岩土设计的几点体会

岩土设计的几点体会
基坑与边坡设计的几点体会
本人几年来做过一些基坑与边坡支护设计项目，对于此类岩土设计项目谈几点体会与大家分享，如有不正确的地方，恳请大家指正！
1、岩土设计工作流程
岩土工程设计项目工作流程一般为：收集资料—初步分析—现场踏勘—初步设计—专家组方案审查—根据方案审查意见进行施工图设计—施工图审图单位进行施工图设计文件审查—根据施工图审查意见出具合格的施工图设计文件—施工过程中作到信息化施工，出现问题，及时变更设计。

在以上流程中以下几个问题须重点注意：
1.1 资料是否齐全
由于岩土工程支护设计须综合考虑工程地质与水文地质条件、周边环境条件、基础类型、基坑开挖深度、降排水条件、周边环境对基坑侧壁位移的要求、基坑周边荷载、施工季节支护、结构使用期限等因素，因此收集以上资料显得尤为重要。

首先是勘察资料，对于基坑勘察：勘察范围应在开挖边界外按开挖深度的1～2倍范围内布置勘探点；深度超过基坑底不小于1倍开挖深度；勘探点间距15～30m。

对于边坡勘察：勘察范围不小于1.5倍边坡高度；勘探点深度进入坡底以下3～5；勘探点间距一级小于15m，二级15～20m。

二是项目设计资料，岩土工程设计项目必须在建筑总平面规
划图确定后方能进行方案审查。

三是地形图、周边地下管网图、周边建筑物基础型式、建筑物基础型式须收集齐全。

以上资料须以纸质版的形式提供，并盖单位公章，由于以上资料是岩土工程设计基础资料，若出现问题则有据可查。

1.2设计文件内容是否满足规范要求
现在一份岩土工程设计文件除了符合常规施工方法外，还须满足规范要求，不能出现与规范相冲突的地方，如土钉墙就不能用超过
12m的基坑，计算书中不能出现安全系数不满足规范要求的地方。

2、岩土支护工程指标的选取
一份合格正确的岩土支护设计文件方面依赖于正确的计算方法，另一方面依赖于岩土参数的正确性。

基坑支护在计算排桩的水平荷载时，直接影响荷载值大小的就是土层参数的选取，其中影响最大的土层参数主要有：粘聚力c、内摩擦角φ。

粘聚力c、内摩擦角φ通过三轴剪切仪试验或直接快剪仪试验得出。

由于直剪操作方法有缺点，重要工程都用三轴剪切仪试验。

三轴剪切试验相对于直剪试验，更能模拟土体实际受力状态以及能够严格控制排水条件，故其结果更为可靠。

但由于直剪仪试验简单、快捷，在对该地区工程地质有一定勘察经验的前提下，也有采用直剪试验的，目前长沙地区基坑一般只做直剪，株洲地
区基坑一般都要求做三轴剪切试验。

目前，基坑设计人员在进行深基坑土压力计算时．长沙地区基坑c 、φ值指标一般常用固结快剪，并且较流行的做法是用c 值标准值乘以0.6～0.7折减系数，φ值指标乘以0.7～0.8折减系数。

关于基坑支护计算中岩石参数，一般的地质报告都没有提供这一指标，仅提供单轴抗压强度或综合内摩擦角，致使在计算时多是凭各人的经验取值。

岩石的c 、φ参数可按莫尔一库仑强度准则反算岩石的c 、φ值。

单轴拉压强度相当于
03=σ，则由莫尔一库仑强度公式有：01=2(45+)2φσCtg (1)
已知,
1fr =σ假设φ值，则由（1）式可算出C 值，再考虑裂隙的折减，即求得岩层的c 、φ值。

例如，对于长沙地区的中风化板岩，设fr=7Mpa ，设φ=36o ，则由（1）式可算得C=1.78Mpa ，考虑岩体裂隙的折减，地基规范的经验为：对较完整的岩体可取折减成系数为0.2～0.5，偏安全取为0.2，则C=0.36Mpa ，这样取为C=0.36Mpa, φ=36°是符合实际的。

边坡岩体性能指标按查表法确定。

《建筑边坡工程技术规范》
( GB50330 - 2002 ) 表41511～41515给出了结构面抗剪强度指标和边坡岩体内摩擦角折减系数及边坡岩体等效内摩擦角标准值。

3、基坑支护常用计算方法
基坑支护结构的设计计算是一个涉及岩土及结构工程的综合、复杂结构计算，其计算模型可以说至今也未完善。

特别是设
及到岩土工程部分的参数取值和计算。

勘察、设计及施工技术人员在把握土层参数取用及支挡结构计算时。

有很大的现场施工及设计经验成份。

基坑支护设计既要掌握设计计算理论。

又要熟悉现场地质及施工情况。

以往做的基坑设计项目常用支护型式有土钉墙支护与桩锚支护结构，其计算方法如下：
3.1土钉墙支护计算
土钉墙计算包括局部抗拉承载力计算与整体整定计算：
局部抗拉承载力计算，基坑规程中土钉力的计算是按主动土压力强度，按土钉分担的面积分配的，其结果是底部土钉力最大，而顶部土钉力最小。

实测土钉力沿深度分布为中间大，上、下小，因而按规程计算土钉力与实际土钉力是不一致的。

整体整定计算，基坑规程中根据施工期间不同开挖深度(工况)采用圆弧滑动简单条分法进行整体稳计算，考虑土钉作用后的整体安全系数要求大于1.3，从而求出每一工况下各道土钉长度，取其各工况最大值作为设计长度。

3.2桩锚支护计算
桩锚支护结构计算方法有：弹性法与经典法：
弹性法是指排桩和地下连续墙等支护结构按竖向弹性地基梁用有限单元法计算内力和位移．也称弹性地基梁法．一般只能用计算机电算手段进行计算。

经典法是指对排桩和钢板桩等支护结构按等值梁用静力极限
平衡法计算内力，也称静力平衡等值梁法，该方法不能计算桩顶最大水平位移、桩身最大水平位移、地面最大沉降量等指标，经典法计算出来的桩身内力过大，过于保守，易造成浪费。

该法可以采取手
算的方式计算。

用弹性支点方法确定支护结构内力及变形较为合理，基坑规范要求一般采用弹性法计算，采用弹性法计算过程中，有如下几个问题需注意：
1）在用“弹性法”中的“m法”进行支护结构计算时．基坑开挖底部以下的土层水平抗力系数的比例系数m是最至关重要的因素。

按开挖面以下土的水平抗力系数的比例系数m应根据单桩水平荷载试验结果计算而得．但对于一般的基坑工程。

很少进行单桩水平荷载试验．这样就必须充分利用当地的工程经验进行水平抗力系数的比例系数m值的估算和确定。

水平抗力系数的比例系数m一般不是根据经验公式而求得的。

经验公式只能估算黏性土的m值．对砂土、岩层等是不能简单地应用经验公式的。

基坑设计中常规程中的估算公式，应该是存在一定问题的。

2）关于桩顶冠梁的作用，
在实际的基坑支护设计中．一般将冠梁作为一种安全储备而不加以考虑。

有些科研人员根据圈梁对支护桩的约束和变形协调，给出一种考虑圈梁协同作用的支护桩的简化计算方法(见图1)。

“理正深基坑支护结构设计软件F—SPW”在单元计算中对
冠梁的作用在“弹性法”计算中有一些考虑，在“经典法”计算中无法考虑。

对于平面形状为矩形的基坑。

认为该估算公式有一定的合理性；但对于不封闭的长条形基坑，没有形成平面闭合的支护桩。

就无法估算出冠梁的刚度。

冠梁对支护桩内力的影响一般都作为安全系数来考虑．对于长条形基坑可以忽略冠梁的作用。

3）支点水平刚度系数的确定
“弹性法”计算中，支撑体系(含具有一定刚度的冠梁)或其与锚杆混合的支撑体系水平刚度系数应按支撑体系与排桩的空间作用协同分析方法确定。

当增加支点水平刚度系数时，支撑轴力明显增加。

4、边坡护常用计算方法
4.1边坡支护前，首先是对边坡的稳定性进行分析，边坡稳定性分
析方法可归纳为定性分析方法、定量分析方法和不确定分析法三大类。

4.1.1定性分析方法
定性分析方法主要是通过工程地质勘察,对影响边坡稳定性的主要因素、可能的变形破坏方式及失稳的力学机制等分析,对已变形地质体的成因及其演化史进行分析,从而给出被评价边坡的一个稳定性状况及其可能发展趋势的定性说明和解释。

常用方法主要有:自然历史分析法、工程地质类比法、边坡稳定性分析数据库、专家系统及图解法等。

4.1.2定量分析方法
a. 极限平衡法
极限平衡法是目前边坡稳定性分析中最常用的方法。

工程上惯用的是费伦纽斯(W. Fellenius) (1927 年) 的简化条分法,即瑞典圆弧法,假定滑动面为圆弧,该方法在没有计算机的年代能大大简化计算,是一种实用的方法。

Bishop (1950 年) 对传统的Fel2lenius 法作了重要改进,提出了安全系数的定义,通过力矩平衡来确定安全系数。

在国内传递系数法也是一种常用的方法,其安全系数与Bishop 法比较接近,但当遇到软弱夹层时安全系数偏大。

b. 极限分析法
塑性极限分析法考虑岩土体应力—应变关系,用塑性力学上限、下限定理分析边坡稳定问题,就是从下限和上限两个方向逼近真实解。

这一求解方法最大的好处是回避了在工程中最不易弄清的本构关系表达式,因而具有物理概念清晰、应用简单且在很多情况下可给出问题的严密解等优点。

陈祖煜在这方面做了大量研究,严格地推导了二维边坡稳定分析的上限解和下限解,通过虚功原理求解使得Sarma 法求解变得十分简单，大大提高了计算效率。

c. 数值分析法
数值分析法是考虑到岩土体为非均质、不连续、大变形等特点而出现的方法。

有限元法是数值分析法中的典型代表,有限元
法全面满足了静力许可、应变相容和应力—应变之间的本构关系,与极限平衡法相比具有以下优点:破坏面的形状或位置不需要事先假定;不必要引入假定条件,保持了严密的理论体系;有限元解提供了应力—变
形的全部信息。

有限元法是一种比较理想的分析边坡应力、变形和稳定性态的手段。

在有限元法后又发展了边界元法、FLAC 法、离散元法、块体理论(BT) 和不连续变形分析(DDA) 等数值分析法。

数值分析需要解决的问题是岩土体本构关系和输入数据的精度。

4.1.3不确定分析法
近年来,随着科学技术的进步和滑坡、边坡理论研究的深入,人们已普遍认识到传统的边坡稳定性分析中还存在许多不确定性因素。

因此,国内外许多学者探索如何在评价边坡稳定时将这些不确定性因素考虑进去,这几年发展起来的主要方法有概率分析法、人工神经网络分析法、模糊综合评判法和灰色系统理论分析法等。

4.2做过项目中常用的支护型式有挡土墙、锚杆结合肋梁支护及桩锚支护，挡土墙与桩锚支护设计理论较为成熟，在此主要讨论锚杆结合肋梁支护结构的计算：
锚杆结合肋梁支护结构有些专家常将其定义为锚杆格构挡墙支护结构，我个人认为是有问题的，锚杆格构挡墙公路规范规定格构坡比不能小于1:0.05，在坡度接近垂直的情况以土压力的作用作为控制条件是较为适宜的。

而锚杆结合肋梁常用在坡度相对
比较缓的边坡，土压力乘以坡度折减系后其值很小，锚杆设计拉务由整体稳定性控制，肋梁配筋应由以整体稳定性求出的锚杆拉力计算求得
5、目前设计中的一些问题
实际工作中遇到一些未理解的问题，现提出来请大家共同讨论研究：
土岩结合的二元基坑，基坑支护采用桩锚支护结构，其嵌固段应如何确定，如已经施工完成的项目；
边坡采用桩锚支护，在边坡底前方一定距离开挖基坑，支护桩前只剩土台，如何考虑土台的作用；
人工填土较深的基坑，像基坑支护，人工填土中施工锚索时，基坑壁没有水平位移，离基坑较远处沉降很大，是否是由于该区域人工填土粘性差，属高灵敏土，成孔扰动引起沉降?
以上是我个人的一些体会与疑问，请大家批评指正！2010年8月28日。