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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。

岩土工程勘察是工程建设的一个重要过程，其成果质量将直接影响到建筑物地基基础设计，也关系着整个建筑物的工程安全和工程造价。因此，重视和提高岩土工程勘察成果质量，具有很重要的意义。以下是桂林岩溶区岩土工程勘察中应注意的几个问题。

1.5.1　抗剪强度剪切试验指标

土体的抗剪强度指标c、φ值的测试，是岩土工程勘察土工试验中重要的内容之一，在抗剪强度剪切试验中，由于试验方法和采用的固结排水条件不同，即使是同一土体，其抗剪强度c、φ值也可能相差很大，因此，在工程设计中，对地基土体c、φ值的选用尤为主要。

，在工程勘察中，为了尽可能模拟工程各种复杂的排水条件，在进行c、φ值剪切试验时，通常分为三种情况，即三轴剪切试验的不固结不排水剪，固结不排水剪和固结排水剪，（如用直接剪切仪，则为快剪，固结快剪和慢剪）。由于三轴剪切试验相对于直接剪切试验，更能模拟土体的实际受力状况以及更能严格控制排水条件，因此其c、φ值也更为可靠，但三轴剪切试验成本较高，受条件限制，要求所有的勘察单位提供三轴剪切试验结果，可能会有一定的困难。尽管如此，但很多规范都要求对一级建筑物必须要用三轴剪切试验结果，对二级建筑物也尽量用三轴试验，当条件不允许时，可用直剪试验结果代替。目前，桂林市的勘察单位也都大多提供直接剪切试验c、φ值结果。

除此之外，土体的应力历史和应力路径也是影响土体c、φ值的重要因素。

岩土体抗剪强度c、φ值是岩土工程设计中的一个很重要的力学指标。在岩土工程勘察中，地基承载力的理论计算，土体c、φ值是重要的参数；在深基坑支护设计中，深基坑土体侧向土压力是支护设计的依据，而基坑侧壁土体c、φ值又是侧向土压力计算中最关键的参数；在边坡工程、路基稳定等的定量评价中，滑坡带及路基土体的抗剪强度c、φ值也是评价计算中最重要的参数。

对各类岩土工程土体c、φ值试验方法的选择，一般的原则是：当地基土的透水性和排水条件不良，土体没有固结，施工速度又较快，土中的水来不及排出时，用不固结不排水剪（快剪）试验；而当地基土的透水性和排水条件较好时，且施工速度也较慢时，土体能够较充分地固结和排水，用固结排水（慢剪）试验结果；如果介于上述两者之间，可用固结不排水剪（固结快剪）结果。

1.5.2　标准贯入试验确定桂林红粘土地基承载力

目前，在桂林岩溶区工程勘察中，对于红粘土地基承载力的确定，大多是根据标准贯入试验结果，参照《建筑地基基础设计规范》（GBJ 7—89）查表确定其承载力。

但在查表前，应按照《建筑地基基础设计规范》（GBJ 7—89）进行修正，即：N＝μ－1.645σ。该修正公式的含义是：假定锤击数N 是随机变量，且服从正态分布，N 大于界限值（μ－1.645σ）的可能性为95％。一般来说，总体参数μ、σ是未知的，但可以用样本来进行统计。参数估计有点估计和区间估计两种方法，修正公式就是用样本均值来估计总体均值，用样本均方差s来估计总体均方差σ。这种点估计有一定的误差，要求抽样应具有随机性，样本容量n也应较大，点估计值才能较好的代表总体参数。该修正公式概念明确，是合理的，造成N 值偏小的原因不是公式本身造成的，而是由于统计样本数较少、参数离散性较大，导致标准差σ较大，正态曲线扁平，要达到95％的保证率，必然导致（μ－1.645σ）值较小，而较大程度地偏离总体均值μ。对于一般的单个工程项目，在同一土层的标贯击数一般大于6，但统计样本数有时不够多或者较离散，此时，利用该公式会带来误差。以《桂林高新七星区旅游商品批发城岩土工程勘察报告》的资料为例[14]，统计样本数为14个，锤击数平均值为7.57，而标准差则为1.55，修正后的锤击数仅为5.01，其所得承载力特征值145kPa。

根据《桂林高新七星区旅游商品批发城地基静力载荷试验报告》[15]，确定该场地红粘土地基承载力。根据有关规范规定，当试验实测值的极差不超过其平均值的30％时，取其平均值作为该层的地基承载力特征值fak，即fak =228kPa（表1.21，表1.22）。

表1.21 按载荷试验确定地基承载力特征值Table 1.21 Determination of Characteritic values of foundation bearing capacity by load test

表1.22 多种方法确定的地基承载力结果（kPa）Table 1.22 Result of subgrade bearing capacity determined by different methods（kPa）

以上分析可知，对于桂林高新七星区旅游商品批发城硬塑次生红粘土，由标准贯入试验确定的地基承载力。与其他各种方法包括载荷试验在内的结果比较，取值均偏低，在工程勘察实际中，应引起注意。

当按原位测试（如标准贯入试验锤击数）确定地基承载力时，由于桂林粘性土、砂土成因的多样化，导致标贯试验结果有时较离散，此时若仍按N＝μ－1.645σ修正结果查表求地基承载力，会得出与实际偏低的结果，因此，在工程实践运用时，需考虑分层的合理性、样本的数量、标准差等方面因素，使用时应慎重，并尽量增加标贯试验数量。

1.5.3　建筑物的地基变形计算

地基沉降计算或验算是岩土工程勘察报告提供结论与建议的前提基础。影响建筑物地基沉降的因素有很多，如地基土的分布、基础类型和刚度、荷载分布、上部结构的体系和刚度、地下水、周围环境及堆载等，都会对地基沉降产生影响，这方面的研究和报道国内也很多，在此不多加以叙述，这里只对地基沉降计算过程中的公式做一些讨论说明。

1.5.3.1　压缩模量Es的取用

不论是《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002），还是《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）有关的地基沉降计算公式，地基土层的压缩模量Es都与计算的沉降值成反比关系，即地基土的Es增大多少倍，那么沉降值将缩小相同的倍数，可见Es对沉降量的影响之大。

目前，在沉降计算中，一般是采用室内土工压缩试验得出的结果，但是很多岩土工程勘察报告只提供压应力为100～200kPa范围内的E。值。以100～200kPa压力范围内的Es来计算沉降，对过去的中低层建筑也许合理，但是近几年来许多高层建筑甚至超高层建筑的出现，以及桩基下地基，其压力范围远不止100～200kPa，因此应该用其实际压力，规范对此也作了严格的规定，即应当取该层地基土在自重压力至自重压力加附加压力作用时的压缩模量，在实际计算时，可根据室内土工压缩试验结果e-p曲线计算：E si=（1+eli）/ai; ai=（e1i-e2i）/（p2i-p1i）。

用实际压力范围计算的Es值与用100～200kPa压力范围的Es有时相差较明显，对于一些对沉降要求较高的建筑物（如框架结构），由于Es的误差，有时可以导致基础方案的选择，而这一点常常被工程设计人员所忽视。

1.5.3.2　沉降计算经验修正系数ψs或ψ

在《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）表5.3.5中，地基最终沉降量计算公式中的沉降计算经验修正系数ψs的变化范围从0.2～1.4，而在《建筑桩基技术规范》（JGJ 94—2008）表5.5.11，桩基沉降计算经验系数ψ的变化范围也从0.4～1.2，变化幅度范围较大，对地基最终沉降的影响很大。目前，各地对沉降计算经验修正系数的数值规定差别很大。如上海地基规范规定其值随附加压力P0 的增大可以从0.7 变化到1.3；天津地基规范的修正系数值为基础底面平均压力p与地基承载力设计值f之间的比值；深圳地基规范则又不同。因此，各地应该建立在沉降实测基础上的本地经验修正系数，不能完全照搬国标《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）中的规定。

1.5.4　地基稳定性分析评价

岩溶地区发育有大量对地基稳定性有着重要影响的溶洞、土洞等不良地质现象，溶洞、土洞在人为或自然因素的诱发下，易使地基产生塌陷失稳，影响建筑物的安全稳定，因此，场地稳定性正确分析评价，在岩溶地区显得尤为重要。

目前，在桂林市的岩土工程勘察实践中，对岩溶地基稳定性的评价，主要有以下3种方法：①对岩溶地基的影响因素作定性评价；②依据《工程地质手册》（第四版）或《岩土工程手册》中所推荐的经验公式，进行相关验算的评价方法；③依据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）或《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）中有关规定的评价方法。这些方法手段在工程实践中被广泛运用，但在运用过程中，应注意它们的适用性和使用条件，若不能够了解或把握，就不能很好地对岩溶地基稳定性作出客观正确的评价。

《工程地质手册》（第四版）或《岩土工程手册》中所推荐的经验公式主要有：①根据溶洞顶板坍塌自行填塞洞体所需厚度进行计算；②根据顶板裂隙分布情况，分别对其进行抗弯、抗剪验算；③根据极限平衡条件，按顶板能抵抗受荷载剪切的厚度计算；④根据普氏压力拱高度计算。它们都有具体的计算公式，方便简单，计算能得出明确的结果，因此在人们的印象中，可能会认为这些方法是定量评价方法。其实它们只能认为是半定量评价方法，其计算的结果有时与实际有较大的出入。首先它们都是一些经验性公式，计算公式在推导过程中，受力条件作了一些简化；其次，在这些计算公式中，要求有溶洞（土洞）的尺寸大小、埋藏深度等计算参数，但在工程实践中，就目前的技术条件和水平，要想很准确地获取这些参数数据，有一定的难度，一般还是依据工程地质剖面图（或工程地质柱状图）来推断溶洞（土洞）的尺寸、形状和位置，而工程地质剖面图中溶洞（土洞）的形状、尺寸，带有较大的人为主观推断因素，这将影响岩溶稳定性计算评价的结果。尽管目前已有地质雷达（CT）进行地下岩溶探测的技术，但受条件所限，在桂林市的场地岩土工程勘察中还用得不多，建议以后在岩土工程勘察中，多加强这方面的工作，尤其在重要工程、大型工程或岩溶强发育地段。

在《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）中或《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）中均规定，在岩溶地区，当基础底面以下的土层厚度大于3倍独立基础底宽，或大于6倍条形基础底宽，且在使用期间不具备形成土洞条件时，可不考虑岩溶对地基稳定性的影响。此条规定简单明了，使用方便。但实际上，在《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）规定厚度以下的溶洞或土洞对地基稳定性还是有影响的，仅仅考虑基础底面以下的土层厚度是不够的，规范规定没有考虑以下几个影响因素：

（1）下伏溶洞或土洞的规模尺寸、形状。对于小规模跨度的溶洞或土洞，对地基稳定的影响不大，适用《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）中的规定。若溶洞或土洞的跨度较大，即使符合规定的土层厚度，也可能导致地基塌陷失稳，因此还需要辅以其他的方法进行稳定性判别。此外，溶洞或土洞的横断面形状对岩溶地基的稳定性也有影响，因不规则形状的溶洞或土洞周边易产生应力集中，一般来说，圆形或近圆形的溶洞或土洞较不规则形状的溶洞或土洞更稳定。

（2）地下水的存在及其水位。若存在地下水且地下水位在土洞所处位置的范围内上下波动，则不利于土洞的稳定，并有可能使规定厚度以下的土洞坍塌失稳，进而影响上部地基的稳定。对于由砂、粉土等组成的岩溶地基，如桂林漓江一级阶地，很多地基即使符合《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）中的厚度规定，也常发生地基塌陷，这主要是由于砂、粉土的黏聚力较低，若遇上久旱突降暴雨，地下水位迅速上升，则进一步降低了地基土的抗剪强度。

（3）土洞内的充填物。对于土洞地基而言，洞内是否有充填物，对于地基稳定性有着重要的影响，但对于溶洞地基的影响则相对较小。例如，桂林岩溶地区红粘土地基中发育的土洞，常常可以看到被软、流塑粘性土充填的情形，此时，可大大地增加土洞的稳定性，因此，地基的土层厚度即使达不到《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）中的规定厚度，土洞地基也可能处于稳定状态。

由于规范的权威性，因此人们往往容易忽略上述因素的影响，在工程设计中应引起重视。

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