巖土工程不確定性的風險及控制三

巖土工程不確定性的風險及控制

（以樁的承載力

和變形為例）xx巖土工程勘察設(shè)計研究院有限公司

xx年xx月提綱引言沉樁因素對承載力影響二沉樁因素對變形的影響三結(jié)論與建議四五一施工控制措施一、引言巖土是自然地質(zhì)歷史的產(chǎn)物，具有其獨特性和變異性，巖土由三相組成，三相間的不同比例關(guān)系及其相互作用，使巖土形成了極其復雜的物理力學性質(zhì)，它的變異性、不連續(xù)性和多相性造成巖土的強度、變形和滲透三大工程問題。由于巖土材料表現(xiàn)出極大的不可知性，使巖土工程充滿了風險和挑戰(zhàn)；一、引言巖土具有以下的特殊性：土層與地下水分布的不確定性；現(xiàn)場與實驗室的巖土指標的不一致性；現(xiàn)場原位應(yīng)力與孔隙水壓力的不確定性；外加荷載及其分布的不確定性；巖土材料性質(zhì)的復雜性計算理論和方法的不確定性。一、引言

巖土工程工作的原則

巖土是自然產(chǎn)物，不同與鋼筋砼，應(yīng)采用工程地質(zhì)觀點對待巖土工程問題，必須掌握巖土的性狀，懂得巖土性質(zhì)指標的物理意義、用途和限制；能結(jié)合工程特點采用相應(yīng)勘探測試技術(shù)揭示地層，以充分認識鉆探取樣和原位試驗試驗帶來土體的物理力學性質(zhì)方面的變化；提倡應(yīng)用類似地質(zhì)條件的工程經(jīng)驗，判別數(shù)值計算結(jié)果的誤差和幅度，必須堅持因地制宜、就地取材、保護環(huán)境和節(jié)約資源的原則。

一、引言巖土工程師應(yīng)具備的能力

(1)技術(shù)人員素質(zhì)提高，根據(jù)市場需求調(diào)整或增加專業(yè)設(shè)置，改變以往的單項、附屬性專業(yè)面，使其成為具有相當廣度和理論、深度和豐富實踐經(jīng)驗。

(2)在軟硬件條件上,計算機技術(shù)的飛速發(fā)展為復雜的巖土工程分析和檢測提供了強大的工具支持：模擬預測、信息化設(shè)計與施工、人工智能專家系統(tǒng)、檢測與物探測試發(fā)展，使巖土工程師有可能更加科學和可靠地對工程問題進行較深入的定量和定性分析判斷。

(3)樹立“為顧客增值”的產(chǎn)品質(zhì)量觀，并通過這一觀念增強企業(yè)的市場競爭能力，即巖土工程工作成果應(yīng)該能夠盡快能使顧客在保障建設(shè)工程安全的前提下節(jié)約其投資。

一、引言巖土工程技術(shù)水平發(fā)展

巖土工程勘察、設(shè)計、施工與監(jiān)測是巖土工程的一個完整體系，不可分割。合格巖土勘察工程師必定是一個合格的巖土設(shè)計工程師；巖土施工對設(shè)計方案能否實現(xiàn)，其影響極大，至關(guān)重要。監(jiān)測手段是對巖土設(shè)計參數(shù)和結(jié)果的驗證，同時對重大和復雜工程信息化施工和調(diào)整設(shè)計參數(shù)的依據(jù)，并能有效及時采取相應(yīng)措施以確保工程安全。因此，巖土工程師以勘察為實踐的根本（獲得巖土資料和認識土性），設(shè)計是實踐的基礎(chǔ)（使用這些資料），施工是實施結(jié)果，監(jiān)測是對以上驗證并獲得原型參數(shù)，重新認識巖土性狀的過程。通過四個階段實踐，是飛躍式的上升。

一、引言以樁的承載力和變形為例樁的承載力及變形特性隨工程經(jīng)驗和不斷認識，其尚未認識問題及其影響因素越來越復雜，需不斷地深入研究并重新認識；一、引言荷載特性

地基土特性

樁型及樁身強度

進入持力層深度

沉樁順序及速率

影響單樁承載力和樁基變形因素布樁面積系數(shù)

……二、沉樁因素對承載力影響

1.不同沉樁方式（預制樁300×300

L＝24m，飽和粘性土地基）－靜力壓入法S1－振動法S2

R1/R2=1.67二、沉樁因素素對承載力影響響2.不同樁尖設(shè)置（PHCAB400，L＝39m飽和粘性土地基基,休止期40天）－靜力壓入法R1/R2=1.66二、沉樁因素素對承載力影響響3.不同鋼靴（PHCAB600）－靜力壓入法R1/R2=1.57二、沉樁因素素對承載力影響響4.試樁邊界條件不不同（松江）鋼筋混凝土方樁樁:250×250L=24mRk=720KN(工程前試樁）300×300L=24mRk=420KN(工程樁試樁）－靜力壓入法R1/R2=1.71二、沉樁因素素對承載力影響響5.樁身質(zhì)量（PHCAB600)－錘擊法R1/R2=2.50二、沉樁因素素對承載力影響響6.樁身質(zhì)量（鋼筋混凝土方方樁200×200，L＝8m）－錘擊法R1/R2=1.63二、沉樁因素素對承載力影響響7.擠土引起樁頂回回彈（PHCAB600，硬粘性土地基））－靜力壓入法二、沉樁因素素對承載力影響響8.沉樁速度過快（PHCAB4009536m)三節(jié)樁，節(jié)頭脫脫節(jié)－靜力壓入法二、沉樁因素素對承載力影響響9.連續(xù)沉樁，沉樁樁過快（PHCAB60011068m5節(jié)樁，軟粘性土地基））－錘擊法施工D8001.3cm/10擊二、沉樁因素素對承載力影響響9.沉樁休止期不同土質(zhì)、不同同樁型、不同尺尺寸的樁承載力力時效試驗觀測測結(jié)果，得到單單樁極限承載力力比初始值增長長約為40～400%，達到穩(wěn)定值所所需要的時間由由幾十天到數(shù)百百天不等,在軟飽和粘性土土地基中尤為明明顯。二、沉樁因素素對承載力影響響9.沉樁休止期對于樁周的土體體，根據(jù)擾動程程度的不同可分分為三個區(qū)域：：緊貼于樁身表表面的結(jié)構(gòu)完全全破壞的第Ⅰ區(qū)（完全擾動區(qū)區(qū)）、保持原狀狀的第Ⅲ區(qū)（未擾動區(qū)））和界于二者之之間的第Ⅱ區(qū)（部分擾動區(qū)區(qū)）樁打（壓）入粘粘性土中，主要要在兩方面改變變了地基土的狀狀態(tài)：一是破壞壞了地基土的天天然結(jié)構(gòu)；二是是使土受到急速速擠壓，造成孔孔隙水壓力急劇劇上升，有效應(yīng)應(yīng)力減小。兩種種作用都使得樁樁周土（包括樁樁端土）的強度度大為降低，因因而樁周摩阻力力和樁端阻力都都處于較低的應(yīng)應(yīng)力水平。隨著著時間的推移，，這兩者的情況況都在不斷地變變化，樁的承載載力也隨之增長長。大量的靜載試樁樁資料表明，xx地區(qū)軟粘土中鋼鋼筋混凝土預制制樁在沉樁后，，隨著時間的推推移，其極限承承載力有大幅度度的提高。單樁樁極限承載力增增長的速度和幅幅度受土層條件件及有效樁長等等的影響很大。。根據(jù)研究，可采采用迭代法回歸歸分析能充分考考慮同一工程樁樁在不同的休止止期靜載試樁極極限承載力間的的內(nèi)在聯(lián)系對單單樁極限承載力力增長規(guī)律的代代表性；也可采采用根據(jù)不同土土層單樁后期極極限承載力的變變化規(guī)律預測，，預測精度可以以滿足工程要求求。三、沉樁因素素對樁基沉降量量影響1.不同加荷速率影影響

建

筑

物

性

質(zhì)

層數(shù)與高度基礎(chǔ)尺寸(m)結(jié)構(gòu)類型基底有效附加壓力（kPa）28層34×21Be=26.5剪力墻386樁型及規(guī)格(予制樁）（m)樁尖入土深度(m)單樁容許承載力（kN）樁數(shù)0.50×0.50×3540.21900162根三、沉樁因素素對樁基沉降量量影響1.不同加荷速率影影響布樁面積系數(shù)a=5.8%12號房：平均沉樁速率K＝7根/日竣工時間t=1.9年沉樁后約2月基礎(chǔ)施工13號房：平均沉樁速率K＝8根/日竣工時間t=1.2年沉樁后約1.5月基礎(chǔ)施工結(jié)果：S13/S12=1.5三、沉樁因素素對樁基沉降量量影響2.沉樁后的不同休休止期影響

3.建

筑

物

性

質(zhì)

層數(shù)與高度基礎(chǔ)尺寸(m)結(jié)構(gòu)類型基底有效附加壓力（kPa）18層33×17.5Be=24剪力墻243樁型及規(guī)格(予制樁）（m)樁尖入土深度(m)單樁容許承載力（kN）樁數(shù)0.45×0.45×30.231.251000230根三、沉樁因素素對樁基沉降量量影響2.沉樁后的不同休休止期影響布樁面積系數(shù)a=8.1%10號房：平均沉樁速率K＝8根/日竣工時間t=1.3年沉樁后約2月基礎(chǔ)施工13號房：平均沉樁速率K＝8.5根/日竣工時間t=0.8年沉樁后約11月基礎(chǔ)施工結(jié)果：S10/S13=1.53三、沉樁因素素對樁基沉降量量影響3.不同沉樁速率影影響實例A層數(shù)與高度基礎(chǔ)尺寸(m)結(jié)構(gòu)類型基底有效附加壓力（kPa）15層30×18Be=23.5剪力墻218樁型及規(guī)格(予制樁）（m)樁尖入土深度(m)單樁容許承載力（kN）樁數(shù)0.45×0.45×25.527.4850194根三、沉樁因素素對樁基沉降量量影響3.不同沉樁速率影影響實例A布樁面積系數(shù)a=7.1%12號房：平均沉樁速率K＝13根/日竣工時間t=1.88年沉樁后約1.5月基礎(chǔ)施工15號房：平均沉樁速率K＝5.5根/日竣工時間t=1.22年沉樁后約1.5月基礎(chǔ)施工結(jié)果：S12/S15=1.54三、沉樁因素對對樁基沉降量影響響3.不同沉樁速率影響響實例B

3.建

筑

物

性

質(zhì)

層數(shù)與高度基礎(chǔ)尺寸(m)結(jié)構(gòu)類型基底有效附加壓力（kPa）18層33×17.5Be=24剪力墻243樁型及規(guī)格(予制樁）（m)樁尖入土深度(m)單樁容許承載力（kN）樁數(shù)0.45×0.45×30.231.251000231根三、沉樁因素對對樁基沉降量影響響3.不同沉樁速率影響響實例B布樁面積系數(shù)a=8.1%405號房：平均沉樁速率K＝22根/日竣工時間t=1.36年沉樁后約9月基礎(chǔ)施工406號房：平均沉樁速率K＝5根/日竣工時間t=1.0年沉樁后約3月基礎(chǔ)施工結(jié)果：S405/S406=2.52(接頭脫節(jié)等）1樁材控制要點PHC、PC樁型號

壁厚單單節(jié)長度選擇管管樁樁身結(jié)構(gòu)豎向向承載力設(shè)計值Rp樁尖造型(開口鋼管、十字型型鋼、混凝土樁頭頭)沉樁方式：靜壓(有效壓力)、錘擊(錘型)常壓養(yǎng)護時間宜大大于14天

端板坡口高度度

焊接方式及冷冷卻時間

沉樁速速率、布樁間距四、施工控制措措施（以PHC樁為例）2施工方面(1)施工前

成品樁應(yīng)應(yīng)按選定的標準圖圖或設(shè)計制作圖，，對其外觀質(zhì)量進進行檢驗(有否樁身合縫漏漿漿、露筋、表面裂裂縫、端板平整度度及坡口高度、樁樁端空洞)；

對接樁用焊條條、沉樁等材料和和設(shè)備進行檢驗。。四、施工控制措措施（以PHC樁為例）(2)施工過程

打入(靜壓)深度、停錘(沉樁阻力)控制標準及樁身(架)垂直度檢查；接接樁質(zhì)量、接樁間間歇時間及樁頂完完整狀況；

每米米進尺錘擊數(shù)(沉樁阻力)、最后1m錘擊數(shù)(沉樁動阻力)、最后三陣貫入度度及樁尖標高等。。(3)施工后

通過樁孔孔照明直觀檢查沉沉樁后樁身質(zhì)量及及焊接質(zhì)量；樁樁位偏差、樁頂標標高、貫入度、低低應(yīng)變動測、靜載載荷試驗。四、施工控制措措施（以PHC樁為例）3沉樁對環(huán)境的影響響及防治措施管樁樁屬于擠土樁，在在飽和粘性土地基基，會產(chǎn)生很高超超孔隙水壓力引起起土體位移，影響響周邊環(huán)境。防治措施(1)設(shè)計上選擇合理的的樁徑(盡可能與樁身強度度匹配)，布樁面積系數(shù)控控制在3%以內(nèi)；(2)合理控制沉樁順序序及沉樁速率；(3)設(shè)置豎向排水通道道；(4)設(shè)置防擠溝；(5)在樁位或沉樁區(qū)外外鉆孔取土。四、施工控制措措施（以PHC樁為例）四、施工控制措措施（以PHC樁為例）

（試樁結(jié)果分析）四、施工控制措措施（以PHC樁為例）(質(zhì)量問題之一樁身身偏斜)四、施工控制措措施（以PHC樁為例）(質(zhì)量問題之二樁身身斷裂)四、施工控制措措施（以PHC樁為例）(質(zhì)量問題之三樁尖尖未達標高)工程實例1-(33層)沉樁速率控制在8根以內(nèi)，

布樁面面積系數(shù)控制5%以內(nèi)工程實例1---(33層)*原灌注樁Φ800，持力層8-2；PHC600AB，持力層7-1，Rk=5500KN,經(jīng)濟指標：原方案案140元/m2；現(xiàn)方案54元/m2工程實例2----華琪苑(33層)*原灌注樁Φ650，持力層8-2；PHC600AB，持