工程实践中的岩土工程安全度问题（岩土工程师继续教育讲座）

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1、工程实践中的岩土工程安全度问题（岩土工程师继续教育讲座）讲座内容一.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；S－作用•极限状态方程R＝S•安全度

2、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33•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

3、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

4、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。•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？•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

5、。•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。33荷载与抗力没有匹配的案例基本数据•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f609mm´12mm的钢支撑基坑围护结构剖面•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

6、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33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

7、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