岩土工程勘察及设计的若干问题.ppt

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岩土工程勘察及地基基础设计的若干问题主讲：

陈钰一、场地勘察1、结构抗震设计对工程地质勘察的基本要求2、需要进行时程分析的房屋3、结构自振周期、设计特征周期、场地卓越周期和脉动周期之间的关系4、采用桩基或搅拌桩等措施进行地基处理后对场地的地震地质特性影响5、建筑物地下室的防水设计水位高度和抗浮设计水位高度二、建筑抗震设防分类1、面积较大的商业建筑和商住楼，抗震设防类别的确定2、教育类建筑（幼儿园、小学等）抗震设防类别的确定3、医院、疾病预防中心与控制中心、消防和抗震救灾中心等抗震设防类别确定4、工业建筑中危险品生产厂房抗震设防类别的确定5、仓库类建筑的抗震设防类别三、地基基础1、地基基础设计时，所采用的荷载组合与相应的抗力限值的规定2、老规范GBJ7-89与现行规范GB50007-2002在计算基础底面积时的差异3、岩土工程勘察报告中的预估荷载4、地基处理后的承载力的修正5、地基处理中的换填垫层6、挤土桩在砂性土中的挤密效应及单桩竖向承载力问题7、钻孔灌注桩后压浆技术8、大底盘地下室的地基处理9、桩、土、基础及上部结构（刚度）共同作用问题10、水泥搅拌桩、CM三微高强复合地基等11、复合载体夯扩桩四、住宅工程中的地基基础问题1、住宅工程质量通病控制标准DGJ32/J16-20052、江苏省住宅设计标准DGJ32/J26-20063、住宅建筑规范GB50368-2005一、场地勘察1、结构抗震设计对工程地质勘察的基本要求结构抗震设计所需要的工程地质勘察内容和要求，是在一般的岩土工程勘察要求基础上补充抗震设计所必须包含的内容，即除应满足建筑静力设计的勘察要求外，还应满足以下基本要求：

（1）根据实际情况划分对建筑有利、不利和危险地段；选择有利于抗震的建筑场地，是减轻场地引起的地震灾害的第一道工序，2001抗震规范3.3.1条规定选择建筑场地时，应对建筑场地的有利、不利和危险地段做出综合评价，选择有利地段，避开不利地段；当无法避开不利地段时应采取适当的抗震措施；不应在危险地段建造甲、乙、丙建筑。

勘察内容应根据实际的土层情况确定：

有些地段，既不属于有利也不属于不利地段，而属于一般地段，不需要划分有利或不利；不存在饱和砂土和饱和粉土时，不判别液化，若判别结果为不考虑液化，也不属于不利地段，无法避开的不利地段，要在详细查明地质、地貌、地形条件的基础上，提供滑坡、崩塌、软土震陷等岩土稳定性评价。

场地地段的划分，是在选择建筑场地的勘察阶段进行的，要根据地震活动情况和工程地质资料进行综合评价。

对软弱土、液化土等不利地段，要按抗震规范的相关规定提出相应的措施。

（2）提供建筑场地类别（对于高层建筑，要求进行土层剪切波速测试，提供土层等效剪切波速和覆盖层厚度，据此划分场地类别；对于层数不超过10层且高度不超过30m的丙类建筑，可按规范提供的经验方法估计土层剪切波速）；在抗震设计中，场地指具有相似的反应谱特征的房屋群体所在地。

其范围相当于厂区、居民点和自然村，在平坦地区面积一般不小于1Km2。

场地类别是房屋抗震设计的重要参数，2001抗震规范4.1.6条规定依据覆盖土层厚度和代表土层软硬程度的土层等效剪切波速，将建筑的场地类别划分为四类。

波速大或覆盖层很薄的场地划为I类，波速很低且覆盖层很厚的场地划为类；处于二者之间的相应划分为类和类。

场地类别划分，不要误为“场地土类别”划分，要依据场地覆盖层厚度和场地土层软硬程度不再采用原抗震规范的“场地土类型”这个提法，一律采用“土层的等效剪切波速”值反映。

考虑到场地是一个较大范围的区域，对于多层砌体结构，场地类别与抗震设计无直接关系，可略放宽场地类别划分的要求：

在一个小区，应有满足最少数量且深度达到20m的钻孔；对深基础和桩基，均不考虑其对场地类别的影响，必要时可通过考虑地基基础与上部结构共同工作的分析结果，适当减小计算的地震作用。

计算等效剪切波速时，土层的分界处应有波速测试值，波速测试孔的土层剖面应能代表整个场地；覆盖层厚度和等效剪切波速都不是严格的数值，有15%的误差属正常范围，当上述两个因素距相邻两类场地的分界处属于上述误差范围时，允许勘察报告说明该场地界于两类场地之间，以便设计人员通过插入法确定设计特征周期。

设计地震分组场地类别I上海第一组0.250.350.450.650.90第二组0.300.400.550.75第三组0.350.450.650.90特征周期（S）（3）提供岩土地震稳定性（如地基液化和震陷、发震断裂、滑坡、崩塌等）评价；地震时由于砂性土（包括饱和砂土和饱和粉土）液化而导致震害的事例不少，需要引起重视。

地基和场地是相互联系又有明显差别的两个概念。

“地基”是指直接承受基础和上部结构重力的地表下一定深度范围内的土壤或岩石，只是场地的一个组成部分。

液化判别、液化等级不按抗震设防分类区分，但同样的液化等级，不同设防分类的建筑有不同的抗液化措施。

因此，乙类建筑仍按本地区设防烈度的要求进行液化判别并确定液化等级，再相应采取抗液化措施。

震害资料表明，6度时液化对房屋建筑的震害比较轻微。

因此，6度设防的一般建筑不考虑液化影响，仅对不均匀沉陷敏感的乙类建筑需要考虑液化影响，对甲类建筑则需要专门研究。

（4）对需要采用时程分析法进行补充计算的建筑结构，尚应根据设计要求提供土层剖面、场地覆盖层厚度和有关的动力参数，具体的就是提供满足规范计算要求的人工地震波（设计单位无此要求时可不做）。

2、需要进行时程分析的房屋

（1）甲类建筑

（2）特别不规则的建筑同时具有两项以上平面、竖向不规则以及某项不规则程度超过规定很多的高层建筑（规定值见抗规和高规）。

结构布置明显不规则的复杂结构和混合结构的高层建筑，主要包括：

同时具有两种以上复杂类型（带转换层、带加强层和具有错层、连体、多塔）的高层建筑；转换层位置超过高规的高位转换的高层建筑；各部分层数、结构布置或刚度等有较大不同的错层、连体的高层建筑；单塔或大小不等的多塔位置偏置过多的大底盘（裙房）的高层建筑；7度、8度抗震设防时厚板转换的高层建筑。

单跨的框架结构的高层建筑（3）下列高度范围的高层建筑烈度、场地类别房屋高度范围（m）8度I、类场地和7度1008度、类场地809度603、结构自振周期、设计特征周期、场地卓越周期和脉动周期之间的关系。

自振周期T：

结构按某一振型完成一次自由振动所需的时间，是结构固有的特性。

基本周期T1：

结构按基本振型（第一振型）完成一次自由振动所需的时间。

通常需要考虑两个主轴方向和扭转方向的基本周期。

设计特征周期Tg：

抗震设计用的地震影响系数曲线的下降段起始点所对应的周期值，与地震震级、震中距和场地类别等因素有关。

在抗震设计规范中，设计特征周期Tg与场地类别有关：

场地类别越高（场地越软），Tg越大；地震震级越大、震中距离越远，Tg越大。

Tg越大，地震影响系数的平台越宽，对于高层建筑或大跨度结构，基本周期较大，计算的地震作用越大。

图1.地震影响系数曲线场地卓越周期Ts：

根据场地覆盖层厚度H和土层平均剪切波速Vs，按日本金井清教授所提出的经验公式Ts=4H/Vs计算的周期，表示场地土最主要的振动特性。

由该公式可以看到，场地覆盖层厚度H越厚、土层平均剪切波速Vs越小（场地越软），场地卓越周期越大。

可见，场地卓越周期只反映场地的固有特征，不等同于设计特征周期Tg。

场地脉动周期Tm：

应用微震对场地的脉动、又称为“常时微动”进行观测所得到的振动周期。

测试应在环境十分安静的情况下进行，场地的震动类似人体的脉搏，所以称为“脉动”。

场地脉动周期反映了微震动情况下场地的动力特征，与强地震作用下场地的动力特性既有关联，又不完全相同。

结构的地震反应与其动力特性密切相关，自振周期是主要的动力特性参数，与结构的质量和刚度相关。

当自振周期、特别是基本周期小于或等于设计特征周期Tg时，地震影响系数取值max，按规范计算的结构地震作用最大。

震害经验表明，当结构自振周期与场地卓越周期Ts接近，地震时可能发生共振，导致建筑物的震害较重。

研究表明，在大地震时，由于土壤发生大变形或液化，土的应力应变关系为非线性，导致土层剪切波速Vs发生变化。

因此，在同一地点，地震时场地的卓越周期Ts将因震级大小、震源机制、震中距离的变化而变化。

如果仅从数值上比较，场地脉动周期Tm最短，卓越周期Ts其次，特征周期Tg最长。

2001抗震规范对结构的基本周期T1与场地的卓越周期Ts或脉动周期Tm之间的关系不做具体要求，即不要求结构自振周期避开场地卓越周期或脉动周期。

事实上，多自由度结构体系具有多个自振周期，不可能完全避开场地卓越周期。

4、采用桩基或搅拌桩等措施进行地基处理后对场地的地震地质特性影响按照2001抗震规范2.1.7条对场地的定义，场地是建筑群体所在地，其范围在城镇中通常是指不小于1.0Km2的占地面积。

场地在平面和深度方向的尺度与地震波波长相当，比建筑物地基的尺度要大得多。

场地类别的划分时所考虑的主要是地震地质条件对地震动的效应，关系到设计用的地震影响系数特征周期Tg的取值，也即影响到场地的反应谱特征。

采用桩基或用搅拌桩（水泥固化剂桩，类似CFG）处理地基，只对建筑物下卧土层起作用，对整个场地的地震地质特性影响不大，因此不能改变场地类别。

5、建筑物地下室的防水设计水位高度和抗浮设计水位高度。

提供防水设计水位和抗浮设计水位是一个较为复杂的问题，有时需要进行专门论证。

岩土工程勘察规范GB50021-2001第4.1.10条规定，应通过资料搜集等工作，掌握工程场地所在地的城市或地区的宏观水文地质条件，包括：

历史最高水位，近35年最高水位，水位的变化趋势和影响因素等。

（1）凡地下室内设有重要机电设备或存放贵重物资等，一旦进水将使建筑物正常使用受到重大影响或造成重大损失者，应按该地区7173年最高水位进行防水设计（水位高度包括上层滞水）；

（2）凡地下室为一般人防或车库、仓库等，万一进水不致有重大影响者，其地下水位标高，可取7173年最高水位与最近35年的最高水位之平均值（水位高度包括上层滞水）；（3）高层建筑基础的砼抗渗等级的确定系根据最高地下水位与防水砼厚度的比值确定的。

比值越大，设计抗渗等级越高，工程成本越高；（4）验算地下室外墙承载力时，水位高度可按最近35年的最高水位（水位高度不包括上层滞水）；（5）框架结构（包括高层建筑裙房）采用单独柱基加防水板的做法时，应验算防水板的承载力，设防水位可按最近35年的最高水位设计。

（6）提供抗浮设计水位建议是岩土工程勘察的强制性标准，在地下水位较高的地区，对地下室、水池等进行抗浮验算是结构设计的强制性条文。

设计水位的高低有时对抗浮验算影响很大，但由于全国各地水文地质情况差异很大，目前抗浮设计水位的确定，没有一个统一明确有规定；各省、市包括各个设计院，各个勘察公司，甚至各个专家都有不同的看法。

如北京，抗浮水位由地质部门综合考虑各种不利因素后确定；上海，一般按室外地坪算起；南京，按最高水位。

6、桩基的勘探深度桩基岩土工程勘察的勘探孔的深度与选择的桩端持力层及桩长、桩径有关。

一般性勘探孔的深度应达到桩长（桩端）以下35m，对直径D800的大直径桩，不得小于5m。

控制性勘探孔的深度应穿透桩端平面以下压缩层厚度，也就是应满足下卧层验算要求，对需验算沉降的桩基，应超过地基变形计算深度。

二、建筑抗震设防分类建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。

甲类应属于重大建筑工程和地震时可能发生生严重次生灾害的建筑。

乙类应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑。

丙类应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑。

丁类抗震次要建筑。

1、面积较大的商业建筑和商住楼，抗震设防类别的确定建筑抗震设防分类标准GB50223-2004第6.0.5条规定，“商业建筑中，大型的人流密集的多层商场，抗震设防类别应划为乙类”。

该条规定参照了商店建筑设计规范（JGJ48-88）关于商店规模的分级。

考虑近年来商场发展情况，当一个区段的建筑面积25000平方米或营业面积10000平方米以上的商业建筑，人流可达7500人以上（按每位顾客占用营业面积1.35平方米计算），应划为乙