地基基礎(chǔ)工程的現(xiàn)狀及發(fā)展綜述

1、1地基基礎(chǔ)工程的現(xiàn)狀及發(fā)展綜述21. 地基基礎(chǔ)工程國內(nèi)外現(xiàn)狀地基基礎(chǔ)工程需解決的問題： 建（構(gòu)筑）物的地基強(qiáng)度設(shè)計(jì)、變形控制、穩(wěn)定性控制、基礎(chǔ)材料設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)與監(jiān)測技術(shù)和相關(guān)施工技術(shù)。地基強(qiáng)度設(shè)計(jì)：應(yīng)包括，地基原位測試技術(shù)、室內(nèi)測試技術(shù)、允許設(shè)計(jì)取值。變形控制：應(yīng)包括，地基變形計(jì)算、建筑物允許變形、對相鄰建筑物的影響。穩(wěn)定性控制：應(yīng)包括，建筑物整體穩(wěn)定性、抗浮穩(wěn)定性、抗震穩(wěn)定性。 3基礎(chǔ)材料設(shè)計(jì)：應(yīng)包括，材料抗沖切、抗剪、抗彎設(shè)計(jì)、耐久性設(shè)計(jì)及地基土的材料特性。地基土的材料特性：應(yīng)包括土的組成、化學(xué)成分、成因、應(yīng) 力歷史、地下水條件、物理力學(xué)指標(biāo)等。地基基礎(chǔ)的工程研究：地基材料特性、結(jié)構(gòu)類型適應(yīng)

2、性、施工技術(shù)可行性。 41.1 基礎(chǔ)工程的可靠性、耐久性研究已 發(fā)展到新的水平。1.1.1 可靠性 70年代我國科研工作者跟進(jìn)國際工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)的研究，全面開展了對工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)的研究。 85年國際標(biāo)準(zhǔn)ISO2394結(jié)構(gòu)可靠性總原則發(fā)布，這種設(shè)計(jì)方法在世界各國結(jié)構(gòu)工程界得到實(shí)施，標(biāo)志世界結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的全面技術(shù)進(jìn)步。 84年我國國家標(biāo)準(zhǔn)GBJ68-84建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布。 5 我國89版國家標(biāo)準(zhǔn)體系全面引入了以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，簡稱概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，即承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設(shè)計(jì)方法。 89版國家標(biāo)準(zhǔn)體系的特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)的范圍僅限于構(gòu)件設(shè)計(jì)的可靠

3、度； 對結(jié)構(gòu)體系的可靠度研究還未達(dá)到使用階段； 國家規(guī)范體系中還沒有全面涉及耐久性設(shè)計(jì)的內(nèi)容。62000版國家標(biāo)準(zhǔn)體系的公布，進(jìn)一步明確了可靠性設(shè)計(jì)的原則和適用范圍，全面引入結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的內(nèi)容，使我國結(jié)構(gòu)工程的技術(shù)水平隨國際同步，達(dá)到了新的技術(shù)水平。1）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)GBJ68-84，修訂為建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。2）由于建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范、建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范在結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)方法有一定特殊性，由原標(biāo)準(zhǔn)要求的“應(yīng)遵守”本標(biāo)準(zhǔn)，改為“宜遵守”本標(biāo)準(zhǔn)。73）建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002中明確了地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的使用范圍和計(jì)算方法，對荷載組合

4、的設(shè)計(jì)取值和相應(yīng)的抗力給出了明確規(guī)定。對地基和樁基的承載力采用了極限值、特征值和安全系數(shù)的方法，并對荷載組合設(shè)計(jì)取值給出了規(guī)定。84）基礎(chǔ)工程可靠性包括以下幾個(gè)方面：基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件或連接因材料強(qiáng)度超過而破壞（包括疲勞破壞）、或因過度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載；基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)動體系，或因過大變形引起上部結(jié)構(gòu)不適合繼續(xù)承載；基礎(chǔ)工程的變形引起結(jié)構(gòu)裂縫或影響正常使用；基礎(chǔ)工程的耐久性。91.1.2 耐久性 國外對耐久性的認(rèn)識是使用極限狀態(tài)的問題，認(rèn)為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件出現(xiàn)不可接受的外觀損傷，是經(jīng)濟(jì)合理的使用壽命問題。 國內(nèi)則更多的認(rèn)為是安全問題，將

5、耐久性看成是承載能力極限狀態(tài)問題。 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題，主要在三個(gè)方面： 1）鋼材的耐久性； 2）混凝土的耐久性； 3）環(huán)境作用的耐久性問題。 10鋼筋銹蝕。混凝土凍融損傷?；瘜W(xué)物質(zhì)的侵蝕。堿骨料反應(yīng)水泥水化過程中釋放出來的堿金屬與骨料發(fā)生反應(yīng)。堿硅酸反應(yīng) 堿碳酸鹽反應(yīng)機(jī)械物理損傷磨損、空蝕、沖撞。大氣侵蝕酸雨、空氣污染、雨水沖淋、風(fēng)沙。溶蝕長期浸泡在流動水中的混凝土，有效成份被水溶解。生物侵傷海洋環(huán)境和城市污水的影響。112000版設(shè)計(jì)規(guī)范對耐久性的規(guī)定：規(guī)定了設(shè)計(jì)使用年限對使用環(huán)境進(jìn)行了分類對結(jié)構(gòu)混凝土進(jìn)行了規(guī)定對構(gòu)造要求進(jìn)行了規(guī)定121.2 更加強(qiáng)調(diào)原位測試的重要性。 地基土（巖）由

6、于成因、應(yīng)力歷史、地下水條件等的改變，對土的基本力學(xué)性質(zhì)影響很大，基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)參數(shù)更加強(qiáng)調(diào)原位測試的重要性。 近20年的工程實(shí)踐，在土的原位強(qiáng)度、變形特性的測試技術(shù)、軟土、砂土的非擾動取土測試技術(shù)不斷發(fā)展，如：靜力觸探儀技術(shù)、旁壓儀技術(shù)、扁鏟測試技術(shù)、軟土的薄壁取土技術(shù)，砂土的二重管、三重管取土技術(shù)等研究和應(yīng)用，已大大提高了巖土工程原位測試技術(shù)的發(fā)展和工程應(yīng)用的可靠性。13如有的學(xué)者介紹國外發(fā)達(dá)國家，如德國，原位觸探類測試與取土鉆孔在工程上的比例與我國比正好相反，靜力觸探除有壓力傳感之外，還安裝攝像和其他傳感器，大大提高了巖土工程勘察的水平和能力。 我們國家總的狀況是觸探技術(shù)應(yīng)用的多一些，大都

7、是傳統(tǒng)的取土測試，先進(jìn)的取土技術(shù)、旁壓儀、扁鏟等應(yīng)用面較小，設(shè)備的差距較大。141.3 強(qiáng)調(diào)按變形控制的基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)原 則： 建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002中明確規(guī)定了按變形設(shè)計(jì)的原則、方法，地基基礎(chǔ)工程按變形控制設(shè)計(jì)的思想是國內(nèi)外巖土工程學(xué)術(shù)領(lǐng)域的共識。 分析所有地基基礎(chǔ)工程的事故，因地基強(qiáng)度引起的比例很小，大部分是因地基過大變形引起的傾覆和開裂，或因差異沉降引起的裂縫而影響正常使用。 15黃熙齡院士在1991年1997年，通過一系列室內(nèi)模型試驗(yàn)進(jìn)行了變形控制設(shè)計(jì)研究，并進(jìn)行了工程實(shí)踐，同時(shí)把這一重要設(shè)計(jì)思想編入GB50007-2002建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，即在一個(gè)整體大面積基

8、礎(chǔ)上建有多棟高層或多層建筑，應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基共同作用進(jìn)行變形計(jì)算，標(biāo)志著我國地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)水平已達(dá)到國際先進(jìn)水平。16我省原云南省設(shè)計(jì)院總工劉岳東教授級高工，已年過80高齡，經(jīng)過多年的調(diào)查、分析、研究，出版了高層建筑筏形基礎(chǔ)內(nèi)力分析一書，對現(xiàn)行規(guī)范中的一些問題提出了不同的論點(diǎn)：如，對基礎(chǔ)內(nèi)力分析的彎曲與彎矩的概念及相應(yīng)的“倒梁法”計(jì)算的不同觀點(diǎn)；對基底摩擦阻力抵消基礎(chǔ)整體彎矩的討論。同時(shí)針對上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基共同工作的設(shè)計(jì)思想和方法，分為9個(gè)章節(jié)進(jìn)行了分析和論述。劉老的這部專著對我們更深入準(zhǔn)確地學(xué)習(xí)貫徹建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，并把上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基共同工作的設(shè)計(jì)思想在工程實(shí)踐中推廣和實(shí)

9、踐有指導(dǎo)作用，劉老這種對工程科學(xué)問題嚴(yán)謹(jǐn)且不斷探求的精神，是我們?nèi)w工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)的榜樣。171.4 重現(xiàn)監(jiān)測技術(shù)： 監(jiān)測技術(shù)在地基基礎(chǔ)工程中占有十分重要的地位。它既是地基基礎(chǔ)工程災(zāi)害的預(yù)警系統(tǒng)。同時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)是檢驗(yàn)地基基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量和水平的重要依據(jù)。動態(tài)設(shè)計(jì)、信息化施工要依靠監(jiān)測技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 監(jiān)測技術(shù)包括： 測試原件、監(jiān)測儀器儀表、自動控制系統(tǒng)和反分析技術(shù)。 監(jiān)測技術(shù)研究包括： 測試原件、儀器儀表的可靠性、耐久性研究，自動測試系統(tǒng)可靠性研究、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)和自動報(bào)警系統(tǒng)。 18近十年國內(nèi)外在監(jiān)測技術(shù)的研究方面已基本上實(shí)現(xiàn)了：除傳統(tǒng)的應(yīng)變、頻率測試外，發(fā)展了遠(yuǎn)紅外技術(shù)、光譜分析技術(shù)，并在自

10、動化程度和可靠性上大大提高，并且實(shí)現(xiàn)了長期監(jiān)測和自動預(yù)警的系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能。監(jiān)測和研究的內(nèi)容：建筑物的沉降觀測和監(jiān)測；大型土石壩工程的裂縫、應(yīng)力觀測和監(jiān)測；大型邊坡工程、填筑工程的沉降監(jiān)測和裂縫監(jiān)測；地鐵工程建造期和使用期對地上建筑物影響的監(jiān)測等。191.5 大型區(qū)域工程的相關(guān)技術(shù)和綜合利用。 區(qū)域性基礎(chǔ)工程包括： 區(qū)域性地下空間開發(fā)功能設(shè)計(jì)、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和相關(guān)施工技術(shù)。 地鐵車站建設(shè)的地下通道與周圍建筑群的聯(lián)結(jié)； 地鐵道路對線路上建筑物基礎(chǔ)（包括超長樁基礎(chǔ)）的影響； 地下車庫在區(qū)域地下空間建設(shè)的道路設(shè)計(jì)； 小區(qū)地下空間綜合利用的規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)等。 20隨著城市用地日益緊張，地下空間開發(fā)的地下車道、地

11、下商場、地下車庫的需求越來越大，區(qū)域基礎(chǔ)工程研究的問題是綜合規(guī)劃、建造、增加投資效益和地下空間綜合利用率，減少由于單體設(shè)計(jì)、施工引起的人為地質(zhì)災(zāi)害，包括基礎(chǔ)支護(hù)結(jié)構(gòu)及錨桿對鄰建建筑物的影響、地鐵線路穿越高層建筑樁基礎(chǔ)等引起的相關(guān)問題。目前在小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中，已初步考慮了地下空間綜合利用問題，但對相關(guān)基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)和相關(guān)聯(lián)結(jié)技術(shù)還有待進(jìn)一步研究。212. 地基基礎(chǔ)工程技術(shù)發(fā)展中的幾個(gè)問題。 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，建筑業(yè)在我們國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中已占有重要地位。 進(jìn)入21世紀(jì)，大型公共建筑項(xiàng)目、住宅產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目、地下空間開發(fā)利用、城市地下交通建設(shè)等規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工綜合研究的需求，對我們結(jié)構(gòu)工程師提出了新的

12、課題，也為基礎(chǔ)工程科學(xué)的發(fā)展提供了廣闊的空間。 22國內(nèi)發(fā)達(dá)地區(qū)在超深超大基坑工程、大底盤多塔樓高層建筑、地下商場、地下車庫、以及大跨空間多層地下建筑等，不僅在大型公共建筑而且在住宅小區(qū)建設(shè)中都已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用，其面積已達(dá)到總建設(shè)面積的10%。綜上所述我們結(jié)構(gòu)工程師在思考、研究和實(shí)踐中，應(yīng)在如下幾個(gè)問題有所突破。232.1 上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地基共同作用設(shè)計(jì)的進(jìn)一 步研究和實(shí)踐。 建筑物的基礎(chǔ)沉降都是“盆形”沉降，即四周小，中間大。 規(guī)范中所列的單體高層建筑箱形基礎(chǔ)，當(dāng)?shù)鼗^均勻、豎向結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置均勻、上部結(jié)構(gòu)荷載分布均勻時(shí)，箱形基礎(chǔ)的底板、頂板的內(nèi)力近似于局部受力的內(nèi)力，但這種情況在工程實(shí)踐中是很

13、難遇到的。 工程中大量遇到的情況越來越需要進(jìn)行上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地基共同作用的設(shè)計(jì)。如： 24（1）箱形基礎(chǔ)或裙樓比塔樓擴(kuò)大，剛度較大荷載分布也較大核心筒，造成荷載不均勻，由于功能的要求豎向構(gòu)件的布置不均勻。（2）目前上部結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算均把基礎(chǔ)作為嵌固的固定端來假定的，因此整個(gè)結(jié)構(gòu)體系沒有考慮“盆形”沉降而引起的附加內(nèi)力。（3）有的項(xiàng)目實(shí)測研究認(rèn)為，上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地基共同作用的計(jì)算和設(shè)計(jì)應(yīng)考慮施工過程的內(nèi)力變化和分布，有的項(xiàng)目實(shí)測表明，當(dāng)施工到911層時(shí)對結(jié)構(gòu)體系，特別是對地基基礎(chǔ)的計(jì)算起控制作用，即過多地考慮上部結(jié)構(gòu)的剛度參與是不安全的。以上僅是復(fù)雜工程實(shí)踐中的一小部分，因此上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地基共同作用的

14、原理還需進(jìn)一步的研究實(shí)踐。252.2 按變形控制設(shè)計(jì) 為減小沉降設(shè)置樁基的設(shè)計(jì)思想，是我國應(yīng)用變形控制進(jìn)行基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)。 減少建筑物整體沉降可以采用減少結(jié)構(gòu)自重從而降低基底附加壓力；采用深埋基礎(chǔ)；采用樁基等各種措施和方法。 對于差異沉降的控制可采用設(shè)置沉降縫，設(shè)置施工后澆帶等措施和方法。 在實(shí)際工程中由于功能要求，不允許設(shè)置沉降縫；或因地下水位較高或希望工期縮短，采用施工后澆帶要增加施工費(fèi)用，對工期也有影響。 26因此就出現(xiàn)了按變形控制的設(shè)計(jì)方法。如：云南省設(shè)計(jì)院完成的北京中華民族園，根據(jù)業(yè)主的需求，用一層到九層的階梯形建筑構(gòu)成人造山體，建筑內(nèi)部為商業(yè)用途地下一層停車庫，總面積十二萬

15、平方米，荷載的差異非常大，并且不可能設(shè)縫。因此采用樁基獨(dú)立柱承臺，再用防水板做地下室底板，其核心就是不采用天然地基，而用樁來控制差異很大的變形。這一方法得到北京首規(guī)委組織的專家組的充分肯定，建成后說明這一方案是成功的，且是經(jīng)濟(jì)的。27 其他各地也有若干成功的實(shí)例。 但整個(gè)按變形控制設(shè)計(jì)方法還有待在實(shí)踐中總結(jié)完善和系統(tǒng)地深入研究。 另一個(gè)方面，目前深基坑工程對于周圍建筑及地下管線、道路的影響，在城市建設(shè)中事故率較高，深基坑工程設(shè)計(jì)必須按變形控制設(shè)計(jì)已列入規(guī)范，但某些支護(hù)技術(shù)對變形計(jì)算的研究還十分欠缺乏（如土釘墻支護(hù)），事故率也比較高，因此按變形控制的支護(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算方法還有待全面地總結(jié)完善。282.

16、3 全面提高原位測試技術(shù)水平。 作為基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)依據(jù)的巖土工程勘察，原位測試技術(shù)研究目前積累的大量資料以地基強(qiáng)度為主，而且開展工作的廣度和深度還不均衡，對于原位地基變形參數(shù)的研究較少，至使工程設(shè)計(jì)或由于參數(shù)保守，造成工程浪費(fèi)，或由于估計(jì)錯(cuò)誤，造成工程事故。 29隨著地基基礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)共同作用設(shè)計(jì)和按變形控制設(shè)計(jì)的要求，變形參數(shù)原位測試技術(shù)的研究和實(shí)踐十分重要，特別對于砂土、粉土、風(fēng)化巖等室內(nèi)評價(jià)有困難的地基土更加重要。并且這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展不僅需要引進(jìn)先進(jìn)的裝備和儀器，還需要積累量大面廣的工程資料和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。因此在市場經(jīng)濟(jì)的現(xiàn)實(shí)中，還需要我們在觀念上給予重視、在方法實(shí)施合作，推動這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)步。30

17、2.4 進(jìn)行監(jiān)測技術(shù)的進(jìn)一步實(shí)踐和研究。 監(jiān)測數(shù)據(jù)是信息法施工和動態(tài)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，也是檢驗(yàn)、總結(jié)和調(diào)整地基基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)的重要依據(jù)；大量監(jiān)測數(shù)據(jù)的積累，為工程設(shè)計(jì)反分析，建立區(qū)域地質(zhì)資料庫有十分重要的意義。 我國基坑工程研究方面的投入還十分欠缺，監(jiān)測技術(shù)的實(shí)踐和研究包括測試原器件、測試系統(tǒng)及自動化預(yù)警系統(tǒng)等方面內(nèi)容。313. 幾個(gè)重要的專題3.1 北京市勘察設(shè)計(jì)研究院的共同作用分析方 法的研究與應(yīng)用，上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基共同作用的概念。 共同作用應(yīng)滿足的條件： 1）三者各自需滿足靜力平穩(wěn)條件； 2）彼此之間要滿足變形協(xié)調(diào)條件。 上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的共同作用是結(jié)構(gòu)力學(xué)問題； 地基與基礎(chǔ)的共同作用是屬

18、于不同材料體系的連接。32共同作用方法的難點(diǎn)：核心問題：基礎(chǔ)與地基接觸面的反力計(jì)算?？紤]的內(nèi)容：1）地基模型的確定：反映地基土的應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律，簡便、實(shí)用，易于在工程中應(yīng)用。 2）參數(shù)確定：需要大量工程的試測數(shù)據(jù)，并對參數(shù)進(jìn)行反演分析。 3）上部結(jié)構(gòu)剛度：上部結(jié)構(gòu)剛度隨施工進(jìn)程的變化。上部結(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn)的有限性。33 北京勘察院，經(jīng)過多年實(shí)測研究，形成了一套地基與基礎(chǔ)共同作用分析方法和樁、土、基礎(chǔ)共同作用分析方法。 以上研究成果最近在“北京豐聯(lián)廣場”、“國家大劇院”、“國家體育場”等工程中得到實(shí)施和應(yīng)用。343.2 中國建筑科學(xué)研究院地基所錢力航 研究員的地基基礎(chǔ)的概念設(shè)計(jì)。 地基基礎(chǔ)的概念設(shè)計(jì)是準(zhǔn)確運(yùn)用已有的科技知識、工程經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對地基基礎(chǔ)工程從方案選擇到施工檢測全過程的概念性設(shè)計(jì)。35概念設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：1）應(yīng)在方案設(shè)計(jì)之前進(jìn)行；2）應(yīng)該與建筑方案和上部結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)互動和協(xié)調(diào)；3）應(yīng)對地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、施工、檢測全過程的關(guān)鍵技