Question

桂林岩溶区岩土工程分析与评价

Answer 1

1.4.1　岩土工程分析评价的内容和要求

1.4.1.1　岩土工程分析评价的内容

岩土工程分析评价是岩土工程勘察成果整理的核心内容，它是在各项勘察工作成果和搜集已有资料的基础上，结合工程的结构荷载特点和使用要求进行的。岩土工程分析评价的内容主要包括：

（1）岩溶场地的稳定性和适宜性评价。一般来说，桂林岩溶地区场地，除了岩溶强发育地带及塌陷区域外，绝大部分区域的地基岩土层分布较连续、稳定，且未发现有第四纪新构造活动的迹象。据史料记载，桂林市自公元220年以来未发生震级大于3.5级的地震，场地区域稳定性较好。

但在漓江一级阶地的勘察中，有时发现有较大范围的新近塌陷区域，此外，在市区东部和西部局部地段有强烈岩溶发育区，在这些地段，溶洞、土洞或塌陷异常发育，基岩中溶洞或成串珠状分布，这些地段的场地适宜性评价结果是差或很差，换言之，这类场地是不宜建设建筑物的场地，因为地基处理的费用很大。

（2）场地岩溶地基均匀性评价。在桂林岩溶地区，由于石灰岩基岩面有时起伏很大，导致第四纪地层分布的厚度及力学性能也差异很大，对地基基础的不均匀沉降、或者对桩基础的持力层选择、基础的稳定性都会带来一定的影响。

（3）根据野外钻探、原位测试、室内试验等结果，结合本地区的建筑经验，按照相关规范的规定，提出场地内各地层的岩土设计参数建议。

（4）预测拟建工程施工和使用过程中可能出现的各类岩土工程问题，尤其是土洞扩展以及岩溶塌陷问题，并提出相应的预防措施或地基处理方法。

（5）综合考虑场地工程地质条件和建筑物特点以及荷载情况，从安全经济、技术可行的原则出发，提出地基与基础设计方案以及基坑边坡支护等各项岩土工程方案设计的建议。

（6）预测拟建工程对现有工程的影响、工程建设过程中产生的环境变化，以及环境变化对工程的影响。例如，基坑开挖抽水或桩基础施工等，是否会诱发周围的岩溶塌陷灾害问题。

（7）场地和地基的地震效应评价。根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2001）的有关规定，对本场地的地基土层的地震效应作评价。根据《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2001）的规定划分：桂林市抗震设防烈度为6 度，设计基本地震加速度值为0.05 g，设计特征周期为0.35 s，设计地震分组为第一组。

1.4.1.2　各类岩土工程评价要点

根据各类工程的类型及特点，其岩土工程评价与分析的具体内容，除了上述以外，还应该有所区别地突出以下重点。

1.4.1.2.1　天然地基浅基础的分析评价

（1）岩溶地基的稳定性、土洞及其塌陷的评价分析；

（2）地基土的均匀性；当采用浅基础时，要注意红粘土地基的不均匀厚度分析，尤其是基岩表明分布的软、流塑红粘土；

（3）地基持力层及地基承载力的建议；

（4）提供地基变形计算参数，按照规范对地基进行变形验算，预测建筑物的变形特征。

1.4.1.2.2　桩基工程的分析评价

（1）桩基础的适宜性；

（2）桩基础类型、桩端持力层的建议；

（3）桩基基础设计及施工所需的岩土参数，桩端土地基极限承载力及桩侧极限侧摩阻力；

（4）分析桩基础施工中的注意事项，提出相应的预防或处理措施的建议；

（5）评价桩基施工过程尤其是沉管灌注桩对环境的影响，并提出相应建议。

1.4.1.2.3　地基处理的分析评价

（1）地基处理的必要性和可行性分析；

（2）地基处理方法和方案的建议；

（3）针对可能采用的地基处理方案，提供地基处理设计和施工所需的岩土参数；

（4）提出地基处理的注意事项，预测地基处理可能对环境的影响；

（5）工程需要时可对地基处理进行专门的试验研究，并提交相应的试验研究报告。

1.4.1.2.4　基坑工程的分析评价

（1）岩土的重度和抗剪强度指标等参数；

（2）基坑开挖与支护方案的建议；

（3）地下水计算参数和控制方法的建议；

（4）施工中可能对周边建筑物、地下管线等产生的影响及采取防治措施的建议。

1.4.1.2.5　边坡工程的分析评价

（1）地形、地貌形态，覆盖层厚度，基岩面的形态和坡度，不良地质作用等；

（2）岩土的类型、成因、工程特性、岩石风化和完整程度；

（3）岩体主要结构面（特别是软弱结构面）的类型、产状、延展情况、闭合程度、充填状况、充水状况、力学属性和组合关系，主要结构面与临空面的关系，是否存在外倾结构面；

（4）地下水的类型、水位、水压、水量、补给和动态变化，岩土的透水性和地下水的出露情况；

（5）气象条件（特别是雨期、暴雨强度），汇水面积、坡面植被，地表水对坡面、坡脚的冲刷情况；

（6）岩土的物理力学性质和软弱结构面的抗剪强度；

（7）分析边坡和建在坡顶、坡上建构物的稳定性，以及对坡下工程和环境的影响；

（8）最优坡形和坡角的建议；

（9）不稳定边坡整治措施和监测方案建议。

1.4.1.3　岩土工程分析评价的要求

（1）必须与工程密切结合，充分了解工程结构的类型、特点和荷载组合情况，分析强度和变形的风险和储备。

（2）掌握场地的地质背景，考虑岩土材料的非均匀性、各向异性和随时间的变化，评估岩土参数的不确定性，确定其最佳建议值。

（3）参考类似工程的经验，以作为拟建工程的借鉴，尤其是溶洞土洞及其塌陷问题的分析与处理经验。

（4）对于重大工程和复杂的岩土工程问题，应在施工过程中进行监测或者测量工作，并根据监测资料适当修订设计和施工方案，即信息化设计施工。

1.4.2　岩土工程分析评价的方法

对桂林岩溶地区的岩土工程分析评价，可以采用定性分析评价与定量分析评价相结合的原则来进行。可在定性分析评价的基础上，进行定量分析评价。对某些问题则可仅作定性分析评价即可，如工程选址及场地对拟建工程的适应性、场地地质背景和工程地质条件分析、岩土性状的描述等。定性分析和定量分析都应在详细资料和数据的基础上，运用理论和类似工程的经验进行论证，并宜提出多个方案进行比较。

1.4.2.1　定量分析评价的主要内容

（1）岩土体的变形性状及其极限值，尤其是地基沉降验算。

（2）岩土体的强度、稳定性及其极限值，包括地基和基础、基坑边坡等的稳定性。尤其是岩溶地基稳定性验算，是否产生岩溶塌陷问题。

（3）岩土体强度及承载能力验算。

1.4.2.2　定量分析的方法

定量分析可采用解析法、图解法或数值法。

目前在岩土工程实践中，岩土工程问题的计算大多都采用定值法，对特殊工程需要时可辅以概率分析法进行综合评价。

1.4.2.3　岩土工程计算的极限状态

按《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）规定，岩土工程计算应按极限状态进行。所谓极限状态，是整个工程或工程的一部分，超过某一特定状态就不能满足设计规定的功能要求。各种极限状态都有明确的标志或限值，按工程使用功能，可将极限状态分为承载能力极限状态和正常使用极限状态两类。

1.4.2.3.1　承载能力极限状态

承载能力极限状态是指结构或构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形极限状态，可分为以下两种情况：

（1）地基的整体性滑动、边坡失稳、挡土结构倾覆、岩溶地基塌陷、渗透破坏等。

（2）岩土体的过量变形或位移导致工程的结构性破坏。由于土体的湿陷、震陷、岩溶塌陷、融陷或其他大变形，造成工程的结构性破坏；由于岩土过量的水平位移，导致桩的倾斜、管道破裂、邻近工程的结构性破坏；由于地下水的浮托力、静水压力或动水压力造成的工程结构性破坏等。

1.4.2.3.2　正常使用极限状态

这种极限状态对应于工程达到正常使用或耐久性能的某种规定限值。在岩土工程工作中常用于评价岩土体的变形、动力反应、透水性和涌水量等。属于正常使用极限状态的情况有：

影响正常使用的外观变形、局部破坏、振动以及其他的特定状态。例如，由于岩土变形而使工程发生超限的倾斜、沉降、表面裂隙或装修损坏；由于岩土刚度不足而影响工程正常使用的振动；因地下水渗漏而影响工程（地下室）的正常使用等。

1.4.2.3.3　岩土工程计算的要求

一般情况下，岩土工程计算应符合下列要求：

（1）按承载能力极限状态计算，可用于评价岩土地基承载力和边坡、挡墙、地基稳定性等问题，可根据有关设计规范规定，用分项系数或总安全系数方法计算，有经验时也可用隐含安全系数的抗力容许值进行计算。

（2）按正常使用极限状态要求进行验算控制，可用于评价地基岩土体的变形、透水性和涌水量等。

（3）如工程需要，可用反分析方法反求岩土参数，验证设计计算，查验工程效果。例如，桂柳高速公路的边坡工程岩土体的抗剪强度指标计算。

1.4.3　岩土参数统计及选用

目前，桂林岩溶地区岩土工程勘察中的岩土参数统计，一般是根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）中的规定要求，遵循以下规则：

1.4.3.1　岩土的物理力学指标

岩土的物理力学指标，按场地的工程地质单元和层位分别统计。桂林岩溶区主要的岩土层有填土、粘性土、粉土、砂土、卵石以及石灰岩。

1.4.3.2　岩土工程性质统计指标

岩土工程性质统计指标，根据工程性质、勘察阶段和工程设计要求，分别提供范围值、计算值（算术平均值或最大、最小平均值）、样本数、变异系数及标准值。

1.4.3.3　岩土参数统计

岩土性质指标的统计，一般根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）中第14.2条规定，计算平均值、标准差和变异系数。

1.4.3.4　岩土工程参数提供

在岩土工程勘察报告中，应按下列不同情况提供岩土参数值：

（1）一般情况下，应提供岩土参数的平均值、标准差、变异系数、数据分布范围和数据的数量；

（2）承载能力极限状态计算所需要的岩土参数标准值，应按上述公式计算。

1.4.3.5　岩土参数指标的选用

当完成外业工作和室内资料整理工作后，提交的岩土工程勘察报告书，其岩土参数指标的选用一般符合下列原则：

（1）评价岩土性状的指标：天然密度、天然含水率、液限、塑限、塑性指数、液性指数、饱和度、相对密度、吸水率等，采用指标的平均值；

（2）正常使用极限状态计算需要的岩土参数指标，例如压缩系数、压缩模量、渗透系数，采用平均值；

（3）承载能力极限状态计算需要的岩土参数：岩土的抗剪强度指标（最好注明试验方法），采用指标的标准值；

（4）载荷试验承载力用特征值。

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