1、刍议岩土工程勘测抗震设计问题摘要：随着我国城市基本建设的不断发展，作为基本建设重要组成部分的岩土工程遇到的诸多新问题，如复杂地质条件下施工工艺的选择问题，设计方案的可操作性问题，力学模型及设计参数的确定问题，地下水影响问题等，已使一些常规的设计方法无法适应，对于基坑支护问题尤其如此。因为基坑工程是一项临时性工程，过多考虑安全问题会导致投资过大而造成浪费，过多考虑经济问题可能会导致基坑失稳而造成事故，在这两方面已有不少经验教训。 关键词：岩土工程；勘察设计；抗震 Abstract: With the continuous development of infrastructure in our
2、country city, many new problems in geotechnical engineering an important part of basic construction encountered, such as the selection of construction technology under complex geological conditions, design of operational issues, identify problems of mechanics model and design parameters, the influen
3、ce of groundwater problems, it has made some the conventional design method cannot adapt to, especially for excavation problems. Because the excavation is a temporary project, too much to consider security issues will lead to excessive investment and wasteful, too much to consider economic problems
4、may lead to instability of foundation pit and the cause of the accident, had many lessons in this two aspects. Keywords: geotechnical engineering investigation and design; seismic; 中图分类号：P25 1.动态设计法 1)工程地质和水文地质条件变化复杂，勘察报告提供的数据具有较大的离散性和局限性，往往难以真实反映土层的分布情况和力学特性及地下水情况。 2)周围环境条件复杂，邻近建筑物、构筑物、道路和地下设施(管道、电
5、缆及防空洞等)都在一定程度上制约着所采用的岩土工程措施。 岩土工程的复杂性和诸多的不确定性，使设计者在设计时不可能考虑到所有因素。为了减少工程事故，保证工程的质量和安全，提高工程效益，近年来在岩土工程中引进了动态设计方法。所谓动态设计方法，就是根据场区环境和工程地质条件的特点，提出相应的设计方案，并根据施工中出现的具体问题和监测结果不断修改方案，进行优化设计的方法，这种方法较好地实现了设计、施工和监测三者的有机统一。从现有的文献资料来看，动态设计主要指根据实测的位移情况来反演土体性态参数及结构力学参数，确保设计参数合理。目前，根据施工情况确定土体抗剪强度值的动态设计方法是反分析方法，这是一种根
6、据支挡结构的位移情况和土压力分布模式来反演分析土体抗剪强度 C，值的方法。由于相同的位移采用不同的土压力模式会反演分析出不同的抗剪强度 c，妒值，因而，该方法所得到的 C，值只是理论值而非实际值。这里介绍一种我们在工程实践中总结的根据滑裂面来反分析土体抗剪强度 c，值的动态设计方法。由于土体发生滑动时，首先要达到极限平衡状态，其滑裂面几何参数反映了土体抗剪强度。以滑裂面为基础的动态设计方法从极限平衡的概念出发，运用工程类比的方法，通过调查滑裂面几何参数临界深度和滑裂面倾角就可以来反演分析土体抗剪强度 c，值。工程经验告诉我们，基坑工程往往至少有一侧比较宽阔，可以自然放坡，并且施工场地地质条件比
7、较单一、变化不大。在土方施工中，可以先开挖这一侧，然后根据该侧成坡情况来研究确定其土层抗剪强度 C，值，从而推断出相邻侧甚至整个施工场地的土层抗剪强度 C，值。由此，我们可以将此经验作进一步的推广，即先开挖基坑中部的土方，以观察土体的自然稳定情况，从而确定土层的 c，9 值，这一点对于采用自然放坡的支护形式和按照“逐层开挖，逐层支护”原则进行施工的喷锚支护形式尤其适用。 2 地层剪切波速的确定 弹性波速测试的方法有：跨孔法、单孔波速法(层检法)和面波法。在工程上，对于多层体系常用跨孔法，直接测定不同深度岩土层的波速；当土层软硬变化大(模量有突变)和层次较少或基岩上为覆盖层时，可用单孔法；面波法
8、在工程上较少用。在岩土工程勘察中，主要要求是测定覆盖层且主要是 20m 深度范围内土层的波速，采用单孔层检法最为简便，是现场波速试验最常用的方法。 21 钻孔剪切波测试方法及原理 野外剪切波测试仪器为 SE2404 型综合工程测仪(其它浅层地震仪亦可)，配合井下三分量检波器进行剪切波测试。测试方法多采用单孔叩板法(层检法)，即：先在井口附近平整出一小块空地，安放厚木板(厚1020c1、长 150300cm)，木板上压上重物，使木板紧贴地面。木板放置方向应尽量使木板中心和井口的连线垂直于木板长轴方向，板以靠近孔口 1-5m 为好。然后用大锤(木锤为最好)沿水平方向在木板两端各激烈敲击一次，将同一
9、个检波器得到的两张剪切波记录相比较，利用它们相位反相的特点，判读剪切波(S 波)的初至时。这种方法的优点是：不受试验场地的限制，较为适合于市区内的地基勘探，而且能直接可靠地给出隐蔽层(或薄夹层)的准确位置、厚度及其波速。需注意的是：检波器应紧贴孔壁，木板紧贴地面，当重锤敲击木板时尽可能沿水平方向敲击，尽可能避开在有较大背景干扰信号的情况下进行剪切波测试，或设法改变工作方式压制干扰信号。 22 剪切波(v)的计算 根据野外实测剪切波波形记录判读剪切波的初至时，据地层厚度计算出各地层的剪切波(V，)。 3 场地类别划分 根据建筑抗震设计规范(GB50011-2001)的规定，建筑场地的类别划分，应
10、以土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度为准，建筑场地覆盖层厚度的确定，一般情况下，应按地面至剪切波速500ms 的土层顶面的距离确定。土的类型根据土层剪切波速按表 1 划分为四类；建筑的场地类别应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度按表 2 划分为四类。在岩土工程勘察实践中发现，岩土层结构和强度变化较为复杂，如何确定覆盖层厚度很困难，各种规范对覆盖层厚度的取值规定有些差异，也有些勉强；建筑抗震设计规范规定，建筑场地覆盖层厚度的确定，应符合下列要求： (1)一般情况下，应按地面至剪切波速大于 500ms 的土层顶面的距离确定； (2)当地面 5m 以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速 25 倍的土
11、层，且其下卧岩土剪切波速均不小于 400ms 时，可按地面至该土层顶面的距离确定； (3)剪切波速大于 500ms 的孤石、透镜体，应视同周围土层； (4)土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体：场地土层剪切波速随深度呈递增趋势；将剪切波速大于 50Ores 的硬土层定义为基再根岩，作为输入基准界面；相邻土层剪切波速差异大于 25 倍视为土层刚度突变，作为边界条件；松散层中孤立的硬夹层予以， 、忽略；与基岩相连的硬夹层(如坚硬的侵入岩岩脉)作为输入边界考虑，计算覆盖层厚度时扣除硬夹层的厚度。尽管有准确的实测的剪切波速，由于场地岩土层分布不均匀，可能并非整个场地均属于同一场地类别，即可能部分地段为类，
12、部分地段为 I 类或甚至类，这对建筑物的场地类别确定造成困难，当建筑物由不相连的单体组成时，可按单体分别考虑，否则应根据上述各影响因素综合考虑确定，选择合适的基础形式，加强结构抗震措施。 4.土层抗剪强度 c，值的确定 下面我们以上述思想来确定土层抗剪强度 c，值，基坑滑裂面情况见图 1。即内摩擦角值等于滑裂面倾角或稳定坡面倾角，这与砂土的内摩擦角值等于其休止角的结论一致；对于粘土而言，由于土坡滑裂面为圆弧形，土坡滑裂面倾角指圆弧弦 AB 倾角。C 值越小、圆弧角越大，c 值为0、圆弧角为 180。 ，故砂土滑裂面可以看成粘土滑裂面的一个特例。在实际工程中，我们多用自然放坡形成的稳定坡面来代替
13、滑裂面。由于人工放坡形成的稳定坡面倾角肯定要不大于滑裂面倾角，故用 O代替来计算土压力是偏于安全的。支护桩的实测内力与其理论值往往有很大出入的一个重要原因是参数取值与实际情况不尽相符。如沈阳市工程基坑均采用自然放坡，坡面稳定倾角在 55。58。左右，施工场地地质条件比较单一，而地质报告提供的=36。 ，若按妒=36。来计算其他侧支护桩内力，显然实测值与理论值会有很大的差异。下面我们来确定 C 值。如图 1 所示，土层临界开挖深度为 zn，由朗肯理论可知：在根据式(1)，式(2)来确定土层 c，值时，有一个问题很值得注意。我们所观察到的坡体稳定状态是在特定条件下的稳定，不是在任何条件下都能保证其
14、稳定的。因此，应在充分研究地质报告的基础上，根据岩土性质的相似性、坡体稳定的诱发因素以及工程性质来对调查的成果 c，值进行相应的调整。具体内容如下： 1)岩土性质的相似性：对于土层，应注意比较土层类型、厚度、成因、状态、原位测试以及土工试验成果的相似性；对于岩层，应注意比较岩石类型、矿物成分、风化程度、解理构造等的相似性。 2)坡体稳定的诱发因素：主要有水的困素(包括渗入坡体的水、坡或坑顶是否有硬覆盖以及是否有可靠的排水措施等)、地震因素和人为因素。3)工程性质：包括工程类型(如：边坡加固工程是永久性工程，而基坑支护工程是临时性工程)和工程的重要性等级。 4)应考虑支护方式和地下水控制方式对
15、c， D 值的影响。注意区别注浆类(如锚杆、土钉等)和非注浆类(如内支撑、悬臂桩等)不同类型支护方式的影响。同时应注意：基坑降水时由于降水漏斗的存在，基坑开挖面以上的土层在基坑内外均处在非饱和状态；基坑止水时由于止水帷幕的存在，基坑开挖面以上的部分土层(甚至全部土层)在基坑内为非饱和状态而基坑外为饱和状态。 5)一定要认真分析地质特点，不要被开挖过程中所观察到的表面现象所迷惑。 5 结语 岩土工程勘察是工程建设的重要组成部份之一，勘察单位是五大安全责任主体之一。因此，各项工程建设在设计和施工之前，必须按基本建设程序进行岩土工程勘察。勘察工作者应以良好的职业道德、高度责任心和使命感地进行勘察工作，按工程建设各阶段的要求，正确反映工程地质条件，查明不良地质作用和地质灾害，精心勘察、精心分析，提出资料完整、评价正确的勘察报告。同时，应抓住当今的大好时机，认真研究新情况，不断解决新问题，加强创新，探索新的勘察技术，为我国经济建设做出新的贡献。
