浅谈结构工程师对岩土勘察报告的研读与使用

[ 关键词 结构设计 岩土勘察报告 地基基础 抗震设计


Abstract: Inview of the phenomenon that some structural designs are carried outwith inadequate consideration & judgment ongeotechnical investigation information, the authors summarize fourtypes of common errors in geotechnical investigation reports,introduce some practical guidance on reading &application of geotechnical investigation reports. It is theauthors’ opinion that geotechnical investigation report plays acrucial role in the process of foundation & seismicdesigns, some important issues related to ground conditions in thisprocess are discussed. Meanwhile some case studies are provided.The authors hope this paper can be helpful reference for structuralengineers to read & apply geotechnicalinvestigation reports.
Keywords:structural design, geotechnical investigation report, foundation,seismic design

岩土勘察与结构设计是工程建设过程中相对独立而又紧密联系的两个阶段，岩土勘察报告是勘察工作的最终文字成果，是结构设计和地基基础施工的重要依据。 根据大量的资料统计分析，在建筑工程质量事故中地基基础事故所占的比重相当大，据有关单位对 43 起房屋发生不均匀沉降原因的分析得知，属于勘察设计不周者占 21%[1 、2] 。所以，如何在结构设计中研读和使用岩土勘察报告， 避免因不当使用岩土勘察成果而造成设计产品遗留质量安全隐患或出现 保守浪费，是确保结构设计安全和质量的关键。 本文主要针对某些基层结构工程师不仔细研读岩土勘察报告、盲目按其进行设计的现象，提出一些相应的意见和建议。
1 岩土勘察报告的常见问题
建设单位和勘察单位有责任和义务为设计单位提供准确反映工程场地实际情况、符合国家勘察规范要求的岩土勘察报告。这是正确使用岩土勘察报告进行结构设计的前提和基础。
然而在实际工作中，部分的岩土勘察报告是不能令人满意的。 除了勘察单位技术水平参差不齐外，建设单位对岩土勘察工作不重视也是主要原因之一。 文献[3 、4] 分别总结了 岩土勘察报告中一些常见问题，笔者认为可归纳为以下四类：
（1 ）勘察实物工作量不足，未充分准确地反映场地复杂多变的地质情况。如钻孔稀疏，间距过大，超出规范[5 、6] 规定；钻孔深度和主要土层的原状土试样或原位测试的数量等不满足规范[5 、6] 要求 。极个别岩土勘察报告甚至存在弄虚作假现象。
从审查意见回复了解到， 钻孔数量少、间距大、位置不合理的岩土勘察报告有部分是由结构工程师负责布孔的，这反映了基层结构工程师缺乏基本的勘察专业知识，需要加强学习。正确的做法应该是由结构工程师编制勘察任务书，就勘察的深度、广度和勘察方法、手段提出原则性要求，勘察单位的注册岩土工程师结合场地地质条件复杂程度制定勘察方案，并对勘察方案的质量、技术经济合理性负责，若设计方提供了布孔图可以作为布设主要依据。
（2 ）岩土工程分析评价有误。如 饱和砂土的 液化判别标准贯入锤击数临界值 N cr 计算有误；或场地存在较厚软土，其上为新近填土而形成大面积堆载，桩侧可能产生负摩阻力，但岩土勘察报告没有提醒设计单位注意，也无提供负摩阻力参数建议值。
（3 ）岩土参数分析选定有误，甚至出现严重错误。
例 1 ： 广州 某厂房工程的岩土勘察报告编制于新旧规范过渡期间，编制人误将极限桩侧阻力、端阻力（ qsk 和 qpk ）经验值作为桩侧阻力、端阻力特征值（ qsa 和 qpa ）建议值，建议值比实际大了一倍；结构设计人员不加分析照用不误；幸好在施工图审查阶段被及时发现才避免了一起重大质量事故。
例 2 ：湖南某学院教学楼工程，岩土勘察报告建议采用人工挖孔桩，持力层为中风化泥质粉砂岩，埋深2.9~9.3m ，单轴饱和抗压强度标准值8.6MPa ，桩端阻力特征值建议 qpa=2000kPa ，地基承载力特征值建议 fak=1200kPa （考虑该岩易龟裂、崩解，当作浅埋基础时 fak=600kPa ）。参照 《全国民用建筑工程设计技术措施（结构）》， 人工挖孔桩桩长 L ＜ 6m 或 长细比 L /D ＜ 3 的应按墩基础考虑，此工程存在人工挖孔桩及天然地基墩基础。 由于中风化岩 地基承载力不作深度修正[7 、8] ，承载力建议值 在墩和桩分界点上不连续：对 相同直径的桩，长度从6m 减少到5.9m ，承载力竟一下减少了40% 。这显然是荒谬而不符合 客观实际， 建议的持力层地基承载力特征值偏低、造成 保守浪费 。
（4 ）地基基础建议方案有误。如迁就建设单位要求而不顾实际情况，只建议一种基础型式，其他基础型式一律不提，似乎只有这种基础型式最合理；又如偏于保守浪费，对埋深很浅、很厚的硬塑粘土层仍建议采用桩基础。
目前在大部分地区， 岩土勘察报告是与施工图一起报送审查机构进行平行审查 ，结构工程师 通常是依据未经审查合格的岩土勘察报告进行设计， 不经分析盲目采用可能会产生严重后果。这与“先勘察、后设计、再施工”的指导思想相矛盾。各地建设行政主管部门应尽快建立和健全岩土勘察报告审查制度：未经审查合格的岩土勘察报告不得作为 初步设计和施工图设计的依据；岩土勘察报告未经审查合格的工程，施工图设计文件审查不得通过，不得向此类工程颁发施工许可证。
2 结构工程师阅读、使用岩土 勘察报告的不良现象
（1 ）部分基层设计单位的结构工程师对岩土勘察报告缺乏全面把握、准确判断的能力，在设计过程中也没有充足的时间认真仔细地研究岩土勘察报告，只在设计后期匆匆地浏览一下岩土勘察报告的内容，而且 只阅读岩土勘察报告的文字报告部分、没有仔细研究 成果图表 所提供的重要地质信息， 就机械被动地按其提供的参数和建议进行地基基础设计。
（2 ）有的则疏忽大意，没有对复杂不利的地质情况采取有效措施。
例 3 ： 广东某酒店地处河口滩涂地带，分布有物理力学性质极差、厚达 23.5~32.7m 的欠固结淤泥。前期采用了插塑料排水带后分级加载进行软基处理。设计单位考虑场地开阔、经过软基处理而采用了放坡加搅拌桩止水的基坑支护方案。在基坑开挖时出现险情：靠河岸段土体显著位移，最高速率达 126.9mm/d ；发生不同程度的工程桩位偏移，最大偏位达 1.61m 。后来采取抢险措施才缓解了险情， 12% 工程桩被破坏而需要补桩。这宗事故有许多客观、主观原因，设计方面的原因包括：对复杂水文地质情况和河水压力问题估计不足，仅采取常规措施处理；在靠河岸段软基处理时间不足、没有软基处理整体效果检测数据的情况下，轻率地同意全面开挖基坑，造成土体失衡滑动；靠河岸段基坑设计考虑不周、没有采取挡土措施。
针对上述不良现象， 结构工程师应重视并掌握适当方法去研读和使用岩土勘察报告。有条件的设计单位可设专人进行岩土勘察报告内部初审。
3 阅读、检查 岩土 勘察报告的步骤和方法
3.1 岩土勘察报告的阅读
正确的方法是在阅读了文字报告部分、初步了解和认识了整个场地地质情况的基础上， 对照勘探点平面图、阅读地质剖面图和 钻孔柱状图。 如果在拟建工程的地区有相应的工程经验，一般不需要查阅 物理、力学性指标统计表 而仅凭土层名称就已经知道该土层的一些主要性质，否则通过 物理力学性指标统计表 中的土层参数（如含水量、液性指数、剪切指标、压缩指标、标贯击数等）也可以对土层物理力学性质有所了解。然后根据建筑物的荷载，选择基础类型和基础持力层，再根据所选择的持力层对照报告中土层物理力学指标与其他设计有关的地质参数，阅读报告结论，判断所提的岩土设计参数是否有遗漏、缺项。7 度以上地震区还需要了解是否存在液化土层。最后再阅读地下水和土腐蚀性评价。
3.2 岩土勘察报告的检查、判断
3.2.1 岩土勘察成果的真实性
岩土勘察成果应具有真实性，否则 会造成结构工程师分析、判断的错误，甚至酿成质量事故。 一般可通过以下几方面对其进行分析：（ 1 ） 计算每个钻机台班所 完成的钻孔数和进尺数，检查其是否超出正常范围； （ 2 ） 汇总每天的钻孔数和进尺数，检查各天的数量是否正常；（ 3 ）对照文字报告、钻孔柱状图和土工试验综合成果表，检查同一土层、同一土样的命名和状态特征是否一致，如有多处不一致则说明其现场取样的质量较差；（ 4 ）正式施工前选取有代表性的钻孔进行试打桩或开挖验槽，如发现实际情况与勘察资料有较大的差异时可要求补充勘察工作、探明情况。
3.2.2 勘察实物工作量
（ 1 ）检查 勘探点平面图 ，如发现 勘察时所依据的 规划总平面图已修改，应提请勘察单位相应修改 勘探点平面图 、反映现拟建房屋与钻孔平面位置关系，并检查是否存在无钻孔控制的区域、是否需要补充勘察工作。
（ 2 ）检查 勘探点平面图中钻孔的位置是否合理，取岩土样试验和原位测试孔的布置是否均匀。
（ 3 ）查看工程地质剖面图，检查钻孔间距、深度是否满足 规范[5 、6] 的要求。
（ 4 ）查看 物理力学性指标统计表，检查取岩、土样试验和原位测试的数量是否满足 规范[5 、6] 的要求。
3.2.3 岩土勘察报告的核心内容
首先应检查确定场地的稳定性和适宜性，对位于山坡、湖海岸边的工程应特别注意可能存在的地质灾害，然后判断持力层选择、地基承载力的合理性，最后按有关规范检查复核地基变形计算参数、地下水和抗震设计参数等核心内容的分析过程和结论。其主要方法可参考有关文献[9~11] ，在此过程中应注意以下两点：
（1 ）应按绝对高程来使用岩土勘察报告：应根据拟建基础底面的绝对高程，判断相应高程的地层作为持力层的可行性；单桩承载力应按有效桩长计算、扣减承台底面以上土的 摩阻力；地下室的桩基进行静载试验时如地下室土方未开挖（桩顶位于自然地面），则其单桩承载力特征值应取试验值扣除地下室深度范围内的桩侧 阻力。
有的岩土勘察报告采用假设高程，假设场地外某一相对固定点为高程 ±0.00 点。这会对判断基础埋深、确定桩长带来困难，应要求有关单位重新换算成绝对高程。
（ 2 ） 国标[7] 已取消了地基承载力表，强调采取荷载试验和地方经验。但岩土勘察报告通常还是采用查表法、也就是按土工试验指标（或原位测试数据）间接地确定地基承载力（往往取低值），而且按不同岩土参数确定的地基承载力也不尽相同，设计人员须根据相关地方规范结合个人经验判断其合理性。鉴于目前勘察现场取样质量参差不齐，建议首先用原位测试数据（如标贯击数）来判断，土工试验数据仅作参考。
3.2.4 对现场地形、地貌和地质实际情况的调查了解
在收到岩土勘察报告后，应向建设单位了解一下场地实际的地形、地貌和地质情况，是否在岩土勘察工作以后对场地进行过开挖、回填、场地平整或地基处理（强夯、堆载预压等），是否与勘察时发生了很大的变化。如遇到这些情况，应请建设单位提供场地实际标高图、地基处理检测报告等资料，结合岩土勘察报告综合分析判断，最好再加上踏勘现场，避免闭门造车。
4 抓住工程地质信息重点，做好结构设计
4.1 抗震设计
我国地震活动分布范围广，抗震设计是结构设计的主要内容之一。抗震设防地区的岩土勘察报告应提供抗震设防烈度、场地类别划分和可液化土液化判别等抗震设计参数。
4.1.1 场地类别划分
规范[12] 依据覆盖土层厚度和代表土层软硬程度的土层等效剪切波速，将场地类别划分为四类。有的岩土勘察报告既没有实测、也没有估算土层等效剪切波速，就随意划分场地类别；另外一些则没有按规范[5 、12] 的要求对层数超过10 层或高度超过30m 的建筑进行土层等效剪切波速的测量，仅按估算剪切波速数值判定场地类别。这样都容易造成场地类别的误判。
场地类别是抗震设计的重要参数，直接关系到结构计算时水平地震作用的大小，以常见的III 类和II 类场地为例，当结构自振周期位于曲线下降段（阻尼比 ζ =0.05 ， Tg≤ T≤5 Tg ）时，水平地震影响系数 α=( Tg ／ T) γη2 αmax=( Tg ／ T)0.9 αmax ，场地类别III 类和II 类的特征周期分别为 Tg3=0.45s 、 Tg2=0.35s （ 地震分组第 一 组） ，其水平地震影响系数比值为 α3/ α2=( Tg3 ／ Tg2)0.9=(0.45 ／0.35)0.9=1.254 ，即同一结构III 类与II 类场地的水平地震作用可相差25.4% 。因此必须对岩土勘察报告的场地类别进行判断，采用正确的场地类别。
另外有些所谓“重点”工程，必须在暂无岩土勘察资料就开始结构设计。此时应尽量了解邻近场地类别，如无把握宜先按III 类场地进行结构计算，这样虽然可能偏于保守浪费，但这是建设单位盲目赶进度所必须付出的代价。
4.1.2 饱和砂土和粉土的液化判别
饱和砂土和粉土在强烈地震作用下发生液化而失去承载能力，这是主要震害之一。 规范[12] 具体规定了 地基抗液化措施，对液化判别有很详细的计算方法。
然而经常发现有岩土勘察报告对地面下 15~20 米范围的 N cr 计算出现错误，误将 d s 值（ 饱和土标准贯入点深度）当 为 d w 值（ 地下水位深度） 代入规范[12] 公式（ 4.3.4-2 ）中计算 N cr ，导致计算结果明显偏小， 对是否发生液化、液化严重程度出现判断错误。结构工程师如果不加分析复核，很容易被误导而采取错误的措施。
4.1.3 不利地段对地震影响系数的放大作用
不利的地形部位对地震动力参数具有放大作用。规范[12] 规定位于 局部突出地形的建筑地震影响系数应予以增大，其条文说明归纳出各种地形（包括山包、山梁、悬崖、陡坡）的地震力放大系数 λ ＝1 ＋ ξα ，最多可增加60% 。
因此应注意从工程地质剖面图等检查是否存在局部突出地形。对条型突出的山嘴、高耸孤立的山丘、非岩石的陡坡、河岸和边坡边缘等不利地段，除考虑边坡支护、地基稳定性验算等环节外，尚应对地震动力参数予以放大。
4.2 地基基础设计
地基基础设计应满足承载力、稳定性和变形要求。 为满足这些要求涉及许多方面，必须紧扣岩土勘察报告的各项内容。下面仅列举几个值得注意、容易忽略的问题。
4.2.1 地基变形验算与土的力学模量选用及压缩曲线[11 、13]
（ 1 ） 压缩模量 E s ： 由压缩固结试验（完全侧限的情况下）测得。 规范[7 、8] 均推荐简化的分层总和法计算地基（桩基础）最终沉降量，按各向同性线变形体理论计算应力分布，取基础中点附加应力，并假定土体单向压缩，地基土开挖后没有回弹，计算应 选用 压缩模量 E s 。
（ 2 ） 变形模量 E 0 ：根据现场压板荷载试验的 p-s 曲线的初始直线段，按均质各向同性半无限弹性介质的弹性理论计算出来，是在无侧限的情况下求得的。当用弹性理论公式估算 地基最终沉降量时，应采用变形模量 E 0 。
（ 3 ） 弹性模量 E d ：可由室内三轴压缩试验确定，多用来计算短时间内快速作用荷载时土的瞬时沉降、高耸结构物在风荷载作用下的倾斜等。
（4 ）岩土勘察报告一般只 提供 p1 为100kPa 、 p2 为200kPa 时相对应的 压缩模量 E s1-2 ，而按规范[7 、8] 计算 地基 最终沉降量 所用的