工程实践中的工程实践中的岩土工程安全度问题岩土工程安全度问题

（岩土工程师继续教育讲座）（岩土工程师继续教育讲座）(( 上上 ))

同济大学 高大钊同济大学 高大钊

• 学习了工程安全度的理论和技术标准中有关安全度的各种规定之后，下面将进一步讨论工程实践中的岩土工程安全度问题。

• 讨论工程安全度的控制与风险、影响岩土工程安全度的因素，包括体制的因素和技术的因素。

• 岩土工程是全过程的技术服务，包括勘察设计阶段的安全度控制、施工与运营阶段安全度的实现及可能存在的风险分析。

讲座内容讲座内容• 一 . 岩土工程安全度与主体工程结构安

全度• 二 . 在岩土工程勘察、设计工作中，对

安全度的控制• 三 . 在工程施工和运行过程中，安全度

的实现• 四 . 岩土工程的风险评估与控制

一 . 岩土工程安全度与主体工程结构安全度

• 1. 岩土工程是主体工程的一部分，岩土工程的安全度需与主体工程安全度协调、安全等级的协调、安全储备的协调、设计原则的协调。

• 2. 上部结构的恒载和可变荷载最终由基础传给地基，地基基础设计必须与上部结构设计相协调。

• 3. 岩土与主体结构的协同作用，设计时如何考虑岩土作用于结构的荷载和土的变形对结构物的作用。

岩土工程安全度与主体工程安全度的协调一致性

• 定义极限状态－承载力极限状态与正常使用极限状态，地基与建筑物作为整体考虑极限状态

• R －抗力函数； S －作用函数• 极限状态方程 R＝ S• 安全度控制方法• 两者之比称为安全系数 K＝ R/S• 两者之差称为安全储备 Z＝ R－ S

• 设计原则• 定值法－单一安全系数法、容许应力法、

多系数法• 概率法－分项系数法、全概率法• 现行规范的主体工程结构设计原则主要采

用分项系数法• 现行规范的岩土工程设计原则是多种设计

原则并用• 因此，岩土工程设计时必须特别注意设计

原则的一致性。

岩土工程与上部结构设计的关系岩土工程与上部结构设计的关系

• 地基基础与上部结构无论在使用功能、荷载传递或者建筑施工方面都是不可分割的整体。

• 设计时从上部结构到地基基础，逐步传递荷载，始终保持各部分构件的静力平衡和满足强度变形的要求。

• 从技术上和体制上讨论岩土工程与上部结构设计的关系。

•

技术上如何协调不同的设计原则？技术上如何协调不同的设计原则？

• 由于技术发展的侧重面不同，上部结构和地基基础的设计方法处于不同的发展阶段。上部结构比较早地开始实行了向概率极限状态设计的过渡，而地基基础则仍处于总安全系数设计阶段，甚至有些部分尚停留在容许应力设计阶段。国际上是如此，我国亦是如此。

• 实际设计工作需要上部结构和地基基础实行统一的设计方法，统一的荷载规定，统一的安全度衡量标准。

• 目前由于上部结构与地基基础设计原则的不统一，各种规范执行不同的荷载规定，设计值与标准值混用；不同规范按不同的安全度标准建立评价体系，给设计人员带来太多的麻烦，造成很多误解。其结果是要么可能造成浪费，要么可能造成潜在的危险。

• 上部结构设计验算承载力时，荷载统一地采用设计值，抗力采用材料的强度设计值，没有任何的悬念。

• 地基基础设计中，验算地基承载力问题时，由于地基承载力采用的是容许值，要求荷载取值，即基底压力必须采用标准值。但验算基础结构的承载力时，由于材料强度用的是设计值，荷载取值必须也采用设计值与之匹配。

• 单桩承载力验算时，对于验算由地基土对桩的支承所构成的承载力，与之相应的轴力是标准值，但由桩身强度构成的承载力验算时必须用轴力的设计值。因此用下面的公式计算时标准值与设计值的不同取值和不同的适用条件。

n

GFN kk

k

22j

iyk

j

ikxkkki

x

xM

y

yM

n

GFN

• 有人问，根据对单桩极限承载力的估计，计算桩的静载荷试验的最大试验荷载时，如何验算试验荷载是否会破坏桩身？

• 单桩极限承载力 5000kN ，用最大试验荷载 5000kN 验算桩身强度，桩身材料强度用设计值还是标准值？

• ？？？pscc AfN

• 在基坑工程设计时，问题与地基基础设计正好相反，由土的强度指标计算得到的土压力是标准值，围护结构的内力也是标准值，但围护结构的材料强度却是设计值。

• 在地基基础设计时，设计表达式两端不匹配会造成浪费；而基坑工程设计时，设计表达式两端不匹配则会造成安全度下降。

荷载与抗力没有匹配的案例荷载与抗力没有匹配的案例

基本数据基本数据• 基底面积 4471 平方米• 高层建筑地上 29层，地下 3层• 基坑面积 2600 平方米• 基坑周边长 260m

• 开挖深度 12.35m

• 地下连续墙厚 600mm ，深 24m

• 四道支撑，第一道钢筋混凝土支撑，其余三道 609mm12mm 的钢支撑

基坑围护结构剖面基坑围护结构剖面

• 支撑的位置• 插入深度• 地面施工荷载• 坑底注浆加固

垮塌的一角垮塌的一角

围护结构失效的后果围护结构失效的后果

• 约 40m长的围护结构后倾，墙底向内翻，基坑底土体隆起

• 支撑结构体系失稳破坏• 邻近道路塌陷，塌陷面积约 500 平方米，最深处 6～ 7m ，滑动体后座切口竖直平整

• 煤气管破裂，煤气大量外溢• 切断两根光缆干线• 破坏电力电缆、电车电缆、自来水管与下水管道• 大面积停气、停水、停电，交通中断

连续墙后倾，支撑挠曲连续墙后倾，支撑挠曲

相邻路面下沉相邻路面下沉

回填黄砂抢险回填黄砂抢险

事故有预兆事故有预兆

• 监测数据显示，事故发生前二周，邻近道路沉降速率最大已达 15cm/d

• 事故前一天的半夜，发现基坑底部出现土的局部上涌，钢支撑发出吱吱声音

• 上午 7 时，事故突然发生

对事故原因的分析对事故原因的分析• 支撑与连续墙之间直接连接，没有设置围檩

，由于支撑与围护结构不正交，无足够承受剪力的构造节点

• 支撑连系杆节点设置不当，连系杆形同虚设• 插入深度不足和围护结构强度不足• 施工超挖，未做注浆加固• 监测未及时报警• 管理混乱，对事故预兆不重视，没有及时处

理

• 事故发生后，对设计计算书进行复核的结果表明，设计安全度不足。

• 用土压力计算得到的围护结构内力－弯矩、剪力是什么性质的作用取决于计算土压力所用抗剪强度指标的性质。

• 如果采用抗剪强度指标标准值计算的土压力，其设计属性是标准值。

• 该工程计算土压力所依据的现行规范所给出的抗剪强度指标是标准值。

• 因此，设计表达式中的作用是标准值，但根据钢筋混凝土规范，设计表达式中的抗力项是用混凝土的抗拉强度设计值和钢筋的抗拉强度设计值。

• 这样的设计表达式存在什么问题？• 作用是标准值，抗力是设计值，是荷载未乘大于 1 的分项系数。

• 围护结构设计安全度不足的原因是设计表达式两边的作用与抗力不匹配；

• 地基基础设计时，确定浅基础的平面尺寸、桩数等地基设计项目采用定值法，包括容许应力法和总安全系数法。例如地基承载力特征值（容许值）、单桩极限承载力处于安全系数得单桩承载力特征值（容许值）。

• 抗力的性质是容许值，标称标准值或特征值；因此，荷载应采用标准值。

• 如果荷载误用设计值，设计的安全度过高。

• 确定浅基础的高度、基础配筋、筏基结构设计、桩身强度验算、承台结构设计等项目采用分项系数描述的设计表达式。

• 因此，抗力采用设计值；荷载也采用设计值。

• 如果荷载误用标准值，设计的安全度将会过低，偏于危险。

• 由于我国现行的体制是勘察与设计分离的体制，地基基础的设计工作和地质资料的调查工作是分别在两个不同的专业、不同的单位来完成的，并以勘察报告作为勘察与设计工作交接的法律文件。

• 这种体制造成勘察人员不了解设计的要求，勘察工作带有某种程度的盲目性；设计人员对勘察报告结论的过分依赖，地基基础设计的过分简单化，都对工程安全度控制产生非常不利的影响。

上部结构荷载最终由基础传给地基，地基基础设计必须与上部结构设计相协调

• 地基基础设计，包括地基持力层承载力计算、软弱下卧层验算、沉降计算、基础结构验算所用的荷载，必须是上部结构设计的结果，包括柱或墙根部的竖向力、水平力和弯矩。

• 按每层的荷载估计值计算的结果，只能供编制勘察方案之用，不能用以做地基基础设计。

岩土作用于结构的荷载与岩土的变形对结构物是一种作用

• 有些结构物（如地下室、隧道、支挡结构、堤坝结构）设计时，岩土（包括岩土层中的水）作用于结构物的荷载成为控制设计安全度的主要荷载，包括土压力、水压力、浮力、扬压力。

• 注意这些根据土力学原理计算得到的荷载，按其性质是标准值，不能直接与结构抗力（其性质是设计值）进行比较。

• 岩土的变形是建筑物的正常使用极限状态验算的“作用”，也是造成建筑物承载力极限状态的“作用”之一。

• 建筑物承受变形的能力，即允许变形值，是极限状态验算时建筑物的“抗力”。

• 规范中的允许变形值，有些是正常使用极限状态验算的抗力，有些则是承载力极限状态的抗力。

• 建筑物变形控制与承载力控制的主要差别是什么？

• 变形控制的作用是地基施加于建筑物的变形；

• 而建筑物对变形的抵抗能力与结构体系的类型、结构的刚度、建筑物的体型、平面与立面的布置形式等建筑、结构因素密切相关，确定允许变形值是最困难的，现行规范总结的大多是四十年前的经验数据。

关于变形控制的典型案例关于变形控制的典型案例

• 上海展览馆留下的话题

• 发生在上一世纪五十年代的故事• 沉降了 1600mm 的大厦 是怎么了？？

上海展览馆

上海展览馆

•总高九十六米

•

一九五四年五月开工

•

当年年底平均沉降六十厘米

•

一九五七年六月实测

•

最大沉降一百四十六厘米

•

最小沉降一百二十二厘米

沉降沉降 ~~ 时间曲时间曲

箱形基础的基本数据箱形基础的基本数据• 箱形基础高度： • 7m• 基础平面尺寸：• 46.5m46.5mm• 埋置深度：• 0.5m• 基础底面总压力：• 130kPa

持力层的载荷试验曲线持力层的载荷试验曲线

从载荷试验曲线上取用的地基容许承载力为：150kPa

19531953 年年 1010mm 浅孔剖面浅孔剖面• 第一层填土， 0.24~0.5m

• 第二层黄褐色粉质粘土，坚硬至可塑， 0.96~1.16m

• 第三层棕黄色粘土，可塑， 1.60~2.60m

• 第四层灰色粉质粘土，可塑， 2.2~6.3m

• 第五层灰色粘土，可塑，未钻穿

展览馆邻近的地质剖面展览馆邻近的地质剖面

事 后 诸 葛 亮事 后 诸 葛 亮

• 如果当时计算了沉降就不敢这么做了

• 只由持力层承载力控制，下卧层的地基承载力没有满足要求

• 过大沉降是由超大面积的基底荷载引起的

• 沉降验算的重要性• 只满足持力层承载力还不够，需要考虑下卧层的承载力

• 超大面积荷载必然引起超量的沉降

展览馆沉降的发展展览馆沉降的发展• 施工期间沉降速率：• 5.4mm/d~3.4mm/d• 施工完成后一年：• 0.7mm/d• 施工完成后二年：• 0.3mm/d• 施工完成后三年：• 0.1mm/d

• 46年后，• 2000年 8月，• 对展览中心进行抗震鉴定时，

• 实测建筑物的倾斜 为 3.7‰ 。• 由于水准点已不复存

在，无法知道最终沉了多少，遗憾！

为什么沉降那么大？为什么沉降那么大？

• 基础底面压力大，土中应力水平高

• 基础面积大，压缩土层相对较薄，应力沿深度衰减比较慢

• 软弱下卧层应力水平过高，可能发生局部的水平挤出

• 基础底面附加压力 124kPa

• 至主要压缩层底处，附加应力还有 70kPa

• 在软弱下卧层顶面处，附加应力仍有 120kPa ，远大于该层的承载力

沉降的估算沉降的估算

• 根据上海的经验，当基础底面附加压力大于 100kPa 时，沉降经验修正系数取 1.3 ，则得最终计算沉降量为 1892mm

mm145530

22

70124

s

几栋大楼的比较几栋大楼的比较

0

20

40

60

80

100

120

140

160

展览馆 胸科大楼 华盛大楼 四平大楼

基础宽度附加压力实测沉降反算模量

几栋大楼数据的比较几栋大楼数据的比较

工程名称 平面尺寸 埋置深度

附加压力

实测最终沉降

反算模量

展览中心 46.546.5 0.50 124 1800 2.24

胸科医院 45.9 18.4

5.50 57 350 2.01

华盛大楼 57.6 14.3

5.65 59 240 2.16

四平大楼 50.0 9.80

5.20 94 140 5.06

康乐大楼 65.0 14.1

5.50 85 160 5.44

关于沉降计算的一些问题关于沉降计算的一些问题• 勘察报告中如何提供沉降计算所需要的压缩性指标？

• 需要不需要对压缩层中每个土层提出综合的压缩曲线？

• 怎样计算差异沉降？• 角点的附加应力如何计算？• 勘察报告中需要提出沉降计算结果吗？

二 . 在岩土工程勘察、设计工作中，对安全度的控制与风险

• 勘察设计阶段是控制工程安全度的主要阶段，如果在设计阶段的安全度控制就有缺陷，设计安全度不足，或者对岩土体的工程性状的认识有偏差，设计参数的取值存在问题，或者设计计算模式没有反映工程的主要机理，安全系数的取值过低，或者甚至发生漏项和缺项。

• 勘察和设计从设计参数的取值和设计计算两个方面来控制岩土工程的安全度，核心问题是安全系数。

• 1. 安全系数的取值与破坏计算模式有关，不同的工程问题、不同的计算模式，安全系数的取值是不同的。例如，地基承载力的安全系数为 2～ 3 ，而挡土墙的抗滑稳定安全系数仅为 1.3 。并不表示地基承载力问题的安全度高于挡土墙的抗滑稳定性。因此不同破坏计算模式的安全系数之间，不能相互比较安全系数的大小。

• 我国对安全系数的取值考虑工程具体情况太少，因地制宜不够。

• 2. 安全系数的取值与抗力的确定方法有关。对相同的破坏计算模式，确定抗力的方法不同，抗力的可靠性不同，应该取用不同的安全系数。

• 例如，欧洲规范对单桩承载力的安全系数，用载荷试验确定的单桩承载力，由于数据比较可靠，可以采用比较小的安全系数。我国的港口工程桩基规范，也有相似的规定。

• 3. 安全系数的取值与岩土参数的试验方法有关，当采用不同的抗剪强度指标计算时，安全系数的取值是不同的。

• 例如，如果采用预固结以后的试样做不固结不排水试验，得到的不排水强度 cu会有很大的提高，如果利用这样的试验结果计算地基的稳定性，就不能采用与传统的试验结果计算时相同的安全系数。

软土抗剪强度对比试验

试验 指标

CU

UU

K0UU

内摩擦角 ( ) 14 0 1.5

内聚力 c (kPa) 30 22 53

• 4. 安全度控制风险的影响因素。• 客观的因素，取土试验过程中对试样的扰动、试验方法的不标准、试验结果的缺乏代表性、试验结果分析计算方法的不标准等因素都会影响对设计安全度的控制。

• 主观因素，工程师对试验结果的评价与分析，对代表性指标的取用、对计算模式的选用等都会使得工程师对安全度的控制偏离预期的期望值。

• 岩土工程安全度控制的关键是在勘察设计阶段。岩土工程设计时，计算岩土抗力的强度参数，并不是像上部结构材料那样，可以从技术标准中查到；由岩土所构成的荷载，也不可能从荷载规范得到。这些都需要通过岩土工程勘察，由试验、测定和经验判断取得。因此设计参数的取值是否符合设计的具体工程条件，是否反映了地质条件的特点，都直接影响安全度的控制。但体制现状却非常不利于安全度的控制。

设计参数对工程风险的影响设计参数对工程风险的影响• 岩土工程参数分析与选定是岩土工程勘察

内业工作的重要组成部分，是对原位测试和室内试验的数据进行处理、加工，从中提出代表性的设计、施工参数，作为岩土工程勘察分析评价的重要依据。

• 岩土工程参数分析的内容包括对原始数据的误差分析和有效数字的取舍，数据统计特征的分析，平均值和标准值的计算，参数间经验公式的建立及其图表表示方法。

• 由于岩土体是自然形成的，其成分、结构和构造都是非均质的和不确定的，勘察时的钻孔或原位测试所取得的土样或数据都有相当大的偶然性，采样必然带有随机性。因此，岩土工程参数的分析方法必须建立在随机数学的基础上，采用统计的方法获得具有代表性的参数，对于岩土工程参数也只能从统计的概念上去理解，才能正确地使用。

• 对同一个岩土体，用同一种方法测定的岩土参数，每次的测定值并不完全相同，有时的分布范围还相当广，如何从中得到代表性的参数，需要研究这些数据的分布规律。将测定值按数值大小从小到大依次顺序排列，就得到变量的数列，称为值序统计量，形成一个经验的分布，这是定量研究的基础。需要岩土工程师具有分析不确定性的视野和能力，具有风险分析的能力。

• 岩土参数的标准值是岩土工程设计的基本代表值，是岩土参数的可靠性估值。

• 国家标准《岩土工程勘察规范》给出了岩土参数标准值 的计算公式。

这是采用统计学区间估计理论基础上得到的关于参数总体平均值置信区间的单侧置信界限值。

2

678.4704.11

nns

msk

关于统计样本容量的讨论关于统计样本容量的讨论• 岩土参数的统计分析时，样本容量的大小

对计算的结果有一定的影响，而样本容量的大小又与取土的数量有关，涉及勘察工作量的布置。

• 为了防止取土过少的极端情况的出现，在技术标准中规定最少取土数量是需要的。

• 从统计的角度看，样本容量越大，数据的代表性越好，计算结果的可靠性高，代表性指标的取值就比较经济。但考虑到勘察的外业工作量和试验工作量过大，勘察费用就比较高，限制了取土的数量，样本容量一般并不太大，通常都作为小样本来处理。当然，当样本容量过小时，虽然在统计上有办法处理，但代表性太差，并使参数的取值太低，也不合理。

• 样本容量的大小反映了人们对客观事物了解的详细程度。对于变异系数较小的指标，可以容许用较小的样本容量；如果指标的变异系数比较大，则应取更多的样本容量以便能更详尽地了解指标的离散情况。当然，样本容量越大，所需的勘探试验费用也越大，但在统计修正系数的取值上可以使设计参数取得更合理，以便可以有把握地降低工程造价。因此在确定取土试验数量时要综合考虑技术和经济两个方面。

根据统计学的原理，确定样本容量的公式为：

式中 －标准差； －第一类错误的界限值； －第二类错误的界限值； －参数的容许误差。

2

/

uu

n

u

u

• 所谓第一类错误是指应该接受的假设被错误地拒绝了，所谓第二类错误是指应该拒绝的假设却被错误地接受了。通常取第一类错误的概率为＝ 0.05, 第二类错误的概率取为＝ 0.20。在这样的条件下得到样本容量和 / 的关系见表。从表可以看出，当样本容量为 6时，容许误差和标准差一样大，当样本容量减少到 5时，相对误差增大了 10%。

样本容量和容许误差的关系 / 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 n 24 17 13 10 8 6 5 4 4 3 2

• 岩土参数的取值必须与设计计算的方法和计算条件相匹配，这是参数取值的一个基本准则。但在目前有些技术标准和技术工作中却并没有很好地遵循这一原则。这部分由于体制性的原因，也有技术性的原因。

• 在太沙基的岩土工程咨询体制中，是在上部结构设计到一定的深度，已经明确了传至结构底部的荷载和结构尺寸的条件下，由岩土工程师提出取土、勘探和试验的要求，根据外业的资料，由岩土工程师进行综合分析，并进行地基基础的设计。

• 岩土工程师事务所和建筑事务所、结构事务所、设备事务所一起共同完成工程设计的任务。这种体制不存在我们目前许多面临的许多结构性弊端。

• 地基基础设计的重要设计参数－地基承载力的确定，对工程的安全与经济，影响非常大，但目前对地基承载力的认识，确定地基承载力的方法却存在许多有待改进之处。地基承载力的确定和应用，对建筑物地基基础安全度的控制是重要的环节。

• 在认识上将地基承载力仅仅看作是反映地基土性质的一种指标，在确定方法上看成是地基基础设计前已经可以确定的一种参数，要求在勘察报告中提出。

• 例如，在目前的岩土工程勘察报告中，地基承载力是一个十分重要的设计参数。地基承载力反映了土层抗剪强度的高低和地质条件的影响，但地基承载力并不是唯一取决于土的工程性质的一个指标。地基承载力同时又与基础的埋置深度及基础的尺寸密切相关，它是在地基基础设计过程中，反复迭代的结果，是在地基基础设计过程中才能最后确定的设计参数。

• 但按照目前我国的现行体制，地基承载力是在勘察阶段确定，并在勘察报告中提出来的结论性意见，设计人员只能根据勘察报告的结论进行设计，没有变更地基承载力数值的权力。这就将本来是一个控制安全度的统一设计决策过程割裂开来，成为一个提数据，一个用数据的问题，成为双方规避责任的焦点。勘察人员由于不清楚设计条件而带有盲目性，设计人员由于不清楚地质条件而无法发挥能动性。

• 在现行体制下，如何加强岩土工程安全度的控制？

• 勘察、设计人员的协调与互动，是克服安全度控制中所存在问题的一条比较好的途径，希望能够引起我国岩土工程界的重视，采取一些措施，克服勘察与设计的分离、设计人员要重视和积极配合岩土工程勘察工作，向前延伸；勘察人员要向后延伸，将工作贯穿于整个的地基基础设计工作中，将体制的弊端最小化。

应提供什么样的单桩承载力？应提供什么样的单桩承载力？• 对于采用桩基的工程，单桩承载力也是勘

察阶段应该提供的主要设计参数。• 由于有些审图人员不了解设计的过程和要

求，以致对勘察报告中提供的是什么样的单桩承载力也产生了歧义。

• 有的审图人员要求在勘察报告提供单桩承载力时，对 液化土层的桩侧摩阻力必须乘以折减系数；还必须扣除负摩阻力。

• 究竟需要不需要对勘察报告中提供的单桩承载力进行液化折减和扣除负摩阻力？

• 这个问题比较典型地反映了由于勘察与设计的脱节，在勘察阶段提供设计参数的盲目性已经到了非常严重的程度。

• 设计要求在勘察报告中提供的单桩承载力，首先是为静态设计用的，要求所提供的单桩承载力能反映工程场地的地层特点，按照各土层的基本性质提供经验值，或者根据地区积累的试桩资料得到的经验值。

• 既然首先是为静态设计用的，提供勘察报告时当然不应该考虑液化折减的问题。

• 即使是地震区，也有相当一部分采用桩基的建筑物符合不需要进行抗震验算的条件，亦即静态设计起控制作用。

• 对于需要作抗震验算的桩基工程，在抗震验算时也需要区别两种不同的设计工况，

• 抗震规范规定按两种情况进行桩的抗震验算，并按不利情况设计。第一种情况是桩承受全部地震作用，单桩抗震承载力比非抗震设计时的单桩承载力提高 25％，液化土桩周摩阻力乘折减系数；第二种设计情况是地震作用按水平地震影响系数最大值的 10％采用，单桩抗震承载力比非抗震设计时的单桩承载力提高 25％，但应扣除液化土层的的全部摩阻力。

• 从抗震规范的规定可以看出，设计时需要的是“不打折减的单桩承载力”，而且设计时还首先提高了 25％，然后才对液化土层的摩阻力考虑进行折减或全部扣除。如果勘察报告提供的单桩承载力已经经过了折减，或者已经扣除了负摩阻力，那设计人员所依据的单桩承载力就已经不是抗震规范所要求的单桩承载力了，这还行吗？

• 工程勘察时所预估的土层对桩所能提供的桩侧摩阻力和桩端阻力，是根据桩周土的工程性质来估计的，这种单桩承载力是地基基础设计的基本资料。

• 如果勘察报告中所提供的单桩承载力中已经采用了折减系数或扣除了负摩阻力，那参数的内涵与设计的状况已经不相匹配，这种参数怎么能用于静力设计和抗震验算呢？所以，这是涉及勘察工作提供的设计参数是否符合安全度控制要求的问题。

设计荷载对安全度控制的影响设计荷载对安全度控制的影响• 岩土本身所产生的荷载，不论是作用于结

构物或作用于岩土体上，其计算模式的正确与否，对安全度的控制是至关重要的。岩土本身所产生的荷载，一般也是采用岩土参数，选用一定的计算模式进行计算的结果，例如土压力、水压力、作用于土体或建筑物的浮力、作用于基础底板的反力、作用于土体的渗透力等。

• 影响荷载计算结果正确性的因素• 计算模式，计算假定是否反映了实际工程的

主要控制因素？例如是空间问题还是平面问题、是弹性半无限体还是 Winkler 体系？

• 计算工况，计算工况是否符合工程实际条件与自然条件？例如结构的支承、约束条件，水的作用条件。

• 计算参数，计算参数反映在工程具体条件下的岩土基本属性与工况的影响？例如抗剪强度指标的选用、土的重度的选用等。

设计荷载取用错误的案例设计荷载取用错误的案例

群锚破坏群锚破坏• 建筑物地面 28层，地下四层，采用锚杆的深基坑，开挖深度 20.5m ，地下水位 36m。

• 钻孔灌注桩直径 800mm ，间距 1000mm，长度 25m ，入土 5m 。

• 设 3道锚杆，倾角 25 ，锚杆间距 2m 。

• 发生群锚破坏• 第一道锚杆被拔出，桩折断 48根，桩折成三段，断在第二、第三道锚杆处。

• 第二、第三道锚杆锚头拉脱，腰梁扭断。• 坑边堆放的 300t钢材连同桩和土体一起滑

向坑底。

事故原因事故原因

• 荷载计算错误• 锚杆的拔力由土压力计算求得• 计算土压力的基本假定是平面应变问题• 计算任意断面 1延米长度的土压力• 然后，按照结构物的长度确定土压力合力

• 根据这个工程的具体条件，锚杆在基坑长度方向的间距是 2m 。

• 按土压力计算的结果应乘以 2 ，再除以 3，得到每根锚杆需要承受的拔力。

• 但设计者没有乘以 2 ，直接除以 3 作为每根锚杆应承受的拔力。

• 拔力少算了一半，将工程变为一个群锚的极限试验。

方案选择不当的案例方案选择不当的案例

• 方案对安全度的控制是全局性和关键性的环节。

• 在软土地区采取放坡深开挖方案的案例• 夯扩桩的使用不当的案例

引水箱涵深开挖失稳引水箱涵深开挖失稳

• 由 4孔箱涵组成，单孔尺寸为3.25m3.60m ，因穿越河流而深埋，深埋段总长 75m

• 地面标高＋ 4.2~4.7m ，设计基坑底面标高－ 5.33m ，开挖深度近 10m

• 10m深的放坡开挖的基坑的失稳事故

• 按三级放坡，从上至下依次为 1:1.5 、1:2 和 1:3 ，变坡处留 1.0m宽的马道

• 二级轻型井点降水• 采用水冲法施工，泥浆沉淀池设置在基坑顶部南北两侧，距基坑外缘 12m～ 15m

• 滑坡发生在挖到基坑底面，浇筑垫层后，正在绑扎箱涵的钢筋时

• 没有进行任何的位移观测，因此没有发现滑坡的预兆，突发性的事故

• 塌入基坑中的土方 5000 立方米，泥面涌高6m

• 第一级井点向基坑中移动 13m

土层的工程性土层的工程性土层名称 层底标高 厚度 内摩擦角

(°)

粘聚力kPa

黄褐色粘性土

+1.50m 2.7m 11.3 27.6

灰色淤泥质粉质粘

土

－ 3.60m 5.1m 14.0 10.4

灰色淤泥质粘土

－ 8.90m 5.3m 9.7 11.7

• 1. 在软土地区， 10m 的深基坑采用放坡开挖方案，整体稳定性安全度控制相当困难

• 2. 采用高压水冲法施工，在坡顶设置沉淀池，加大了地面荷载；高压水对坑底土的扰动影响难以估计

• 3. 采用 1:3 的缓坡，误以为坡率平缓就不会发生滑坡破坏

• 其实在坡面非常平缓的条件下，滑动的形式是深层滑动，以中点圆的形式破坏。

• 4. 对挖方边坡的失稳规律没有充分的认识• 卸载引起负的孔隙水压力，产生强度较高

的假象，随着负压的消散，土的抗剪强度降低，滑坡并不发生的开挖的同时，而滞后一定的时间

• 5. 没有进行必要的边桩位移监测

加载与卸载的比较加载与卸载的比较

tanuc

夯扩桩方案使用不当夯扩桩方案使用不当

• 在 20世纪 90年代初，岩土工程界开始推广夯扩桩，由于造价低廉而受到青睐，发展到后来，不管地质条件是否适用，盲目地大量采用。

• 90年代中，便发生了一幢 18层楼的高层建筑，因采用夯扩桩，桩基发生整体失稳而被爆破拆除的事故。

• 某栋新建的 18层住宅楼，在结构封顶以后由于建筑物桩基整体失稳，导致该楼发生严重倾斜，其顶端倾斜的水平位移达 2884mm 。为根除工程质量隐患，在采取工程补救措施无效后，对该楼实施整体定向爆破拆除。

• 成为桩基严重事故的第一例。

• 建筑物体型为十字形的点式楼，基础底面积约 800m2 ，地上 18层，地下 1层，总高度 56.6m ，钢筋混凝土剪力墙结构，基础采用夯扩桩基础，设计桩径 480mm ，施工桩长 16～ 20m ，桩端持力层粉细砂，桩端进入持力层约 0.8m。

• 工程于 1995年 1月进行桩基施工，共完成 336根夯扩桩。 1995年 4月初开始开挖基坑土方， 9月中旬完成主体工程结构封顶， 11月底完成室外装修和部分室内装修。

• 地貌属长江一级阶地，地势平坦，表层填土，其下为 9.4~14.4m 的厚层淤泥及2.2～ 2.4m 的淤泥质粘土，有机质含量达 30％，再下为 稍密～中密的粉细砂。

• 在这样的地质条件下，能否采用夯扩桩呢？当年，正是夯扩桩风行的年代，这个案例给了最好的说明。

• 事故概况：• 1995年 12月 3日，突然发现建筑物向东北方向明显倾斜。建筑物顶端的水平位移 470mm ，在东北方向的沉降量 55mm ，而西南方向仅沉 5mm。

• 采取抢救措施，在沉降量小的一侧加载 500吨，在沉降量大的一侧挖土卸载，还进行了粉喷桩和注浆加固，并打了 7根锚杆静压桩。

• 建筑物在 12月 21日突然转向西北方向倾斜，至 12月 25日，建筑物顶端的水平位移已达 2884mm ，整栋建筑物的重心偏移了 1442mm。

• 决定于 12月 26日爆破拆除。

• 事故原因分析：• 1. 桩型用错了，在厚层淤泥中不能采用夯扩桩，把土层的结构都破坏了，将工程桩挤歪了。

• 2. 基坑开挖时未分层挖土，桩发生偏移。• 3. 172根桩的偏位超过允许偏差，最大偏位达 1700mm。

• 4. 底板的标高抬高 2m ，在倾斜的桩上接长，形成偏心的桩轴力。

• 5. 形成了不稳定的机动体系。

• 前面主要讨论了岩土工程安全度控制的两个主要问题，第一个是岩土工程与上部结构的关系，要放在整个工程体系中来考虑和分析岩土工程的安全度控制问题；第二个是在岩土工程勘察和设计阶段的安全度控制，从安全度控制来说，不能再分勘察与设计两个阶段了，必须统一考虑和分析。下午将讨论施工和运营阶段安全度的实现与保证，以及有关风险控制和体制改革的发展前景。

上午结束上午结束