地基基礎工程的現(xiàn)狀及發(fā)展綜述

地基基礎工程的現(xiàn)狀

及發(fā)展綜述

11.地基基礎工程國內外現(xiàn)狀地基基礎工程需解決的問題：建（構筑）物的地基強度設計、變形控制、穩(wěn)定性控制、基礎材料設計、檢驗與監(jiān)測技術和相關施工技術。地基強度設計：應包括，地基原位測試技術、室內測試技術、允許設計取值。變形控制：應包括，地基變形計算、建筑物允許變形、對相鄰建筑物的影響。穩(wěn)定性控制：應包括，建筑物整體穩(wěn)定性、抗浮穩(wěn)定性、抗震穩(wěn)定性。

2基礎材料設計：應包括，材料抗沖切、抗剪、抗彎設計、耐久性設計及地基土的材料特性。地基土的材料特性：應包括土的組成、化學成分、成因、應力歷史、地下水條件、物理力學指標等。地基基礎的工程研究：地基材料特性、結構類型適應性、施工技術可行性。31.1基礎工程的可靠性、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國際工程結構可靠性設計的研究，全面開展了對工程結構可靠性設計的研究。

85年國際標準ISO2394《結構可靠性總原則》發(fā)布，這種設計方法在世界各國結構工程界得到實施，標志世界結構工程設計的全面技術進步。

84年我國國家標準GBJ68-84《建筑結構設計統(tǒng)一標準》發(fā)布。4

我國89版國家標準體系全面引入了以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法，簡稱概率極限狀態(tài)設計法，即承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的設計方法。

89版國家標準體系的特點：結構可靠度設計的范圍僅限于構件設計的可靠度；對結構體系的可靠度研究還未達到使用階段；國家規(guī)范體系中還沒有全面涉及耐久性設計的內容。52000版國家標準體系的公布，進一步明確了可靠性設計的原則和適用范圍，全面引入結構耐久性設計的內容，使我國結構工程的技術水平隨國際同步，達到了新的技術水平。1）《建筑結構設計統(tǒng)一標準》GBJ68-84，修訂為《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》。2）由于《建筑地基基礎設計規(guī)范》、《建筑抗震設計規(guī)范》在結構可靠度設計方法有一定特殊性，由原標準要求的“應遵守”本標準，改為“宜遵守”本標準。63）《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB50007-2002中明確了地基基礎設計中承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的使用范圍和計算方法，對荷載組合的設計取值和相應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、特征值和安全系數的方法，并對荷載組合設計取值給出了規(guī)定。74）基礎工程可靠性包括以下幾個方面：·基礎工程結構或結構的一部分作為剛體失去平衡（如傾覆等）；·基礎工程結構構件或連接因材料強度超過而破壞（包括疲勞破壞）、或因過度的塑性變形而不適于繼續(xù)承載；·基礎結構轉變?yōu)闄C動體系，或因過大變形引起上部結構不適合繼續(xù)承載；·基礎工程的變形引起結構裂縫或影響正常使用；·基礎工程的耐久性。81.1.2耐久性國外對耐久性的認識是使用極限狀態(tài)的問題，認為結構或構件出現(xiàn)不可接受的外觀損傷，是經濟合理的使用壽命問題。國內則更多的認為是安全問題，將耐久性看成是承載能力極限狀態(tài)問題?；炷两Y構的耐久性問題，主要在三個方面：

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。

9鋼筋銹蝕?；炷羶鋈趽p傷?；瘜W物質的侵蝕。堿骨料反應—水泥水化過程中釋放出來的堿金屬與骨料發(fā)生反應。堿—硅酸反應堿—碳酸鹽反應機械物理損傷—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。102000版設計計規(guī)范范對耐耐久性性的規(guī)規(guī)定：：規(guī)定了了設計計使用用年限限對使用用環(huán)境境進行行了分分類對結構構混凝凝土進進行了了規(guī)定定對構造造要求求進行行了規(guī)規(guī)定111.2更加強強調原原位測測試的的重要要性地基土土（巖巖）由由于成成因、、應力力歷史史、地地下水水條件件等的的改變變，對對土的的基本本力學學性質質影響響很大大，基基礎工工程設設計參參數更更加強強調原原位測測試的的重要要性。。近20年的工工程實實踐，，在土土的原原位強強度、、變形形特性性的測測試技技術、、軟土土、砂砂土的的非擾擾動取取土測測試技技術不不斷發(fā)發(fā)展，，如：：靜力力觸探探儀技技術、、旁壓壓儀技技術、、扁鏟鏟測試試技術術、軟軟土的的薄壁壁取土土技術術，砂砂土的的二重重管、、三重重管取取土技技術等等研究究和應應用，，已大大大提提高了了巖土土工程程原位位測試試技術術的發(fā)發(fā)展和和工程程應用用的可可靠性性。12如有的的學者者介紹紹國外外發(fā)達達國家家，如如德國國，原原位觸觸探類類測試試與取取土鉆鉆孔在在工程程上的的比例例與我我國比比正好好相反反，靜靜力觸觸探除除有壓壓力傳傳感之之外，，還安安裝攝攝像和和其他他傳感感器，，大大大提高高了巖巖土工工程勘勘察的的水平平和能能力。。我們國國家總總的狀狀況是是觸探探技術術應用用的多多一些些，大大都是是傳統(tǒng)統(tǒng)的取取土測測試，，先進進的取取土技技術、、旁壓壓儀、、扁鏟鏟等應應用面面較小小，設設備的的差距距較大大。131.3強調按按變形形控制制的基基礎工工程設設計原原則《建筑地地基基基礎設設計規(guī)規(guī)范》GB50007-2002中明確確規(guī)定定了按按變形形設計計的原原則、、方法法，地地基基基礎工工程按按變形形控制制設計計的思思想是是國內內外巖巖土工工程學學術領領域的的共識識。分析所所有地地基基基礎工工程的的事故故，因因地基基強度度引起起的比比例很很小，，大部部分是是因地地基過過大變變形引引起的的傾覆覆和開開裂，，或因因差異異沉降降引起起的裂裂縫而而影響響正常常使用用。14黃熙齡院士士在1991年~1997年，通過一一系列室內內模型試驗驗進行了變變形控制設設計研究，，并進行了了工程實踐踐，同時把把這一重要要設計思想想編入GB50007-2002《《建筑地基基基礎設計規(guī)規(guī)范》，即在一個個整體大面面積基礎上上建有多棟棟高層或多多層建筑，，應按上部部結構、基基礎與地基基共同作用用進行變形形計算，標標志著我國國地基基礎礎設計水平平已達到國國際先進水水平。15我省原云南南省設計院院總工劉岳岳東教授級級高工，已已年過80高齡，經過過多年的調調查、分析析、研究，，出版了《高層建筑筏筏形基礎內內力分析》一書，對現(xiàn)現(xiàn)行規(guī)范中中的一些問問題提出了了不同的論論點：如，，對基礎內內力分析的的彎曲與彎彎矩的概念念及相應的的“倒梁法法”計算的的不同觀點點；對基底底摩擦阻力力抵消基礎礎整體彎矩矩的討論。。同時針對對上部結構構、基礎、、地基共同同工作的設設計思想和和方法，分分為9個章節(jié)進行行了分析和和論述。劉劉老的這部部專著對我我們更深入入準確地學學習貫徹《建筑地基基基礎設計規(guī)規(guī)范》，并把上部部結構、基基礎、地基基共同工作作的設計思思想在工程程實踐中推推廣和實踐踐有指導作作用，劉老老這種對工工程科學問問題嚴謹且且不斷探求求的精神，，是我們全全體工程技技術人員學學習的榜樣樣。161.4重現(xiàn)監(jiān)測技技術監(jiān)測技術在在地基基礎礎工程中占占有十分重重要的地位位。它既是是地基基礎礎工程災害害的預警系系統(tǒng)。同時時監(jiān)測數據據是檢驗地地基基礎工工程設計、、施工質量量和水平的的重要依據據。動態(tài)設設計、信息息化施工要要依靠監(jiān)測測技術實現(xiàn)現(xiàn)。監(jiān)測技術包包括：測試原件、、監(jiān)測儀器器儀表、自自動控制系系統(tǒng)和反分分析技術。。監(jiān)測技術研研究包括：：測試原件、、儀器儀表表的可靠性性、耐久性性研究，自自動測試系系統(tǒng)可靠性性研究、遠遠程監(jiān)控技技術和自動動報警系統(tǒng)統(tǒng)。17近十年國內內外在監(jiān)測測技術的研研究方面已已基本上實實現(xiàn)了：除傳統(tǒng)的應應變、頻率率測試外，，發(fā)展了遠遠紅外技術術、光譜分分析技術，，并在自動動化程度和和可靠性上上大大提高高，并且實實現(xiàn)了長期期監(jiān)測和自自動預警的的系統(tǒng)設計計功能。監(jiān)測和研究究的內容：：建筑物的沉沉降觀測和和監(jiān)測；大型土石壩壩工程的裂裂縫、應力力觀測和監(jiān)監(jiān)測；大型邊坡工工程、填筑筑工程的沉沉降監(jiān)測和和裂縫監(jiān)測測；地鐵工程建建造期和使使用期對地地上建筑物物影響的監(jiān)監(jiān)測等。181.5大型區(qū)域工工程的相關關技術和綜綜合利用。。區(qū)域性基礎礎工程包括括：區(qū)域性地下下空間開發(fā)發(fā)功能設計計、基礎設設計和相關關施工技術術。地鐵車站建建設的地下下通道與周周圍建筑群群的聯(lián)結；；地鐵道路對對線路上建建筑物基礎礎（包括超超長樁基礎礎）的影響響；地下車庫在在區(qū)域地下下空間建設設的道路設設計；小區(qū)地下空空間綜合利利用的規(guī)劃劃、建筑設設計等。19隨著城市用用地日益緊緊張，地下下空間開發(fā)發(fā)的地下車車道、地下下商場、地地下車庫的的需求越來來越大，區(qū)區(qū)域基礎工工程研究的的問題是綜綜合規(guī)劃、、建造、增增加投資效效益和地下下空間綜合合利用率，，減少由于于單體設計計、施工引引起的人為為地質災害害，包括基基礎支護結結構及錨桿桿對鄰建建建筑物的影影響、地鐵鐵線路穿越越高層建筑筑樁基礎等等引起的相相關問題。。目前在小區(qū)區(qū)規(guī)劃設計計中，已初初步考慮了了地下空間間綜合利用用問題，但但對相關基基礎工程設設計和相關關聯(lián)結技術術還有待進進一步研究究。202.地基基礎工工程技術發(fā)發(fā)展中的幾幾個問題隨著我國國國民經濟的的高速發(fā)展展，建筑業(yè)業(yè)在我們國國家的經濟濟發(fā)展中已已占有重要要地位。進入21世紀，大型型公共建筑筑項目、住住宅產業(yè)項項目、地下下空間開發(fā)發(fā)利用、城城市地下交交通建設等等規(guī)劃設計計、施工綜綜合研究的的需求，對對我們結構構工程師提提出了新的的課題，也也為基礎工工程科學的的發(fā)展提供供了廣闊的的空間。21國內發(fā)達地地區(qū)在超深深超大基坑坑工程、大大底盤多塔塔樓高層建建筑、地下下商場、地地下車庫、、以及大跨跨空間多層層地下建筑筑等，不僅僅在大型公公共建筑而而且在住宅宅小區(qū)建設設中都已經經有廣泛的的應用，其其面積已達達到總建設設面積的10%。綜上所述我我們結構工工程師在思思考、研究究和實踐中中，應在如如下幾個問問題有所突突破。222.1上部結構—基礎—地基共同作作用設計的的進一步步研研究和實踐踐。建筑物的基基礎沉降都都是“盆形形”沉降，，即四周小小，中間大大。規(guī)范中所列列的單體高高層建筑箱箱形基礎，，當地基較較均勻、豎豎向結構構構件布置均均勻、上部部結構荷載載分布均勻勻時，箱形形基礎的底底板、頂板板的內力近近似于局部部受力的內內力，但這這種情況在在工程實踐踐中是很難難遇到的。。工程中大量量遇到的情情況越來越越需要進行行上部結構構—基礎—地基共同作作用的設計計。如：23（1）箱形基礎礎或裙樓比比塔樓擴大大，剛度較較大荷載分分布也較大大核心筒，，造成荷載載不均勻，，由于功能能的要求豎豎向構件的的布置不均均勻。（2）目前上部部結構內力力計算均把把基礎作為為嵌固的固固定端來假假定的，因因此整個結結構體系沒沒有考慮““盆形”沉沉降而引起起的附加內內力。（3）有的項目目實測研究究認為，上上部結構—基礎—地基共同作作用的計算算和設計應應考慮施工工過程的內內力變化和和分布，有有的項目實實測表明，，當施工到到9~11層時對結構構體系，特特別是對地地基基礎的的計算起控控制作用，，即過多地地考慮上部部結構的剛剛度參與是是不安全的的。以上僅是復復雜工程實實踐中的一一小部分，，因此上部部結構—基礎—地基共同作作用的原理理還需進一一步的研究究實踐。242.2按變形控制制設計為減小沉降降設置樁基基的設計思思想，是我我國應用變變形控制進進行基礎工工程設計的的成功經驗驗。減少建筑筑物整體體沉降可可以采用用減少結結構自重重從而降降低基底底附加壓壓力；采采用深埋埋基礎；；采用樁樁基等各各種措施施和方法法。對于差異異沉降的的控制可可采用設設置沉降降縫，設設置施工工后澆帶帶等措施施和方法法。在實際工工程中由由于功能能要求，，不允許許設置沉沉降縫；；或因地地下水位位較高或或希望工工期縮短短，采用用施工后后澆帶要要增加施施工費用用，對工工期也有有影響。。25因此就出出現(xiàn)了按按變形控控制的設設計方法法。如：云南南省設計計院完成成的北京京中華民民族園，，根據業(yè)業(yè)主的需需求，用用一層到到九層的的階梯形形建筑構構成人造造山體，，建筑內內部為商商業(yè)用途途地下一一層停車車庫，總總面積十十二萬平平方米，，荷載的的差異非非常大，，并且不不可能設設縫。因因此采用用樁基獨獨立柱承承臺，再再用防水水板做地地下室底底板，其其核心就就是不采采用天然然地基，，而用樁樁來控制制差異很很大的變變形。這這一方法法得到北北京首規(guī)規(guī)委組織織的專家家組的充充分肯定定，建成成后說明明這一方方案是成成功的，，且是經經濟的。。26其他各地地也有若若干成功功的實例例。但整個按按變形控控制設計計方法還還有待在在實踐中中總結完完善和系系統(tǒng)地深深入研究究。另一個方方面，目目前深基基坑工程程對于周周圍建筑筑及地下下管線、、道路的的影響，，在城市市建設中中事故率率較高，，深基坑坑工程設設計必須須按變形形控制設設計已列列入規(guī)范范，但某某些支護護技術對對變形計計算的研研究還十十分欠缺缺乏（如如土釘墻墻支護）），事故故率也比比較高，，因此按按變形控控制的支支護設計計計算方方法還有有待全面面地總結結完善。。272.3全面提高高原位測測試技術術水平。。作為為基基礎礎工工程程設設計計依依據據的的巖巖土土工工程程勘勘察察，，原原位位測測試試技技術術研研究究目目前前積積累累的的大大量量資資料料以以地地基基強強度度為為主主，，而而且且開開展展工工作作的的廣廣度度和和深深度度還還不不均均衡衡，，對對于于原原位位地地基基變變形形參參數數的的研研究究較較少少，，至至使使工工程程設設計計或或由由于于參參數數保保守守，，造造成成工工程程浪浪費費，，或或由由于于估估計計錯錯誤誤，，造造成成工工程程事事故故。。28隨著著地地基基—基礎礎—上部部結結構構共共同同作作用用設設計計和和按按變變形形控控制制設設計計的的要要求求，，變變形形參參數數原原位位測測試試技技術術的的研研究究和和實實踐踐十十分分重重要要，，特特別別對對于于砂砂土土、、粉粉土土、、風風化化巖巖等等室室內內評評價價有有困困難難的的地地基基土土更更加加重重要要。。并并且且這這項項技技術術的的發(fā)發(fā)展展不不僅僅需需要要引引進進先先進進的的裝裝備備和和儀儀器器，，還還需需要要積積累累量量大大面面廣廣的的工工程程資資料料和和經經驗驗總總結結。。因因此此在在市市場場經經濟濟的的現(xiàn)現(xiàn)實實中中，，還還需需要要我我們們在在觀觀念念上上給給予予重重視視、、在在方方法法實實施施合合作作，，推推動動這這項項技技術術的的進進步步。。292.4進行監(jiān)測技術術的進一步實實踐和研究。。監(jiān)測數據是信信息法施工和和動態(tài)設計的的重要依據，，也是檢驗、、總結和調整整地基基礎工工程設計的重重要依據；大大量監(jiān)測數據據的積累，為為工程設計反反分析，建立立區(qū)域地質資資料庫有十分分重要的意義義。我國基坑工程程研究方面的的投入還十分分欠缺，監(jiān)測測技術的實踐踐和研究包括括測試原器件件、測試系統(tǒng)統(tǒng)及自動化預預警系統(tǒng)等方方面內容。303.幾個重要的專專題3.1北京京市市勘勘察察設設計計研研究究院院的的共共同同作作用用分分析析方方法法的的研研究究與與應應用用，，上上部部結結構構、、基基礎礎與與地地基基共共同同作作用用的的概概念念。。共同同作作用用應應滿滿足足的的條條件件：：1）三三者者各各自自需需滿滿足足靜靜力力平平穩(wěn)穩(wěn)條條件件；；2）彼彼此此之之間間要要滿滿足足變變形形協(xié)協(xié)調調條條件件。。上部部結結構構與與基基礎礎的的共共同同作作用用是是結結構構力力學學問問題題；；地基基與與基基礎礎的的共共同同作作用用是是屬屬于于不不同同材材料料體體系系的的連連接接。。31共同同作作用用方方法法的的難難點點：：·核心心問問題題：：基基礎礎與與地地基基接接觸觸面面的的反反力力計計算算。。·考慮慮的的內內容容：：1）地地基基模模型型的的確確定定：：反反映映地地基基土土的的應應力力應應變變變變化化規(guī)規(guī)律律，，簡簡便便、、實實用用，，易易于于在在工工程程中中應應用用。。2）參參數數確確定定：：需需要要大大量量工工程程的的試試