岩土工程的安全问题(岩土工程师继续教育讲座)
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• 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。
• R－抗力函数；S－作用函数 • 极限状态方程 R＝S • 安全度控制方法 • 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
• 支撑的位置 • 插入深度 • 地面施工荷载 • 坑底注浆加固
垮塌的一角
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
• 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。
•
N c fc Aps ？？？
• 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。
• 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。
• 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。
• 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
讲座内容
• 一.岩土工程安全度与主体工程结构安 全度
• 二.在岩土工程勘察、设计工作中，对 安全度的控制
• 三.在工程施工和运行过程中，安全度 的实现
• 四.岩土工程的风险评估与控制
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。
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
• 地基基础与上部结构无论在使用功能、荷 载传递或者建筑施工方面都是不可分割的 整体。
• 设计时从上部结构到地基基础，逐步传递 荷载，始终保持各部分构件的静力平衡和 满足强度变形的要求。
• 从技术上和体制上讨论岩土工程与上部结 构设计的关系。
• 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。
Nk
Fk
Gk n
Nik
Fk
Gk n
M xk yi yj2
M yk xi xj2
• 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？
•
技术上如何协调不同的设计原则？
• 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。
连续墙后倾，支撑挠曲
相邻路面下沉
回填黄砂抢险
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
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
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） (上)
• 学习了工程安全度的理论和技术标准中有 关安全度的各种规定之后，下面将进一步 讨论工程实践中的岩土工程安全度问题。
• 讨论工程安全度的控制与风险、影响岩土 工程安全度的因素，包括体制的因素和技 术的因素。
• 岩土工程是全过程的技术服务，包括勘察 设计阶段的安全度控制、施工与运营阶段 安全度的实现及可能存在的风险分析。
荷载与抗力没有匹配的案例
Hale Waihona Puke Baidu
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609mm12mm的钢支撑
基坑围护结构剖面
• 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。
• R－抗力函数；S－作用函数 • 极限状态方程 R＝S • 安全度控制方法 • 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
• 支撑的位置 • 插入深度 • 地面施工荷载 • 坑底注浆加固
垮塌的一角
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
• 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。
•
N c fc Aps ？？？
• 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。
• 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。
• 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。
• 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
讲座内容
• 一.岩土工程安全度与主体工程结构安 全度
• 二.在岩土工程勘察、设计工作中，对 安全度的控制
• 三.在工程施工和运行过程中，安全度 的实现
• 四.岩土工程的风险评估与控制
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。
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
• 地基基础与上部结构无论在使用功能、荷 载传递或者建筑施工方面都是不可分割的 整体。
• 设计时从上部结构到地基基础，逐步传递 荷载，始终保持各部分构件的静力平衡和 满足强度变形的要求。
• 从技术上和体制上讨论岩土工程与上部结 构设计的关系。
• 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。
Nk
Fk
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Nik
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M yk xi xj2
• 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？
•
技术上如何协调不同的设计原则？
• 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。
连续墙后倾，支撑挠曲
相邻路面下沉
回填黄砂抢险
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
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
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） (上)
• 学习了工程安全度的理论和技术标准中有 关安全度的各种规定之后，下面将进一步 讨论工程实践中的岩土工程安全度问题。
• 讨论工程安全度的控制与风险、影响岩土 工程安全度的因素，包括体制的因素和技 术的因素。
• 岩土工程是全过程的技术服务，包括勘察 设计阶段的安全度控制、施工与运营阶段 安全度的实现及可能存在的风险分析。
荷载与抗力没有匹配的案例
Hale Waihona Puke Baidu
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609mm12mm的钢支撑
基坑围护结构剖面