基礎設計中使用巖土工程勘察報告常見誤區解讀

黃 志 （安徽省路港工程有限責任公司，安徽 合肥 230022）

近年來，由于地基基礎設計缺陷導致的事故案例層出不窮，1913年加拿大特朗斯康谷倉，由于地基強度破壞而發生強烈滑動；1994年建成的關西機場，位于軟土地基，至今沉降已超過3.4m；武漢市橋苑新村住宅樓樁基由于選型不當且基坑支護方案不合理，導致整體失穩。仔細分析這類地基基礎事故原因，與某些設計師不仔細研讀分析巖土工程勘察報告，錯誤選用設計參數存在很大關系。本文對基礎設計中使用巖土工程勘察報告的一些常見誤區進行了歸納總結，并提出相關意見和建議。

1 巖土參數代表值的選用原則

與混凝土、鋼結構等人工材料不同，巖土是自然形成的，成分、構造復雜且具有極大的不確定性，空間分布也不均勻。同時，巖芯取樣技術水準、實驗人員操作經驗都對巖土的物理力學性質取值有著極大的影響。因此，設計選用的巖土物理力學性質指標，必須由足夠數量的樣本通過數理統計得出參數，不同巖土參數代表值的數理統計方式也不盡相同，簡單歸納如下：

①評價巖土的物理性質的指標（如含水量、重度、土粒比重、孔隙比、塑性指數、液性指數、有機質含量等指標）取平均值作為設計代表值；

②構筑物沉降計算等正常使用極限狀態設計采用的巖土力學性質指標（如滲透系數、壓縮模量、壓縮系數等指標）取平均值作為設計代表值；

③承載能力極限狀態設計采用的巖土力學性質指標（如粘聚力、內摩擦角、巖石飽和單軸抗壓強度等指標），一般取標準值作為設計代表值。水利行業有所區別，一般取小值平均值作為設計代表值；

④對于承載力參數的取值，《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2011）及《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG 3363-2019）均采用特征值進行地基承載力驗算。不少設計人員查閱勘察報告不仔細，誤將標準值當做特征值進行承載力驗算，造成質量事故。

2 地基變形參數的選擇誤區

《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007-2011）5.3.5條，計算地基變形時，地基內的應力分布，可采用各向同性均質線性變形體理論，并按照下式計算：

式中，Esi代表基礎底面下第i層土的壓縮模量（MPa），應取土的自重壓力至土的自重壓力與附加壓力之和的壓力段計算，壓縮模量由側限條件下的室內壓縮實驗得出。工程上地基土的壓縮性一般按照實驗荷載100kPa～200kPa得出的壓縮系數a0.1-0.2將土層劃分為低、中、高壓縮性，根據壓縮模量和壓縮系數的換算關系：，地勘報告一般提出的壓縮模量也為試驗荷載為100kPa～200kPa壓力段得出的壓縮模量Es0.1-0.2（MPa），若設計人員直接套用此參數進行沉降分析，則與地基土的實際變形不符。此時要求設計人員查詢土的室內壓縮曲線，并分段選用土的自重壓力至土的自重壓力與附加壓力之和的壓力段，壓縮模量數值進行沉降計算，方才與實際工況相符。

圖1 側限壓縮試驗e-p曲線

3 未根據場地土層特點選擇合理的施工工藝

對長江、淮河沖積平原地區，淤泥質軟土分布廣泛，厚度達幾米至幾十米，表面為承載力稍高的人工填土層，該地區建筑物基礎以預制樁為主，施工周期短且能滿足承擔上部荷載要求，市區施工采用靜壓沉樁也能減小噪音影響。設計人員遇到上述類型項目時，往往未經仔細分析便按照慣例直接采用靜壓沉樁的預制樁方案。然采用該工藝施工時，對壓樁機接地部分的地基承載力有較高的要求，若場地表層填土地基承載力不夠且未經處理，則會導致下層淤泥質的土在壓樁機的荷載作用下，產生塑性破壞并發生水平位移，導致已施打完成的預制樁在水平荷載下產生偏位、截斷，造成工程質量事故。

4 未根據單樁載荷試驗調整樁基方案

目前《建筑樁基技術規范》（JGJ 94-2008）提供的單樁承載力計算方法有原位測試法和經驗參數法，通過原位測試法（如單橋探頭靜力觸探）估算單樁承載力操作過程極為繁雜，對現場技術人員操作和理論水平要求較高。目前巖土工程勘察報告一般提供樁側土體極限側阻力標準值和極限端阻力標準值，以供設計人員采用經驗參數法計算單樁承載力，計算公式如下：

式中qsik——樁側第i層土的極限側阻力標準值

qpk——樁極限端阻力標準值

上述公式中樁側土極限側阻力和端阻力無法直接測出，勘察報告一般按照相關規范提供的范圍下限取值，導致計算出的單樁承載力偏于保守。這就要求設計等級為甲級和乙級的建筑樁基，應通過慢速維持荷載法單樁靜載荷試驗來準確確定單樁承載力。根據以往經驗，載荷試驗確定的單樁承載力一般大于設計承載力，則證明上述公式計算結果存在偏差，應根據試驗數據對樁基設計方案進行調整，適當減小樁長、樁徑或布樁數量，以減少工程造價。

5 忽略樁周負摩阻力

當樁穿越較厚松散填土、欠固結土進入較硬土層，地面存在大面積堆載，降水導致樁周土層有效應力增加時，會導致樁周土的沉降超過樁基沉降，從而在樁周產生負摩阻力。個別地勘報告中只對土層特性進行了介紹，但并未提及負摩阻力。因此，設計人員應當根據工程具體情況考慮負摩阻力對樁基承載力和沉降的影響，此時應按照摩擦樁和端承樁分別進行計算。

對于摩擦樁，可取樁身計算中性點以上樁側阻力為零，并按照下式驗算樁基承載力：Nk≤Ra；對于端承樁，尚應考慮負摩阻力引起的樁基下拉荷載Qg，并按照下式驗算單樁承載力：Nk+Qg≤Ra，式中Nk為荷載效應標準組合軸心豎向力作用下，基樁或復合基樁的平均豎向力，Ra為只計中性點以下部分側阻值及端阻值時，基樁或復合基樁豎向承載力特征值。當建筑物或構筑物對沉降敏感，尚應將負摩阻力引起的下拉荷載計入附加荷載驗算樁基沉降。

6 圓錐動力觸探未剔除超前和滯后影響范圍內的異常值

圓錐動力觸探是工程勘察中常用的原位測試手段之一，利用圓錐形探頭在土中連續貫入測試，根據觸探點的觸探指標隨深度變化曲線，可以進行場地土層劃分。據鐵道部第二勘測設計院的研究結果，采用圓錐動力觸探連續測試時，當相鄰土層性質相差較大時，會出現較為明顯的超前和滯后反應：觸探頭尚未達到下層土時，在一定深度上，下土層已經對測試數據產生影響，即超前反應；當觸探頭進入下層土時，在一定深度內，上層土仍然對測試數據產生影響，即滯后反應。此時土層劃分應當根據地方經驗做適當調整，通常由軟土層進入硬土層時，土層的分層界限可以定在軟土層最后一個小值點以下0.1～0.2米處，由硬土層進入到軟土層時，土層分層界限可以定在軟土層第一個小值點以上0.1～0.2米。

7 結語

通過以上幾個容易忽視問題的分析，希望設計人員在做基礎設計時，能更加全面地閱讀和使用巖土工程勘察報告，使基礎設計能更加經濟安全，符合規范要求。同時，勘察報告編制人員要加強學習，為設計人員提供科學合理的巖土參數。