地基基礎設計等級:一個不該提出 更不該固守的概念
方玉樹
(后勤工程學院,重慶 400041)
(此文根據《工程建設標準化》2006年2期“關于地基基礎設計等級及相關問題的討論”和《建筑結構學報》2014年7期“地基基礎設計等級若干問題探討”二文綜合而成)
摘要 近十余年來,劃分地基基礎設計等級成了我國建筑地基基礎工程中一個基本的要求。按相關規范,不僅建筑物地基基礎設計需要劃分地基基礎設計等級,而且建筑基坑工程、建筑邊坡工程和影響建筑物安全的滑坡治理工程設計甚至工程勘察、工程檢驗和工程監測也需要劃分地基基礎設計等級。研究表明,在全國范圍通用的兩部國家標準在地基基礎設計等級劃分和應用方面存在著下列問題:(1)“地基基礎設計等級”用詞與用途不吻合;(2)地基基礎設計等級內涵與劃分依據模糊不清;(3)建筑物地基基礎設計等級應用條款普遍不合理;(4)建筑物和邊坡工程地基基礎設計等級劃分無意義。建議:(1)用工程重要性等級取代地基基礎設計等級:(2)對實際應用地基基礎設計等級的條款根據工程重要性等級及其它情況的不同重新進行表述,對形式上用到地基基礎設計等級而實際上未用到的條款改用不涉及地基基礎設計等級的表述。這些建議能彌補采用地基基礎設計等級概念存在的不足。
0 引言
地基基礎設計等級概念是《地基規范》02版的創造,在《地基規范》11版中繼續使用。近十三年來,涉及建筑地基基礎工程的其它國家標準以及行業標準和地方標準也采用地基基礎設計等級的概念,對不同地基基礎設計等級提出不同的要求。地基基礎設計等級劃分成為我國建筑地基基礎工程中一個基本要求,沒有地基基礎設計等級,相關條款(包括強制性條文)便無法執行。修訂后的地基基礎設計等級劃分如表1所示。
表1 地基基礎設計等級劃分
其實,地基基礎設計等級是一個不該提出更不該固守的概念。本文指出地基基礎設計等級在用詞、內涵、劃分依據、應用條款和劃分意義等方面存在的問題,并提出建議。
為便于分析,將表1所列各情形視為獨立;為節省篇幅,將地基基礎設計等級為甲級、乙級和丙級的建筑物分別簡稱為甲級、乙級和丙級建筑物,并在不改變原意前提下采用轉述方式介紹標準相關規定。
1 存在的問題
1.1 “地基基礎設計等級”用詞與用途不吻合
“地基基礎設計等級”這一用詞與其實際用途嚴重不吻合。首先,建筑物基礎內部設計均未涉及地基基礎設計等級(見《地基規范》11版第7.2節和第3.0.5條第4款、第5款);其次,不屬于建筑物基礎設計的基坑工程設計需要劃分并應用地基基礎設計等級(見表1和《地基規范》11版第9章);第三,不屬于建筑物基礎設計的滑坡治理設計需要應用建筑物地基基礎設計等級(見《地基規范》11版第6.4.3條第5款);第四,不屬于建筑物基礎設計的邊坡工程設計需要劃分地基基礎設計等級(見表1);第五,不屬于工程設計的工程勘察、工程檢驗和工程監測需要應用地基基礎設計等級(見《地基規范》11版第3.0.4條、第10.3.16條、第10.3.5條和第10.3.8條;《勘察規范》09版第4.1.20條、第4.9.6條和第9.4.1條;《驗收規范》02版第5.1.5條和第5.1.6條)。
1.2 地基基礎設計等級內涵和劃分依據模糊不清
按表1所列具體情形和《地基規范》11版具體章節、條款,建筑物地基基礎設計與基坑工程設計分開考慮,地基基礎設計等級分為建筑物地基基礎設計等級和基坑工程地基基礎設計等級;按《地基規范》11版第3.0.1條“條文說明”中對大面積的多層地下建筑物和對原有工程有較大影響的新建建筑物列為甲級建筑物的解釋(前者存在深基坑開挖的降水、支護和對鄰近建筑物可能造成嚴重不良影響等問題;后者包括對新建建筑物旁邊的原有工程有較大影響),建筑物地基基礎設計包括了基坑工程設計,建筑物地基基礎設計等級的劃分已考慮基坑工程對地基基礎設計的復雜性和技術難度的影響,不需要在建筑物地基基礎設計等級之外單獨劃分基坑工程地基基礎設計等級。
按表1所列具體情形,建筑物包含邊坡工程,建筑物地基基礎設計等級包含了邊坡工程地基基礎設計等級;按《地基規范》11版具體章節、條款,建筑物地基基礎設計和邊坡工程設計分開考慮,建筑物地基基礎設計等級不包含邊坡工程地基基礎設計等級。
按《地基規范》11版第3.0.1條的文字敘述和表1欄目名稱,地基基礎設計等級的劃分依據是建筑和地基情況;按該條“條文說明”和表1所列具體情形(含有場地情況、擬建物對原有工程的影響、周邊環境這三個不屬于建筑和地基情況的因素),劃分依據是地基基礎設計的復雜性和技術難度。
1.3 建筑物地基基礎設計等級應用條款普遍不合理
1.3.1 (土質)地基變形計算的范圍
《地基規范》第3.0.2條(強制性條文)規定:“設計等級為甲、乙級的建筑物均應按地基變形設計”;“表3.0.2(此處從略)所列范圍內設計等級為丙級的建筑物可不作變形驗算,有下列情況之一時,仍應作變形驗算:1)地基承載力特征值小于130KPa且體型復雜的建筑;2)在基礎上及其附近有地面堆載或相鄰基礎荷載差異較大,可能引起地基產生過大的不均勻沉降時;3)軟弱地基上的建筑物存在偏心荷載時;4)相鄰建筑距離過近,可能發生傾斜時;5)地基內有厚度較大或厚薄不均的填土,其自重固結未完成時?!?
上述關于地基變形計算范圍的規定存在著與樁基沉降驗算范圍的規定矛盾、設定的情況不存在和范圍的劃分不合理的問題。
1.與樁基沉降驗算范圍的規定矛盾
樁基沉降驗算也屬于地基變形驗算,根據《地基規范》第8.5.14條的規定,部分設計等級為甲、乙級的建筑物樁基和所有設計等級為丙級的建筑物樁基可不進行沉降驗算,因此第3.0.2條與第8.5.10條有矛盾。為避免矛盾,第3.0.2條應注明不包括樁基。
2.設定的情況不存在(無執行對象)
上述關于需作變形驗算的設計等級為丙級的建筑物情況與89國標中需作變形驗算的安全等級為二級的建筑物情況基本一致,僅略有變化,這些情況在按89國標劃分安全等級為二級的建筑物中是存在的,但在設計等級為丙級的建筑物中除第四種情況外卻不存在(如果這些情況是存在的,則本條規定與第3.0.4條第2款不要求丙級建筑物勘察提供變形參數的規定矛盾,因為未提供變形參數便不能進行變形驗算)。
第一種情況具有“體型復雜”的條件,荷載分布不可能均勻,因而不會在設計等級為丙級的建筑物中出現。
第二種情況無論是“在基礎上及其附近有地面堆載”,還是“相鄰基礎荷載差異較大”,由于都“可能引起地基產生過大的不均勻沉降”,荷載分布不可能均勻,因而也不會在設計等級為丙級的建筑物中出現。
第三種情況因“軟弱地基”不屬于巖土均勻良好的地基而不能列入簡單地基的范疇(根據《地基規范》第3.0.1條條文說明,簡單地基是巖土均勻良好的地基),因此,第三種情況也不會在設計等級為丙級的建筑物中出現。
第五種情況的地基因有“自重固結未完成”、“厚度較大或厚薄不均”的填土的地基不屬于巖土均勻良好地基而不能劃入簡單地基的行列,因此第五種情況仍不會在設計等級為丙級的建筑物中出現。
3.范圍的劃分不合理
是否進行地基變形驗算應根據地基變形是否有可能超過允許值來決定,地基變形有可能超過允許值時應進行地基變形驗算,地基變形不可能超過允許值時可不進行驗算。地基變形是否有可能超過允許值取決于地基變形的可能情況(是否可能有較大的變形或不均勻變形)和控制地基變形的嚴格程度,而地基變形的可能情況則取決于荷載情況(大小和分布)和地基情況(軟硬程度和均勻程度)。因此,地基變形計算的范圍應根據荷載情況,地基情況和控制地基變形的嚴格程度來劃分。按照上述原則,比照可以不作地基變形驗算的設計等級為丙級的建筑物,設計等級為甲、乙級的建筑物的下列部分通常是可以不作地基變形驗算的:
1)簡單地基上的“地下建筑物”。因為其荷載小,地基變形值小,可能存在的抗浮和不設專門基坑支護結構時的基坑穩定問題都屬于穩定性問題。解決這些問題要么與地基變形計算無關,要么是地基變形計算工作的前提。
2)“場地條件復雜和中等復雜的一般建筑物”的一部分即可能受附近滑坡、危巖崩塌或泥石流影響但位于簡單地基上且荷載小而均布的一般建筑物。因為對附近滑坡、危巖崩塌或泥石流的處治與地基變形計算工作無關。
3)“對原有工程影響較大的新建建筑物”中地基條件簡單且荷載小而均布的那部分。因為為保證原有工程的穩定性和控制原有工程的附加變形所采取的措施不會導致新建建筑物本身地基變形增大。
4)“坡上建筑物”中地基條件簡單且荷載小而均布的那部分。在工程界,建筑物建造在邊坡上時,地基變形計算方法和地基變形允許值并未改變,側向臨空面對地基變形的影響需要控制時,是通過保持邊坡穩定、控制邊坡側向位移、必要時按變形控制原則設計的邊坡支護結構實現這種控制的。
1.3.2 樁基沉降驗算的范圍
《地基規范》第8.5.13條(強制性條文)規定:“對以下建筑物的樁基應進行沉降驗算:1)設計等級為甲級的建筑物樁基;2)體型復雜、荷載不均勻或樁端以下存在軟弱土層的設計等級為乙級的建筑物樁基;3)摩擦型樁基?!?
《地基規范》第8.5.14條規定:“嵌巖樁、設計等級為丙級的建筑物樁基、對沉降無特殊要求的條形基礎下不超過兩排樁的樁基、吊車工作級別A5及A5以下的單層工業廠房且樁端下為密實土層的樁基,可不進行沉降驗算。當有可靠地區經驗時,對地質條件不復雜、荷載均勻、對沉降無特殊要求的端承型樁基也可不進行沉降驗算?!?
上述關于樁基沉降驗算范圍的規定存在矛盾和不合理的問題。
1.范圍的劃分有矛盾
上述強制性條文和非強制性條文的規定是有矛盾的,表現在以下方面:
1)當設計等級為甲級的建筑物樁基和體型復雜、荷載不均勻的設計等級為乙級的建筑物樁基為嵌巖樁,設計等級為甲級的建筑物樁基和體型復雜、荷載不均勻或樁端以下存在較弱土層的設計等級為乙級的建筑物樁基為對沉降無特殊要求的條形基礎以下不超過兩排樁的樁基,設計等級為甲級的建筑物樁基為地質條件不復雜、荷載均勻、對沉降無特殊要求的端承型樁基時,按強制性條文應進行沉降驗算,按非強制性條文如有可靠地區經驗可不進行沉降驗算。
2)當摩擦型樁基屬于設計等級為丙級的建筑物樁基時,按強制性條文應進行沉降驗算,按非強制性條文可不進行沉降驗算。
為避免矛盾,強制性條文應注明不包括上述情形。
2.范圍的劃分不合理
強制性條文不包括上述情形時仍存在沉降驗算范圍不合理的問題。同地基變形驗算范圍一樣,樁基沉降驗算范圍也應根據荷載情況、地基情況和控制地基變形的嚴格程度來劃分。按照這一原則,比照可以不作樁基沉降驗算的建筑物,設計等級為甲級的建筑物的下列部分即使沒有可靠地區經驗,通常也是可以不作樁基沉降驗算的:1)簡單地基上的“大面積的多層地下建筑物”;2)“場地條件復雜的一般建筑物”的一部分即可能受附近滑坡、危巖崩塌、泥石流影響但位于簡單地基上且荷載小的一般建筑物;3)“對原有工程影響較大的新建建筑物”中地基條件簡單且荷載小的那部分。
1.3.3 應計算巖石地基變形的建筑物范圍
《地基規范》11版第6.5.1條第2款規定:對甲、乙級建筑物,當同一建筑物的地基中不同巖體變形模量差異不小于2倍時,應進行地基變形驗算。
是否計算巖石地基變形應根據可能的地基變形差異來決定。對同一個變形模量差異達2倍及2倍以上的巖石地基,地基變形的差異取決于荷載大小及分布。荷載越大,分布越不均勻,地基變形的差異越大。因此,計算巖石地基變形的建筑物范圍應根據荷載情況來劃分。按照這個原則,對比不要求計算巖石地基變形的丙級建筑物,下列甲、乙級建筑物在荷載小且均布時也可不計算巖石地基變形:1)地下建筑物,因建筑物置于地下,沒有增大地基變形的差異;2)場地條件因可能受附近滑坡、危巖崩塌或泥石流影響而復雜的一般建筑物,因對附近滑坡、危巖崩塌或泥石流的處治,不會導致建筑物自身地基變形差異的增大;3)對原有工程影響較大的新建建筑物,因為保證原有工程穩定性和控制原有工程附加變形所采取的措施,不會導致新建建筑物本身地基變形差異的增大;4)坡上建筑物,因為邊坡側向臨空面對地基變形的影響需要控制時,是通過保持邊坡穩定、控制邊坡側向位移(必要時按變形控制原則設計)的邊坡支護結構進行控制的。
此外,兩種或多種巖體變形模量差異達2倍及2倍以上的地基是否還屬于簡單地基,也是一個問題。如若不是簡單地基,則建造在這種地基上的七層及七層以下民用建筑及一般工業建筑物不應是丙級建筑物。這樣,本條規定亦可表述為:除次要的輕型建筑物外,同一建筑物的地基中不同巖體變形模量差異不小于2倍時,應進行地基變形驗算。這與地基基礎設計等級無關。
1.3.4 宜避開巖溶強發育地段的建筑物范圍
在《地基規范》11版第6.6.3條中規定:甲、乙級建筑物主體宜避開巖溶強發育地段。
根據表1,除次要的輕型建筑物外,丙級建筑物場地和地基條件都簡單。巖溶強發育地段不滿足場地和地基條件簡單的要求,故建造在巖溶強發育地段的建筑物均不是丙級建筑物。因此,本條規定可理解為:除次要的輕型建筑物外,建筑物主體宜避開巖溶強發育地段。也就是說,地基基礎設計等級實際上并沒有在上述規定中起作用。
1.3.5 可不考慮巖溶對地基穩定性影響的建筑物范圍
《地基規范》11版第6.6.6條規定:荷載較小的丙級建筑物,當符合下列條件之一時,可不考慮巖溶對地基穩定性的影響:1)基底下土層厚度大于3倍獨立基礎寬或6倍條形基礎寬;2)洞隙或巖溶漏斗被沉積物填滿,其承載力特征值大于150kPa且無被水沖蝕可能性。
根據表1,除次要的輕型建筑物外,丙級建筑物地基條件簡單。上述規定所列三個條件須全部滿足,否則不是簡單地基。因此,上述規定可理解為:除次要的輕型建筑物外,荷載較小的丙級建筑物可不考慮巖溶對地基穩定性的影響。次要的輕型建筑物,當符合前述條件之一時,也可不考慮巖溶對地基穩定性的影響。
對相同的場地和地基條件以及基礎條件,是否考慮巖溶對地基穩定性的影響取決于基礎傳遞的荷載。根據表1,場地和地基條件簡單、荷載分布均勻的七層及七層以下民用建筑及一般工業建筑物為丙級建筑物。若在荷載較小時這些建筑物可不考慮巖溶對地基穩定性的影響,則下列甲、乙級建筑物在場地和地基條件簡單、荷載較小且均布時,也可不考慮巖溶對地基穩定性的影響:1)地下建筑物,因為建筑物建造于地下時,并未降低巖溶地基穩定性;2)場地條件因可能受附近滑坡、危巖崩塌或泥石流影響而復雜的一般建筑物,因為對附近滑坡、危巖崩塌或泥石流的處治未降低建筑物自身巖溶地基穩定性;3)對原有工程影響較大的新建建筑物,因為保證原有工程的穩定性和控制原有工程的附加變形所采取的措施,不會導致新建建筑物本身巖溶地基穩定性的降低。
1.3.6 勘察應提供的試驗資料
關于勘察應提供的用于地基評價的試驗資料,《地基規范》第3.0.4條第2款規定:“設計等級為甲級的建筑物應提供載荷試驗指標、抗剪強度指標、變形參數指標和觸探資料;設計等級為乙級的建筑物應提供抗剪強度指標變形參數指標和觸探資料;設計等級為丙級的建筑物應提供觸探及必要的鉆探和土工試驗資料”。
上述條款在載荷試驗范圍、抗剪強度試驗范圍、壓縮試驗范圍和提供必要的鉆探與土工試驗資料的范圍等方面的規定均欠妥當。
1.載荷試驗的范圍
載荷試驗的主要目的是確定地基承載力。載荷試驗的范圍應根據建筑物破壞后果嚴重性和用其它方法代替載荷試驗方法的可靠程度(與某類土載荷試驗方法和其它方法對比結果的有無、多寡和相關程度有關)來決定。據此,比照不要求進行載荷試驗的乙、丙級建筑物,設計等級為甲級的下列建筑物在用其它方法代替載荷試驗方法較可靠時通常是可以不作載荷試驗的:1)“體型復雜、層數相差超過10層的高低層連成一體的建筑物”;2)“大面積的多層地下建筑物”;3)“對地基變形有特殊要求的建筑物”;4)“對原有工程影響較大的新建建筑物”;5)“場地條件復雜的一般建筑物”。這些建筑物并沒有因為各有特殊情況而導致破壞后果嚴重,原因是,地基變形計算不代替也不影響地基承載力確定,穩定問題要么與地基承載力確定方法無關,要么是地基承載力確定工作的前提;為保證原有工程的穩定性和控制原有工程的附加變形所采取的措施不會增加新建建筑物破壞后果嚴重性(新建建筑物對原有工程的影響系因地形、應力及其它環境因素改變造成)。
2.抗剪強度試驗的范圍
抗剪強度指標用于評價斜坡或地基穩定性及用理論公式計算地基承載力。不需要評價斜坡和地基穩定性及對地基承載力要求低的建筑物可不作抗剪強度試驗。據此,比照不要求作抗剪強度試驗的丙級建筑物,設計等級為甲、乙級的下列建筑物通常是可以不作抗剪強度試驗的:1)有專門的基坑支護結構的“地下建筑物”;2)“對地基變形有特殊要求的建筑物”中荷載小的那部分;3)“對原有工程影響較大的新建建筑物”中荷載小的那部分。
3.壓縮試驗的范圍
壓縮試驗用于確定地基土變形參數,變形參數用于評價地基土壓縮性和計算地基變形。因軟弱地基不屬于簡單地基,故軟弱地基上的建筑物不屬于丙級建筑物。根據《地基規范》第7.1.1條的規定,軟弱地基是主要由高壓縮性土層構成的地基,但某些壓縮性較高的土是否為高壓縮性土,不通過壓縮試驗而單憑觀察并不能作出判斷。只有在通過壓縮試驗判斷這些土不屬于高壓縮性土時,由這些土構成的地基才不可能是軟弱地基,在由這些土構成的地基上的建筑物才可能是丙級建筑物。這樣,當判定由這些土構成的地基上的建筑物為丙級建筑物時,壓縮試驗已經做過了。因此,僅要求甲、乙級建筑物作壓縮試驗是不妥當的。
4.提供必要的鉆探和土工試驗資料的范圍
試樣僅是取樣孔鉆探成果的一部分,取樣孔僅是鉆孔中的一部分,抗剪強度試驗資料和壓縮試驗資料也僅是土工試驗資料的一部分。提供了抗剪強度指標和變形參數并不意味著提供了全部的必要的鉆探和土工試驗資料。因此,僅要求丙級建筑物提供必要的鉆探和土工試驗資料是不妥當的。
此外,上述規定與《勘察規范》09版不一致?!犊辈煲幏丁?9版第14.1.5條根據巖土工程勘察等級對勘察應提供的試驗資料提出不同要求。為避免矛盾,《地基規范》作為設計規范應取消關于勘察應提供的試驗資料的規定。
1.3.7 滑坡推力安全系數
《地基規范》11版第6.4.3條第5款中規定:滑坡推力安全系數,對甲級建筑物宜取1.30,對乙級建筑物宜取1.20,對丙級建筑物宜取1.10。此規定存在的問題是:
1)滑坡推力安全系數宜取1.30的建筑物范圍劃分不合理。從可能受滑坡影響的建筑物方面來說,決定滑坡推力安全系數取值的應是受滑坡影響的建筑物破壞或不能正常使用后果的嚴重性。事實上,除《地基規范》11版外,幾乎所有的相關規范在確定滑坡穩定安全系數時,都是以保護對象破壞或不能正常使用后果的嚴重性為主要依據的。對比滑坡推力安全系數宜取較低值的建筑物,下列甲級建筑物可能受滑坡影響時,滑坡推力安全系數宜取較低值:1)大面積的多層地下建筑物;2)對地基變形有特殊要求的建筑物;3)對原有工程影響較大的新建建筑物;4)場地和地基條件復雜的一般建筑物;5)復雜地質條件下的坡上建筑物;6)體型復雜、層數相差超過10層的高低層連成一體的建筑物。這些建筑物破壞或不能正常使用后果的嚴重性不會超過乙級。
2)滑坡推力安全系數宜取1.10的規定無執行對象。受滑坡影響的七層及七層以下民用建筑及一般工業建筑物,因其場地條件不簡單而不是丙級建筑物。因此,對七層及七層以下民用建筑及一般工業建筑物而言,滑坡推力安全系數宜取1.10的規定無執行對象。
3)滑坡推力安全系數宜取1.20的建筑物范圍劃分不合理?;峦屏Π踩禂狄巳?.10的規定無執行對象這種現象造成滑坡推力安全系數只按兩個層次取值。這說明乙級建筑物中應有一部分屬于滑坡推力安全系數宜取1.10的建筑物范圍。因此,對乙級建筑物滑坡推力安全系數宜取1.20的規定是不合理的。
順便指出,滑坡推力安全系數的提法是不準確的,應改為滑坡穩定安全系數。
1.3.8 單樁豎向承載力確定方法
《地基規范》11版第8.5.6條同《地基規范》02版一樣規定:單樁豎向承載力應通過單樁豎向靜載荷試驗確定,但丙級建筑物、樁端持力層為密實砂卵石或其它承載力類似的土層的大直徑端承型樁、嵌入完整及較完整的硬質巖中的嵌巖樁可通過其它方法確定。
《勘察規范》09版第4.9.6條規定,確定單樁豎向承載力時,對甲級建筑物和缺乏經驗的地區,應建議做靜荷載試驗。
上述規定存在的問題是:
1)《地基規范》11版和《勘察規范》09版的規定之間有矛盾,為避免矛盾,應只在一部規范中給出規定。
2)兩部規范的規定自身均不合理。
《地基規范》11版的規定自身不合理:單樁豎向靜載荷試驗的范圍應根據建筑物破壞結果嚴重性與用其它方法代替單樁豎向靜載荷試驗的可靠程度(與樁的類型有關)劃分。按照這一原則,比照不要求作單樁豎向靜載荷試驗的那些建筑物,設計等級為甲、乙級的建筑物的下列部分通常是可以不作單樁豎向靜載荷試驗的(不包括《地基規范》已經說明可用其它方法代替的那些甲、乙級建筑物):1)簡單地基上的“地下建筑物”;2)“場地條件復雜和中等復雜的一般建筑物”的一部分即可能受附近滑坡、危巖崩塌、泥石流影響但地基條件簡單且荷載小的一般建筑物;3)“對原有工程影響較大的新建建筑物”中地基條件簡單且荷載小的那部分;4)“坡上建筑物”中地基條件簡單且荷載小的那部分;5)“對地基變形有特殊要求的建筑物”中地基條件簡單且荷載小的那部分。這些建筑物破壞后果嚴重性和用其它方法代替單樁豎向靜載荷試驗的可靠程度均與丙級建筑物相當。
《勘察規范》09版的規定自身不合理:單樁豎向靜載荷試驗范圍,應根據建筑物破壞或不能正常使用后果嚴重性與用其它方法代替單樁豎向靜載荷試驗的可靠程度(與樁的類型有關)劃分。對比有地區經驗時《勘察規范》09版不要求建議作靜載荷試驗的乙、丙級建筑物,下列甲級建筑物在地基條件簡單、荷載小并有地區經驗時也可不建議作靜載荷試驗:1)大面積的多層地下建筑;2)場地條件因可能受附近滑坡、危巖崩塌、泥石流影響而復雜的一般建筑物;3)對原有工程影響較大的新建建筑物;4)對地基變形有特殊要求的建筑物。這些建筑物破壞或不能正常使用后果嚴重性和用其它方法代替靜載荷試驗的可靠程度均與乙級、丙級建筑物相當。
1.3.9 巖石錨桿基礎錨桿抗拔承載力確定方法
關于巖石錨桿基礎中錨桿抗拔承載力確定方法,《地基規范》第8.6.3條規定:“對設計等級為甲級的建筑物,單根錨桿抗拔承載力特征值應通過現場試驗確定”,對其它建筑物可根據巖石與砂漿粘結強度按公式(此處從略)計算。
這樣的規定也欠合理,錨桿抗拔試驗的范圍應根據建筑物破壞后果嚴重性劃分。據此,比照可以不作錨桿抗拔試驗的乙級及丙級建筑物,設計等級為甲級的建筑物的下列部分在設計巖石錨桿基礎時通常是可以不作錨桿抗拔試驗的:1)“對地基變形有特殊要求的建筑物”;2)“復雜地質條件下的坡上建筑物”;3)“對原有工程影響較大的新建建筑物”;4)“體型復雜、層數相差超過10層的高低層連成一體的建筑物”;5)“場地條件復雜的一般建筑物”。這些建筑物破壞后果嚴重性與乙、丙級建筑物相當。
1.3.9 工程樁檢驗的方法和數量
《地基規范》第10.2.16條規定,工程樁“豎向承載力檢驗的方法和數量可根據地基基礎設計等級和現場條件結合當地可靠的經驗和技術確定”(根據該規范用詞說明,此處“可”取“宜”之義)。該條文除提出這一原則要求外,還對復雜地質條件下的工程樁和大直徑嵌巖樁的豎向承載力檢驗作出了具體規定,但沒有對如何根據設計等級確定豎向承載力檢驗的方法和數量作出具體規定。
國標《建筑地基基礎工程施工質量驗收規范》(GB50202-2002),對上述問題有所補充和延伸,不僅規定了如何根據設計等級確定工程樁承載力檢驗的方法和數量,而且規定了如何根據設計等級確定工程樁樁身質量檢驗的數量。關于工程樁承載力檢驗,該規范第5.1.5條規定:“對于地基基礎設計等級為甲級或地質條件復雜、成樁質量可靠性低的灌注樁,應采用靜載荷試驗的方法進行檢驗,檢驗數量不應少于總數的1%且不應少于3根,當總樁數少于50根時不應少于2根?!标P于樁身質量檢驗,該規范第5.1.6條規定:“對設計等級為甲級或地質條件復雜、成樁質量可靠性低的灌注樁,抽檢數量不應少于總數的30%且不應少于20根;其它樁基工程的抽檢數量不應少于總數的20%且不應少于10根;對混凝土預制樁及地下水位以上且終孔后經過核驗的灌注樁,檢驗數量不應少于總樁數的10%且不得少于10根。每個樁子承臺下不得少于1根?!?
上述將工程樁檢驗的方法和數量與設計等級聯系起來的規定是不合理的,工程樁檢驗的方法和數量應根據建筑物破壞后果嚴重性、地質條件復雜性和成樁質量可靠性來確定。按照這一原則,比照工程樁豎向承載力檢驗不要求采用靜載荷試驗方法、樁身質量檢驗數量要求較低的建筑物,設計等級為甲級的建筑物的下列部分,當地質條件不復雜、成樁質量可靠性不低時,其工程灌注樁豎向承載力檢驗可以不采用靜載荷試驗方法,樁身質量檢驗數量可以降檔取值:1)“體型復雜、層數相差超過10層的高低層連成一體的建筑物”;2)“大面積的多層地下建筑物”;3)“對地基變形有特殊要求的建筑物”;4)“對原有工程影響較大的新建建筑物”;5)“場地條件復雜的一般建筑物”(場地條件系因建筑物可能受附近滑坡、危巖崩塌、泥石流影響而復雜)。這些建筑物破壞后果嚴重性與乙、丙級建筑物相當。
1.3.10 進行沉降觀測的建筑物范圍
同《地基規范》02版一樣,《地基規范》11版第10.3.8條(強制性條文)規定:甲級建筑物和軟弱地基上乙級建筑物,應在施工期間及使用期間進行沉降觀測。
這種規定是不夠合理的,建筑物沉降觀測的范圍應根據由荷載情況、地基情況和控制地基變形的嚴格程度決定的地基變形計算(或樁基沉降驗算)范圍、與同類條件建筑物地基變形計算經驗豐富程度相聯系的地基變形計算的可靠程度以及是否有特殊需要來劃分。
按照這一原則,比照不要求作沉降觀測的那些建筑物,設計等級為甲級的建筑物的下列部分在無特殊需要時通常是可以不作沉降觀測的:1)簡單場地、簡單地基上的“大面積的多層地下建筑物”;2)“場地條件復雜的一般建筑物”的一部分即可能受附近滑坡、危巖崩塌或泥石流影響但場地其它條件及地基條件簡單且荷載小而均布的一般建筑物;3)“對原有工程影響較大的新建建筑物”中場地及地基條件簡單荷載小而均布的那部分。這些建筑物既不要求計算地基變形也不具備改變地基變形不會超過允許值這一結論的場地條件。
根據《地基規范》11版第3.0.1條的說明,簡單地基是巖土均勻良好的地基,軟弱地基不屬于巖土均勻良好的地基,故不是簡單地基,軟弱地基上的七層及七層以下民用建筑及一般工業建筑物不是丙級建筑物。因此,軟弱地基上的乙級建筑物應進行沉降觀測的規定等同于軟弱地基上的七層及七層以下民用建筑及一般工業建筑物應進行沉降觀測的規定。也就是說,當地基軟弱時,地基基礎設計等級實際上在“應進行沉降觀測的建筑物范圍”的規定中沒有發揮作用。顯然,軟弱地基上的七層及七層以下民用建筑及一般工業建筑物應進行沉降觀測的規定過嚴,更不應列為強制性條文??梢?,這個規定不僅不合理,而且實際上與地基基礎設計等級無關。
1.3.11 土試樣質量等級
在《勘察規范》09版第9.4.1條中規定:用于強度和固結試驗的土試樣質量等級,對甲級工程應為Ⅰ級,在工程技術要求允許的情況下對乙、丙級工程可為Ⅱ級。
采用Ⅰ級土試樣進行強度和固結試驗是為了保證試驗結果(強度指標和變形指標)的準確性,以保證地基承載能力和抗變形能力符合要求。是采用Ⅰ級試樣還是采用Ⅱ級試樣,應取決于建筑物破壞或不能正常使用后果嚴重性和對地基變形是否有特殊要求。對比在工程技術要求允許的情況下可采用Ⅱ級試樣的乙、丙級建筑物,下列甲級建筑物在工程技術要求允許的情況下也可采用Ⅱ級試樣:1)大面積的多層地下建筑物[6];2)復雜地質條件下的坡上建筑物;3)場地條件復雜的一般建筑物。
1.3.12 詳勘階段采取土試樣和進行原位測試的勘探點數量
《勘察規范》09版第4.1.20條(強制性條文)第1款中規定:詳勘階段采取土試樣和進行原位測試的勘探點數量,對甲級建筑物每棟不應少于3個。
要求每棟建筑物采取土試樣和進行原位測試的勘探點不應少于3個是為了保證試驗結果在一定程度上能反映一棟建筑物地基土的工程特性。何種建筑物需滿足這一要求與其重要性、占地面積和地基土的變異性有關。對比無此要求的乙、丙級建筑物,下列甲級建筑物在占地面積不大且地基條件簡單時也可無此要求:1)場地條件因可能受附近滑坡、危巖崩塌或泥石流影響而復雜的一般建筑物,因為建筑物重要性并未提高,而地質災害治理工程勘察另有要求;2)因開挖或基底附加壓力擴散而對附近原有地面建筑有較大影響的新建地面建筑物,因為當形成基坑時基坑工程勘察另有要求,當不形成基坑時增加新建地面建筑物本身的采取土試樣和進行原位測試的勘探點數量對分析和控制新建地面建筑物對附近原有地面建筑的影響并無助益。
1.4 建筑物和邊坡工程地基基礎設計等級的劃分無意義
1.4.1 建筑物地基基礎設計等級
對建筑物而言,《地基規范》11版、《勘察規范》09版和《驗收規范》02版三部規范中應用地基基礎設計等級的規定分兩種情況:
一種是形式上用到地基基礎設計等級,實際上沒有用到地基基礎設計等級,宜避開巖溶強發育地段的建筑物范圍的規定和進行沉降觀測的軟弱地基上建筑物范圍的規定屬于這種情況。
一種是實際上用到地基基礎設計等級,但在相同情況下對同樣的地基基礎設計等級提出同樣的要求不合理,除了宜避開巖溶強發育地段的建筑物范圍的規定和軟弱地基上進行沉降觀測的建筑物范圍的規定外,其它規定均屬于這種情況。共性的問題是衡量尺度不一致,將那些要求本應較不嚴格的建筑物也劃入要求較嚴格的建筑物行列。問題的癥結在于:劃分地基基礎設計等級時,實際上以地基基礎設計的復雜性和技術難度為依據;應用地基基礎設計等級時,將地基基礎設計等級看作工程重要性等級。
由此可見,對建筑物而言,按地基基礎設計等級區別對待是不可行的,因此,劃分建筑物地基基礎設計等級沒有意義。
1.4.2 邊坡工程地基基礎設計等級
在《地基規范》11版中,甲級工程包含高邊坡,丙級工程不包含邊坡,因此,乙級工程包含除高邊坡外的所有邊坡。但是,該規范中邊坡工程設計的規定(見第6.7節、第6.8節和第3.0.5條)未涉及地基基礎設計等級,故劃分邊坡工程的地基基礎設計等級無意義。事實上,專為邊坡工程而編制的GB50330—2002《建筑邊坡工程技術規范》和GB50330—2013《建筑邊坡工程技術規范》并沒有進行地基基礎設計等級的劃分。
2 建議
根據上述情況,建議:對建筑基礎工程、基坑工程和邊坡工程均用工程重要性等級取代地基基礎設計等級,工程重要性等級由工程破壞或不能正常使用的后果嚴重性(包括工程破壞或不能正常使用造成鄰近工程破壞或不能正常使用的后果嚴重性)決定;對實際用到地基基礎設計等級的條款根據工程重要性等級及其它情況的不同重新進行表述(如:對建筑物安全有影響的滑坡穩定安全系數根據建筑物重要性確定;計算土質地基變形的建筑物范圍的確定采用《地基規范》89版的規定),對形式上用到但實際上未用到地基基礎設計等級的條款改用不涉及地基基礎設計等級的表述。提出這一建議系基于以下考慮:
1)工程重要性等級與建筑基礎工程、基坑工程和邊坡工程勘察設計和質量驗收密切相關。表現在以下幾方面:1)建筑物基礎內部設計和基坑工程、邊坡工程支護結構內部設計均用到工程重要性等級(見《地基規范》11版第3.0.5條第4款和第5款);2)對建筑物而言,根據本文1.3節的分析,在規范中所有實際應用地基基礎設計等級的規定均應涉及(有的還應只涉及)建筑物重要性等級;3)根據《勘察規范》09版,確定工程勘察等級和建筑物初步勘察勘探孔深度要確定工程重要性等級。
2)根據JGJ120-2012《建筑基坑支護技術規程》,基坑工程可以用工程重要性等級(該標準稱工程安全等級)取代地基基礎設計等級。
3)用工程重要性等級取代地基基礎設計等級能使“地基基礎設計等級”用詞與用途不吻合、地基基礎設計等級內涵與劃分依據模糊不清、建筑物地基基礎設計等級應用條款普遍不合理、建筑物和邊坡工程地基基礎設計等級劃分無意義等四個問題均不再存在。
4)用工程重要性等級取代地基基礎設計等級能避免在建筑地基基礎工程、建筑基坑工程和建筑邊坡工程勘察設計和質量驗收中同時確定地基基礎設計等級和工程重要性等級。
3 結語
1)《地基規范》11版和《勘察規范》09版同《地基規范》02版、《勘察規范》01版、《驗收規范》02版一樣存在著“地基基礎設計等級”用詞與用途不吻合、地基基礎設計等級內涵與劃分依據模糊不清、建筑物地基基礎設計等級應用條款普遍不合理、建筑物和邊坡工程地基基礎設計等級劃分無意義的問題。
2)上述規范中用到建筑物地基基礎設計等級的十三個方面的規定中,宜避開巖溶強發育地段的建筑物范圍和應進行沉降觀測的軟弱地基上建筑物范圍的條款,形式上用到地基基礎設計等級,實際上未用到地基基礎設計等級;其它條款均存在問題,共性的問題是衡量尺度不一致,將那些要求本應較不嚴格的建筑物也劃入要求較嚴格的建筑物行列。造成這種局面的主要原因是:劃分地基基礎設計等級時,實際上以地基基礎設計的復雜性和技術難度為依據;應用地基基礎設計等級時,將地基基礎設計等級看作工程重要性等級。
3)建議用工程重要性等級取代地基基礎設計等級。
4)建議對上述規范中實際應用地基基礎設計等級的條款根據工程重要性等級及其它情況的不同重新進行表述,對形式上用到地基基礎設計等級而實際上未用到的條款,改用不涉及地基基礎設計等級的表述。
我有話說
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載荷試驗做為承載力確定的最權威手段,應該加強才對。本人同意你的看法。文章在講載荷試驗時是講無法按地基基礎設計等級區別對待,比照不要求進行載荷試驗的乙、丙級建筑物,一些設計等級為甲級的建筑物在用其它方法代替載荷試驗方法較可靠時通常是可以不作載荷試驗的(文章有列舉)。也就是說,如果前者可以不做,后者也可以不做
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