析岩土工程勘察报告，错误选用设计参数存在很大关系。本文对基础设计中使用岩土工程勘察报告的一些常见误区进行了归纳总结，并提出相关意见和建议。

1 岩土参数代表值的选用原则

与混凝土、钢结构等人工材料不同，岩土是自然形成的，成分、构造复杂且具有极大的不确定性，空间分布也不均匀。同时，岩芯取样技术水准、实验人员操作经验都对岩土的物理力学性质取值有着极大的影响。因此，设计选用的岩土物理力学性质指标，必须由足够数量的样本通过数理统计得出参数，不同岩土参数代表值的数理统计方式也不尽相同，简单归纳如下：

①评价岩土的物理性质的指标（如含水量、重度、土粒比重、孔隙比、塑性指数、液性指数、有机质含量等指标）取平均值作为设计代表值；

②构筑物沉降计算等正常使用极限状态设计采用的岩土力学性质指标（如渗透系数、压缩模量、压缩系数等指标）取平均值作为设计代表值；

③承载能力极限状态设计采用的岩土力学性质指标（如粘聚力、内摩擦角、岩石饱和单轴抗压强度等指标），一般取标准值作为设计代表值。水利行业有所区别，一般取小值平均值作为设计代表值；

④对于承载力参数的取值，《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）及《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG 3363-2019）均采用特征值进行地基承载力验算。不少设计人员查阅勘察报告不仔细，误将标准值当做特征值进行承载力验算，造成质量事故。

2 地基变形参数的选择误区

《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）5.3.5条，计算地基变形时，地基内的应力分布，可采用各向同性均质线性变形体理论，并按照下式计算：

式中，Esi代表基础底面下第i层土的压缩模量（MPa），应取土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算，压缩模量由侧限条件下的室内压缩实验得出。工程上地基土的压缩性一般按照实验荷载100kPa～200kPa得出的压缩系数a0.1-0.2将土层划分为低、中、高压缩性，根据压缩模量和压缩系数的换算关系：，地勘报告一般提出的压缩模量也为试验荷载为100kPa～200kPa压力段得出的压缩模量Es0.1-0.2（MPa），若设计人员直接套用此参数进行沉降分析，则与地基土的实际变形不符。此时要求设计人员查询土的室内压缩曲线，并分段选用土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段，压缩模量数值进行沉降计算，方才与实际工况相符。

图1 侧限压缩试验e-p曲线

3 未根据场地土层特点选择合理的施工工艺

对长江、淮河冲积平原地区，淤泥质软土分布广泛，厚度达几米至几十米，表面为承载力稍高的人工填土层，该地区建筑物基础以预制桩为主，施工周期短且能满足承担上部荷载要求，市区施工采用静压沉桩也能减小噪音影响。设计人员遇到上述类型项目时，往往未经仔细分析便按照惯例直接采用静压沉桩的预制桩方案。然采用该工艺施工时，对压桩机接地部分的地基承载力有较高的要求，若场地表层填土地基承载力不够且未经处理，则会导致下层淤泥质的土在压桩机的荷载作用下，产生塑性破坏并发生水平位移，导致已施打完成的预制桩在水平荷载下产生偏位、截断，造成工程质量事故。

4 未根据单桩载荷试验调整桩基方案

目前《建筑桩基技术规范》（JGJ 94-2008）提供的单桩承载力计算方法有原位测试法和经验参数法，通过原位测试法（如单桥探头静力触探）估算单桩承载力操作过程极为繁杂，对现场技术人员操作和理论水平要求较高。目前岩土工程勘察报告一般提供桩侧土体极限侧阻力标准值和极限端阻力标准值，以供设计人员采用经验参数法计算单桩承载力，计算公式如下：

式中qsik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值

qpk——桩极限端阻力标准值

上述公式中桩侧土极限侧阻力和端阻力无法直接测出，勘察报告一般按照相关规范提供的范围下限取值，导致计算出的单桩承载力偏于保守。这就要求设计等级为甲级和乙级的建筑桩基，应通过慢速维持荷载法单桩静载荷试验来准确确定单桩承载力。根据以往经验，载荷试验确定的单桩承载力一般大于设计承载力，则证明上述公式计算结果存在偏差，应根据试验数据对桩基设计方案进行调整，适当减小桩长、桩径或布桩数量，以减少工程造价。

5 忽略桩周负摩阻力

当桩穿越较厚松散填土、欠固结土进入较硬土层，地面存在大面积堆载，降水导致桩周土层有效应力增加时，会导致桩周土的沉降超过桩基沉降，从而在桩周产生负摩阻力。个别地勘报告中只对土层特性进行了介绍，但并未提及负摩阻力。因此，设计人员应当根据工程具体情况考虑负摩阻力对桩基承载力和沉降的影响，此时应按照摩擦桩和端承桩分别进行计算。

对于摩擦桩，可取桩身计算中性点以上桩侧阻力为零，并按照下式验算桩基承载力：Nk≤Ra；对于端承桩，尚应考虑负摩阻力引起的桩基下拉荷载Qg，并按照下式验算单桩承载力：Nk+Qg≤Ra，式中Nk为荷载效应标准组合轴心竖向力作用下，基桩或复合基桩的平均竖向力，Ra为只计中性点以下部分侧阻值及端阻值时，基桩或复合基桩竖向承载力特征值。当建筑物或构筑物对沉降敏感，尚应将负摩阻力引起的下拉荷载计入附加荷载验算桩基沉降。

6 圆锥动力触探未剔除超前和滞后影响范围内的异常值

圆锥动力触探是工程勘察中常用的原位测试手段之一，利用圆锥形探头在土中连续贯入测试，根据触探点的触探指标随深度变化曲线，可以进行场地土层划分。据铁道部第二勘测设计院的研究结果，采用圆锥动力触探连续测试时，当相邻土层性质相差较大时，会出现较为明显的超前和滞后反应：触探头尚未达到下层土时，在一定深度上，下土层已经对测试数据产生影响，即超前反应；当触探头进入下层土时，在一定深度内，上层土仍然对测试数据产生影响，即滞后反应。此时土层划分应当根据地方经验做适当调整，通常由软土层进入硬土层时，土层的分层界限可以定在软土层最后一个小值点以下0.1～0.2米处，由硬土层进入到软土层时，土层分层界限可以定在软土层第一个小值点以上0.1～0.2米。