浅谈结构工程师对岩土勘察报告的研读与使用.pdf

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1BuildingStructure设计交流Welearnwego浅谈结构工程师对岩土勘察报告的研读与使用浅谈结构工程师对岩土勘察报告的研读与使用*古今强/广州市嘉诚建设顾问有限公司，侯家健/广东省建筑设计研究院华南理工大学建筑学院摘要归纳总结了岩土勘察报告的四类常见问题，系统地介绍了结构工程师阅读岩土勘察报告、并对其进行检查判断的步骤和方法，指出了抗震设计和地基基础设计中使用岩土勘察报告时值得注意的一些问题，列举了相关的工程案例，对结构工程师阅读、使用岩土勘察报告具有一定的参考价值。

关键词结构设计岩土勘察报告地基基础抗震设计根据大量的资料统计分析，在建筑工程质量事故中地基基础事故所占的比重相当大，据有关单位对43起房屋发生不均匀沉降原因的分析得知，属于勘察设计不周者占21%1、2。

所以，如何在结构设计中研读和使用岩土勘察报告，避免因不当使用岩土勘察成果而造成设计产品遗留质量安全隐患或出现保守浪费，是确保结构设计安全和质量的关键。

针对某些结构工程师不仔细研读岩土勘察报告、盲目按其进行设计的现象，提出一些相应的意见和建议。

1岩土勘察报告的常见问题文献3、4总结了岩土勘察报告中一些常见问题：

（1）勘察实物工作量不足，未充分准确地反映场地复杂多变的地质情况。

如钻孔稀疏，间距过大，超出勘查规范5、6规定；钻孔深度和主要土层的原状土试样或原位测试的数量等不满足要求。

极个别甚至存在弄虚作假现象。

从审查意见回复了解到，钻孔数量少、间距大、位置不合理的岩土勘察报告，其原因一部分是由结构工程师负责布孔的。

正确的做法应该是由结构工程师编制勘察任务书，就勘察的深度、广度和勘察方法、手段提出原则性要求，勘察单位的注册岩土工程师结合场地地质条件和复杂程度制定勘察方案。

勘查单位可对结构工程师布孔不合理处提出修正意见，双方协商后再具体布孔。

（2）岩土工程分析评价有误。

如饱和砂土的液化判别标准贯入锤击数临界值Ncr计算有误；或场地存在较厚软土，其上为新近填土而形成大面积堆载，桩侧可能产生负摩阻力，但岩土勘察报告没有提醒设计单位注意，也未提供负摩阻力参数建议值。

（3）岩土参数分析选定有误，甚至出现严重错误。

例1：

某厂房工程的岩土勘察报告编制于新旧规范过渡期间，编制人误将极限桩侧阻力、端阻力（qsk和qpk）经验值作为桩侧阻力、端阻力特征值（qsa和qpa）建议值，建议值比实际大了一倍；结构设计人员不加分析照用不误。

幸好在施工图审查阶段被及时发现才避免了一起重大质量事故。

例2：

湖南某学院教学楼工程，岩土勘察报告建议采用人工挖孔桩，持力层为中风化泥质粉砂岩，埋深2.99.3m，单轴饱和抗压强度标准值8.6MPa，桩端阻力特征值建议qpa=2000kPa，地基承载力特征值建议fak=1200kPa（考虑该岩易龟裂、崩解，当作浅埋基础时fak=600kPa）。

参照全国民用建筑工程设计技术措施（结构），人工挖孔桩桩长L6m或长细比L/D3的应按墩基础考虑，此工程存在人工挖孔桩及天然地基墩基础。

由于中风化岩地基承载力不作深度修正7、8，承载力建议值在墩和桩分界点上不连续：

对相同直径的桩，长度从6m减少到5.9m，承载力减少了40%。

这显然不符合客观实际，建议的持力层地基承载力特征值偏低，造成保守浪费。

（4）地基基础建议方案有误。

如迁就建设单位要求而不顾实际情况，只建议一种基础形式，其他基础形式一律不提，似乎只有这种基础形式最合理；又如偏于保守浪费，对埋深很浅、很厚的硬塑粘土层仍建议采用桩基础。

目前在大部分地区，岩土勘察报告是与施工图一起报送审查机构进行平行审查，结构工程师通常是依据未经审查合格的岩土勘察报告进行设计，这与“先勘察、后设计、再施工”的指导思想相矛盾。

各地建设行政主管部门应尽快建立和健全岩土勘察报告审查制度：

未经审查合格的岩土勘察报告不得作为初步设计和施工图设计的依据；岩土勘察报告未经审查合格的工程，施工图设计文件审查不得通过，不得向此类工程颁发施工许可证。

2结构工程师阅读、使用岩土勘察报告的不良现象

（1）部分基层设计单位的结构工程师对岩土勘察报告缺乏全面把握、准确判断的能力，在设计过程中没有仔细研*广州市建设科技发展基金项目（2006）25。

作者简介：

古今强（1970-），男，学士，高级工程师，一级注册结构工程师，注册土木工程师（岩土），英联邦结构工程师（MISructE）。

email:

2设计交流BuildingStructureWelearnwego究岩土勘察报告全文，就机械被动地按其提供的参数和建议进行地基基础设计。

（2）疏忽大意，未对复杂不利地质情况采取有效措施。

例3：

广东某酒店地处河口滩涂地带，分布有物理力学性质极差、厚达23.532.7m的欠固结淤泥。

前期采用了插塑料排水带后分级加载进行软基处理。

设计单位考虑场地开阔、经过软基处理而采用了放坡加搅拌桩止水的基坑支护方案。

在基坑开挖时出现险情：

靠河岸段土体显著移位，最高速率达126.9mm/d，发生不同程度的工程桩位偏移，最大偏位达1.61m。

后采取抢险措施才缓解了险情，12%工程桩被破坏而需补桩。

该事故有诸多原因，设计方的问题在于：

对复杂水文地质情况和河水压力问题估计不足，仅采取常规措施处理；对靠河岸段软基处理时间不足，在没有软基处理整体效果检测数据的情况下，轻率同意全面开挖基坑，造成土体失衡滑动；靠河岸段基坑设计考虑不周，未采取挡土措施。

综上，结构工程师应重视研读和使用岩土勘察报告，有条件的设计单位可设专人进行岩土勘察报告内部初审。

3阅读、检查岩土勘察报告的步骤和方法3.1岩土勘察报告的阅读在阅读了文字报告部分、初步了解和认识了整个场地地质情况的基础上，对照勘探点平面图阅读地质剖面图和钻孔柱状图。

然后根据建筑物的荷载，选择基础类型和基础持力层，再根据所选择的持力层对照报告中土层物理力学指标与其他设计有关的地质参数，阅读报告结论，判断所提的岩土设计参数是否有遗漏、缺项。

7度以上地震区还需要了解是否存在液化土层。

最后再阅读地下水和土腐蚀性评价。

3.2岩土勘察报告的检查、判断3.2.1岩土勘察成果的真实性岩土勘察成果应具有真实性，否则会造成结构工程师分析、判断的错误，甚至酿成质量事故。

一般可通过以下几方面对其进行分析：

1）计算每个钻机台班所完成的钻孔数和进尺数，检查其是否超出正常范围；2）汇总每天的钻孔数和进尺数，检查各天的数量是否正常；3）对照文字报告、钻孔柱状图和土工试验综合成果表，检查同一土层、同一土样的命名和状态特征是否一致，如有多处不一致则说明其现场取样的质量较差；4）正式施工前选取有代表性的钻孔进行试打桩或开挖验槽，如发现实际情况与勘察资料有较大的差异时可要求补充勘察工作、探明情况。

3.2.2勘察实物工作量

（1）检查勘探点平面图，如发现勘察时所依据的规划总平面图已修改，应提请勘察单位相应修改勘探点平面图、反映现拟建房屋与钻孔平面位置关系，并检查是否存在无钻孔控制的区域、是否需要补充勘察工作。

（2）检查勘探点平面图中钻孔的位置是否合理，取岩土样试验和原位测试孔的布置是否均匀。

（3）查看地质剖面图,检查钻孔间距、深度是否满足要求。

（4）查看物理力学性能指标统计表，检查取岩、土样试验和原位测试的数量是否满足要求。

3.2.3岩土勘察报告的核心内容首先应检查确定场地的稳定性和适宜性，对位于山坡、湖海岸边的工程应特别注意可能存在的地质灾害，然后判断持力层选择、地基承载力的合理性，最后按有关规范检查复核地基变形计算参数、地下水和抗震设计参数等核心内容的分析过程和结论。

其主要方法可参考有关文献9-11，在此过程中应注意以下两点：

（1）应以绝对高程为基准：

应根据拟建基础底面的绝对高程，判断相应高程的地层作为持力层的可行性；单桩承载力应按有效桩长计算、扣减承台底面以上土的摩阻力；地下室的桩基进行静载试验时如地下室土方未开挖（桩顶位于自然地面），则其单桩承载力特征值应取试验值扣除地下室深度范围内的桩侧阻力。

有的岩土勘察报告采用假设高程，假设场地外某一相对固定点为高程0.00点。

这会给判断基础埋深、确定桩长带来困难，应要求有关单位重新换算成绝对高程。

（2）地基规范7已取消了地基承载力表，强调采取荷载试验和地方经验。

但岩土勘察报告通常还是采用查表法，即按土工试验指标（或原位测试数据）间接确定地基承载力（往往取低值），且按不同岩土参数确定的地基承载力也不尽相同，设计人员须根据相关地方规范结合个人经验判断合理性。

鉴于目前勘察现场取样质量参差不齐，建议首先用原位测试数据（如标贯击数）来判断，土工试验数据仅作参考。

3.2.4对现场地形、地貌和地质实际情况的调查了解在收到岩土勘察报告后，应了解一下场地实际的地形、地貌和地质情况，是否在岩土勘察工作以后对场地进行过开挖、回填、场地平整或地基处理（强夯、堆载预压等），是否与勘察时发生了很大的变化。

如遇到这些情况，应请建设单位提供场地实际标高图、地基处理检测报告等资料，结合岩土勘察报告综合分析判断，踏勘现场，避免闭门造车。

4抓住工程地质信息重点，做好结构设计4.1抗震设计抗震设防地区的岩土勘察报告应提供抗震设防烈度、场地类别划分和可液化土液化判别等抗震设计参数。

3BuildingStructure设计交流Welearnwego4.1.1场地类别划分规范12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，将场地类别划分为四类。

有的岩土勘察报告既没有实测也没有估算土层等效剪切波速，就随意划分场地类别；另外一些则没有按规范5、12对超过10层或高度超过30m的建筑进行土层等效剪切波速的测量，仅按估算剪切波速数值判定场地类别。

这样都容易造成场地类别的误判。

对必须在尚无岩土勘察资料就开始结构设计的情况，应尽量了解邻近场地类别，如无把握可暂时按场地条件较差的情况进行结构设计，但须要得到甲方书面确认，以便事后作为确认设计工作量的依据。

4.1.2饱和砂土和粉土的液化判别饱和砂土和粉土在强烈地震作用下发生液化而失去承载能力，这是主要震害之一。

规范12具体规定了地基抗液化措施，对液化判别有很详细的计算方法。

然而经常发现有岩土勘察报告对地面下1520m范围的Ncr计算出现错误，误将ds值（饱和土标准贯入点深度）当作dw值（地下水位深度）代入规范12公式（4.3.4-2）中计算Ncr，导致计算结果明显偏小，对是否发生液化、液化严重程度出现错误判断。

结构工程师如果不加分析复核，很容易被误导而采取错误的措施。

4.1.3不利地段对地震影响系数的放大作用不利的地形部位对地震动力参数具有放大作用。

规范12规定位于局部突出地形的建筑地震影响系数应增大，其条文说明归纳出各种地形（包括山包、山梁、悬崖、陡坡）的地震力放大系数1，最多可增加60%。

因此应注意从工程地质剖面图等检查是否存在局部突出地形。

对条型突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段，除考虑边坡支护、地基稳定性验算等环节外，尚应对地震动力参数予以放大。

4.2地基基础设计地基基础设计应满足承载力、稳定性和变形要求。

这涉及许多方面，必须紧扣岩土勘察报告的各项内容。

下面仅列举几个值得注意、容易忽略的问题。

4.2.1地基变形验算与土的力学模量选用及压缩曲线11、13

（1）压缩模量Es：

由压缩固结试验（完全侧限的情况下）测得。

规范7、8均推荐简化的分层总和法计算地基（桩基础）最终沉降量，按各向同性线变形体理论计算应力分布，取基础中点附加应力，并假定土体单向压缩，地基土开挖后没有回弹，计算应选用压缩模量Es。

（2）变形模量E0：

根据现场压板荷载试验p-s曲线的初始直线段，按均质各向同性半无限弹性介质的弹性理论计算出来，是在无侧限的情况下求得的。

当用弹性理论公式估算地基最终沉降量时，应采用变形模量E0。

（3）弹性模量Ed：

可由室内三轴压缩试验确定，多用来计算短时间内快速作用荷载时土的瞬时沉降、高耸结构物在风荷载作用下的倾斜等。

（4）岩土勘察报告一般只提供p1为100kPa、p2为200kPa时相对应的压缩模量Es1-2，而按规范7、8计算地基最终沉降量所用的压缩模量Esi应取实际压力段（即土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段）的模量，必须从土的压缩曲线中查取、计算。

因此需要按规范公式验算地基变形的工程，必须在勘察任务书中要求提交地基主要受力土层的压缩曲线。

4.2.2地下水和土腐蚀的防护当地下水和地下水位以上的土对建筑材料具有腐蚀性时，应对地下构件采取相应的防护措施，包括限制混凝土水灰比、针对腐蚀类型采用相应品种水泥、增加混凝土保护层厚度、适当提高混凝土强度等级、受力钢筋采用环氧树脂涂层带肋钢筋、构件表面（如管桩焊接接桩处等）涂刷保护涂层等。

具体可参考混凝土结构设计规范（GB50010）和工业建筑防腐蚀设计规范（GB50046）。

有些地区（如广州）地下水位普遍较高，考虑到地下水的毛细作用接近地表、地下水接受大气降水补给，两者联系密切，地下水中各离子一般与土中易溶盐离子类型相近，场地土的腐蚀性与水相似，所以普遍只取水样分析其腐蚀性，没有取土样进行分析，但是部分岩土勘察报告没有相应说明地下水位以上的土对建筑材料的腐蚀性，使设计人员忽视了对其腐蚀性的防护。

另外Cl-Na（Ca）型是地下水比较常见类型之一，离子浓度达到一定程度时在干湿交替的状态下对混凝土结构中钢筋具有腐蚀性。

有的工程在勘察时地下水位很高、接近地面，设计人员就认为基础位于地下水以下，不属于干湿交替的状态，没有采取任何防护措施。

他们忽略了地下水位季节变化并非在较短的勘察期间能够查明,设计使用年限内地下水位的升降更不可避免。

4.2.3地下室外墙的土压力当挡墙在墙后土体的推力作用下不发生任何位移，墙后土体处于弹性平衡状态，这时作用于墙背上的土压力称为静止土压力e0。

地下室外墙的土压力应按静止土压力计算。

某些设计手册和设计人误将地下室外墙的土压力取为主动土4设计交流BuildingStructureWelearnwego压力ea。

当挡墙发生离开墙后土体方向的位移，墙体位移达到（0.1%0.5%）H（H为挡墙高度），墙后土体达到主动极限平衡状态，墙背上土压力达到最小值，这时作用于墙背上的土压力才是主动土压力ea。

主动土压力ea静止土压力e0。

4.2.4桩侧负摩阻力由桩侧负摩阻力作用导致的事故时有发生14，应引起重视。

只要桩侧土相对于桩向下位移，桩反过来阻碍了桩侧土的沉降，就有可能出现负摩阻力，如桩周存在欠固结土层、桩侧存在软土层且地面大面积堆载（包括新近填土）、桩基完工后桩侧土层中地下水位下降等。

对可能出现负摩阻力的桩基宜采取相应处理措施：

1）考虑桩侧负摩阻力对桩承载力和沉降的影响，将负摩阻力作为附加下拉荷载进行桩承载力设计；2）设法减少桩侧土层沉降；3）中性点以上的预制桩表面涂刷具有低软化点的沥青，减少负摩阻力的影响。

4.2.5对静力压桩机着地压力的限制静力压桩机需要大量的配重，其着地压力一般介于66120kPa，个别可高达160180kPa15。

当场地软土层厚而埋深浅、表层土承载力低时，设计文件应对静力压桩机着地压力作出限制，避免着地压力超过表层土的承载能力，或适当处理表层土以提高其承载能力。

例4：

广州市某办公楼工程，表层土分布自上而下为：

0.10.5m厚的松散人工填土，2.25.0m厚的淤泥（fak30kPa），4.26.8m厚的淤泥质砂土（fak=40kPa）。

在静压管桩完工后检测发现超过半数断桩，其原因主要是压桩机的着地压力达90kPa，超过表层土体承载能力，土体产生侧向塑性变形而引起水平位移，把已压桩推断破坏。

最后决定改用钻孔桩进行补桩处理。

4.2.6岩土测试数据的离散性和代表值选用原则一组正常的岩土测试数据数值中也会有较大的差异，具有较大的离散性，比常见的建筑材料如混凝土、钢材等测试数据的变异性大得多。

这有两方面的原因：

1）岩石和土是自然形成的，其成分、结构和构造都很复杂，空间分布具有极大的不确定性；2）由于取样、运输、样品制备、试验操作、计算取值等环节产生随机变异。

因此，单个岩土样的测试数据一般缺乏代表性，必须有一定数量的数据经数理统计才能得到代表值。

岩土参数的代表值分别为标准值、平均值及特征值，选用原则如下7，8，13：

1）承载力极限状态计算用的参数（如抗剪强度指标c、值）应取标准值；2）正常使用极限状态计算用的参数（如压缩模量Es）应取平均值；3）荷载试验承载力应取特征值；4）评价岩土性状的指标（如液性指数IL）应取平均值。

4.2.7地基基础的设计理念13、16-19上部结构所用的是混凝土、钢材等人造材料，其材质相对均匀、稳定，结构体系、材料性能和构件尺寸等都是可控的，可在设计时选定，计算的边界条件明确，计算理论和技术成熟可靠，利用计算机可把一般的常规上部结构分析得很精准，设计得既经济又安全。

结构工程师在潜移默化中容易形成依靠计算甚至是“规范+计算机分析”的习惯。

在地基设计时，土和岩石的物理力学性质和空间分布都十分复杂多变，不能事先选定和控制。

勘察时利用有限的钻孔或原位测试所取得的土样或数据都具有相当大的偶然性，即使完全按规范要求进行勘察也可能只获得场地的部分地质信息。

岩土测试数据数值有较大的离散性，而且试验条件不同试验结果各异，虽然经数理统计可以得到其代表值，但直接采用这些统计代表值仍有很大的风险，需要结合工程经验进行合理判断。

另外，能完美模拟土各种性质的本构模型（应力-变形-强度-时间的关系）尚有待专家、学者去研究，目前还是大量采用经典土力学理论，用不同的模型去分析不同的问题：

地基变形用基于线弹性的分层总和法计算，不涉及土的强度，有时甚至不计土的非线性变形；强度问题则采用摩尔-库仑强度理论的极限分析与极限平衡方法解决，不考虑土破坏前的变形和过程。

由于计算理论、计算模型、计算参数与工程实际存在差异，计算结果与工程实际之间总存在或多或少的差别，需要综合判断。

因此地基基础设计应摒弃上部结构设计时形成的依赖定量分析的设计思想，强调定性与定量分析相结合，重视概念设计，定量计算一般只是一种估算，必须详细了解实际条件和过程，熟悉当地情况，在实践中不断积累数据和经验，对理论和参数进行合理的修正，坚持动态设计、信息化施工。

5结论

（1）仔细研读、正确使用岩土勘察报告，是做好结构设计的关键环节之一。

（2）建设和勘察单位应向设计单位提供准确反映工程场地实际情况、符合国家勘察规范要求的岩土勘察报告。

（3）各地建设主管部门应尽快建立和完善岩土勘察报告审查制度，审查合格的岩土勘察报告方可作为设计依据。

（4）抗震设计和地基基础设计必须紧扣岩土勘察报告的各项内容，把握好关键的参数和要点。

（5）地基基础设计应强调定性分析与定量分析相结合，重视概念设计，坚持动态设计、信息化施工。

（下转12页）5BuildingStructure设计交流Welearnwego参考文献1张述勇.建筑工程质量事故分析与处理.中国建筑工业出版社，1998.2王赫.建筑工程质量事故分析与防治.中国建筑工业出版社，2008.3广东省建设厅.房屋建筑和市政基础设施工程施工图设计文件审查常见问题汇编M.2007.405SG109-1民用建筑工程设计常见问题分析及图示S.北京:

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