中南勘察設計院****劉佑祥
第一部分：基坑工程的概念設計
一、岩土材料的特性所決定的
■ 岩土體結構的不確定性
●自然沉積和固結而成，不能人為控制，決定了岩土體結構的變異性、不確定性、隨機性、人類認知的資訊不對稱性和不完整性等；
●巖和土都是不連續體；岩土由多相組成，三相間不同的比例關係及其相互作用，使岩土形成了極其複雜與多變的物理力學性質；
●岩土的變異性、不連續性和多相性構成了岩土的強度、變形和滲透三大工程問題（在土力學中相應的是滲透固結理論、摩爾－庫倫強度理論和達西定律），從而引發相應的地質災害和工程事故；
●岩土體沒有明確的構件截面和結點，不同於結構工程；
●岩土體的破壞有時取決於某一段岩土體的平均強度，但有時又取決於某一薄弱區段如軟弱土層或軟弱結構面；
●計算假定、計算模型、計算引數與實際的岩土性狀存在差異。
■ 岩土引數的不確定性
● 混凝土和鋼材的材質可控且相對均勻，變異性小。但岩土體不同，不僅效能指標變異性大，即便同一種土或岩石，其效能指標也會隨所處位置和深度不同而變化 。
● 岩土體在取樣、運輸、試驗操作等各個環節的擾動以及試樣脫離原來的圍壓環境後後的應力釋放導致的實際性狀的改變；
● 強調原位測試技術，且必須有一定數量的原位測試指標與室內試驗相結合；
■ 孔隙水壓力的不確定性
●地下水的壓力既有靜水壓力，又有滲透力，且多數情況下無法取得很真實的資訊。是動態變化的；
●孔隙水壓力的增長和消散，關係到土體的穩定性和表觀沉降和隆起；
●非飽和土的孔隙水壓力可產生負壓，形成基質吸力，但基質吸力會隨土中含水量的增加而降低，直至消失。所以基質吸力的發揮是有條件的。
●土體產生變形可能是力的作用，也可能是含水量和溫度的變化而引起。
■ 計算模式模型的不確定性
●岩土工程理論發展到今天，應該說取得了長足的進步。但各種岩土的本構模型仍存在這樣和那樣的缺陷，每種本構模型有其適用性和假定計算條件；
●由於土工計算引數的不確定性，加之計算模型本身的侷限性，往往需要根據工程經驗和工程實測資料對計算結果進行經驗係數修正。
●岩土工程設計應特別注意計算模式、計算引數和安全係數的匹配。
■ 岩土工程**的不確定性
● 在岩土工程中，其地基或岩土環境幾乎不可能完全探知，邊界條件和荷載過程也有很大的影響，因而岩土工程問題具有很強的不確定性。非此非彼、亦此亦彼的情況，一因多果、一果多因的情況都可能發生。
二、概念設計的原則
基坑工程風險性、綜合性和實踐性很強。岩土工程師要加強多學科的理論學習研究和實際案例分析。應具備基本的岩土力學、結構力學、施工技術的知識和概念。
概念設計要「從大處著眼」，要有系統和整體的概念，抓住對工程安全有重大影響的重難點和關鍵問題進行深入透徹的分析研究，從總體上和本質上把握基坑設計的基本要點和計算方法。
n 不能離開實際工程的特點來談概念設計，要 「吃透兩頭」，一頭是工程實際功能要求（包括環境保護功能、土方開挖、主體地下室施工等方面），一頭是岩土工程和水文地質條件。
n 杜絕「數字遊戲」。只知道「規範+計算」，不了解規範制定的技術背景、計算模式和適用條件。
◆ 計算條件的模糊性和資訊的不完全性，單純力學計算不能解決所有的實際問題；
◆ 離開設計計算軟體不行，但只依靠計算軟體進行設計也不行。基坑工程的許多分析方法都是來自工程經驗的積累和案例分析，而不是來自精確的理論推導。
n 「難求計算精確，但求判斷正確」，應根據計算成果和工程經驗作出合理的設計決策。
◆ 定性判斷和定量計算相結合，理論與工程經驗並重，綜合判斷；
◆ 強調現場實時監測、資訊化施工和動態設計。
設定多道防線，確保基坑工程和周邊環境安全可控。
◆ 三個方面：穩定（包括滲流穩定）、強度和變形控制。
◆ 內支撐桿件布置及截面、樁身配筋及嵌固深度、錨桿長度、水泥土擋牆等。
第二部分：基坑工程設計的若干技術問題
一、關於基坑工程勘察及成果應用
1.對於土質基坑特別是軟土的勘察工作應採用原位測試手段；對於軟土及粉土夾層或黏性土與粉土、粉砂互動層土應採用靜力觸探試驗查明其空間分布厚度和土性特徵。
◆ 強調對於軟土及互動層採用原位測試的必要性和重要性。
◆ 由於淺部土層特別是軟土及互動層複雜多變，且往往是基坑工程研究的主要物件。因此是對於軟土、粉土夾層或黏性土與粉土、粉砂互動層應側重採用靜力觸探試驗。
2.對於岩質和土岩組合的基坑工程應重點查明有無軟弱結構面，進行現場地質調查和測繪。有條件時可進行現場原位剪下試驗，或採集包含結構面的試樣進行室內試驗。
◆ 岩土結合地層應特別注意岩土分界處軟弱結構面的性質和強度、以及地下水賦存情況、查明是順層坡還是逆層坡。必要時應作抗滑設計和驗算；多數情況下，岩層的產狀和軟弱結構面的組合性狀是岩質基坑或邊坡的安全穩定性和失穩方式的決定性因素。
◆ 對岩質基坑或邊坡對強風化軟質巖和破碎巖可取等效內摩擦角。
◆ 對於中、微風化的中硬岩或硬質巖，則應巨集觀和微觀兩方面仔細分析其岩層軟弱結構面。地質構造、節理、裂隙、岩層產狀、傾角、破碎帶軟弱夾層等。
3.關於地質剖面細化分層：勘察報告應對自地面至坑底以下2倍基坑深度範圍內的土層進行合理劃分，綜合指標（如承載力）差別大於30%時應單獨分層；水平方向有趨勢性變化時可分割槽段劃分亞層。
◆ 目前本地區勘察報告相當普遍的特點是對淺部土層分層較粗,對基坑設計施工和工程造價影響很大。岩土體的破壞和基坑失穩有時取決於某一薄弱區段如軟弱土層或軟弱結構面。很多基坑工程失事，多與沒有合理的細化分層有關。
4.抗剪強度指標：對黏性土和粉土可採用直接快剪試驗或自重壓力下預固結的三軸不固結不排水剪試驗(uu)，提供總應力c、 指標。
◆ 現行國家標準和其他地方標準均採用固結快剪（ccq、 cq）或三軸固結不排水剪(ccu、 cu )指標（國標中對於淤泥及淤泥質等欠固結土採用有效自重壓力下預固結的三軸快剪uu，這點與湖北省標一致）。
◆ 湖北省目前剪力試驗一般採用直剪快剪，本地區多年的經驗基本上是基於直剪快剪資料建立起來的。所以湖北省基坑工程設計仍採用直剪快剪指標。
◆ 對於軟土，未經預固結的三軸uu試驗結果往往偏低，偏於保守，因此需要強調在試驗前應對試樣進行自重應力下的固結。
◆ 目前年我院正對科研專案《基坑工程軟土抗剪強度指標的優化選取及其應用研究》，本課題希望通過一定的樣本數的現場原位測試與室內試驗（直快、固快、三軸uu、cu）的對比分析，提出符合實際工程性狀的軟土抗剪強度指標；其次，對軟土深基坑的實測土壓力與採用不同試驗方法的計算值進行對比研究分析，來回答採用何種抗剪強度指標與計算模式、安全係數的匹配及其對基坑支護結構的影響。
5.對於黏性土與粉土、粉砂互動層土的c、 抗剪強度指標建議值可按三者的比例綜合取值，同時提供三者中的最小值；
◆ 原來規定對互動層取黏性土、粉土、粉砂三者中的最小值，主要是考慮順層剪下時將沿著最薄弱面發生。因此現行規程提出要求提供三者的綜合值，同時提供最小值。
◆ 支護設計時應區分不同的計算專案有選擇地取值：計算順層剪下滑移時取小值，計算土壓力、水平抗力和變形時取綜合值。
6.關於抗剪強度指標的綜合意見
比較一致的看法是採用什麼樣的強度引數應與計算模式、安全係數配套。
從理論上講，採用有效應力指標按水土分算更符合有效應力原理，但限於試驗手段和工程費用問題,本地區很多任務程沒有進行三軸試驗,提供的多為總應力指標，且剪力試驗基本都是直剪快剪。所以按照我們所採用的各種計算模式和方法，認為採用一般情況下採用水土合算、抗剪指標採用直接快剪或自重應力下預固結的三軸不排水剪是合理的。
近幾年的工程實踐表明，當支護樁、牆底部仍為飽和軟弱黏性土時,由於深部土層試樣取出地面後擾動過大，一般直剪試驗結果往往嚴重偏低，從而大大增加樁(牆)的嵌固深度。此時，對受開挖卸荷影響不大的深部正常固結土可採用在原位應力下預固結後的剪下試驗c、φ值進行計算，以消除土樣擾動和圍壓解除後的部分影響。有可靠經驗時也可採用固結快剪ccu、cu值予以適當折減。
由於本地區勘察報告一般只提供直接快剪試驗指標，很少提供ccu、 cu或ccq、 cq以及c』、 』，這也給與其他地方和國家標準對比分析帶來了一定的難度。今後是否過渡到水土分算以及強度指標是否與國標接軌、分項係數如何調整等，還有待於試驗方法完善和工程經驗的積累。另外作用於支護結構上的土壓力實測應列入今後基坑監測的一項重要內容，以此作為完善計算方法的依據。
二、關於土壓力計算
1.作用在支護結構上的土壓力，應根據支護結構側向變形條件分別按靜止、主動、被動土壓力進行計算。同時可以採用土與結構共同作用的方法和合理的數值計算方法計算土壓力。
◆ 合理確定土壓力的計算狀態。分別取靜止土壓力、主動土壓力極限值、被動土壓力極限值和主動土壓力提高值、被動土壓力降低值。側向支護結構變形位移大小、形態和方向與土壓力的性質和大小密切相關。
◆ 湖北省的基坑支護結構設計與計算一般採用桿件有限元，為平面計算方法。因此有條件時應逐步探索採用土與結構共同作用的非線性平面或空間有限元的數值計算方法等。
◆ 現代土力學中的數值模擬計算方法。採用比較符合實際土體的應力-應變-強度(有時還包括時間)關係的本構模型可以將變形計算和穩定分析統一起來。採用彈性抗力法或其他採用土與結構共同作用的二維和三維有限元法進行數值模擬，可以給出支護結構所受到的土壓力、結構內力以及變形，便於設計決策。
◆ 開展本構模型研究可以從兩個方向努力：
一是建立用於解決實際工程問題的實用模型，它應能反映某地區岩土、某類岩土工程問題的主要性狀，可以獲得工程建設所需計算精度的分析結果； 二是建立能反映某些岩土體應力應變特性的理論模型：包括彈性模型、彈塑性模型、粘彈性模型、粘彈塑性模型、損傷模型以及結構性模型等，是建立工程實用模型的基礎：
◆ 岩土力學數值模擬中常用的力學引數主要分為兩大類：變形引數和強度引數。
◆ 模型引數測定和選用；
本構模型的驗證。
關於GCT考試的若干問題
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