對巖土工程進行系統的可靠度控制

（遼寧省冶金地質勘查局四O二隊,遼寧 鞍山 114002）

（遼寧省冶金地質勘查局四O二隊,遼寧 鞍山 114002）

巖土工程對自然條件的依賴性特別高，巖土體結構和巖土材料性能都是不確定的。計算結果與工程實際之間總存在或多或少的差別，因此就需要巖土工程師的綜合判斷。通過對勘察、設計、施工、監測等整個系統的各個部分的可靠度進行都要進行控制，從而使整個工程更加安全。

巖土工程；可靠度控制；可靠性控制

1 巖土工程勘察的可靠度控制及其措施

傳統的數理統計分析假設參數空間分布是均勻的。但是在地質演化過程中巖土形成了空間變異性，不能用經典統計方法解決，需要隨機場理論進行研究。其中相關距離是隨機場理論應用于巖土工程的一個非常重要參數。小于相關距離時，土性具有相關性；大于相關距離時，土性基本不相關。用數理統計的方法整理巖土特性數據在我國勘查中普遍推行，國標《巖土工程勘察規范》GB50021-2001第14.2.2條中對巖土特性指標數據的統計和取值做如下規定：自主要參數宜繪制沿深度變化的圖件，并按變化特點劃分為相關型和非相關型。需要時應分析參數在水平方向上的變異規律。相關型參數宜結合巖土參數與深度的經驗關系，按下式確定剩余標準差，并利用剩余標準差計算變異系數。

式中σr——剩余標準差

r——相關系數；對非相關型，r=0

由于客觀上問題的復雜性，巖土參數的變異性和統計取值問題尚未完全解決，研究仍在繼續。

2 巖土工程設計的可靠性控制

2.1 巖土性質的特點

巖土是大自然的產物，其性質十分復雜，而且多變，不僅不同地點的土性差異較大，就是同一地點同一土層的性質也是隨位置不同而變化，所以他們具有比任何人工材料大得多的差異性。在巖土工程的研究過程中，取樣、代表性樣品的選擇、成果分析等各個環節都會引起許多問題，帶來一系列的不確定性，增加測值的變異性，以及有限的實驗數據所造成的誤差等，就構成了巖土材料特異性的主要來源。

2.2 巖土工程的特點

就可靠度而言，巖土工程，尤其是地基基礎工程，有如下5個特點：

1）失效驗算原則：巖土工程是對整個工程范圍進行整體驗算。

2）極限狀態含義：地基基礎設計中的承載力極限狀態，既包括狹義的承載力極限狀態，也包括變形的極限承載力狀態。二者不是完全獨立的。

3）工程規模方面：巖土工程所研究的范圍一般均較大，這是與結構工程在可靠度分析中最基本的區別。

4）極限狀態方程的非線性：巖土的本構模型多種多樣，具有高度的非線性，在不同應力水平下，巖土體會表現出不同的變形特征。

5）土性指標的相關性：巖土性質的指標具有相關性，既有不同指標間的互相性，也有同一指標的自相關性。

2.3 可靠度的設計水準

國際上通常將可靠度的設計劃分為三個水準。

（1）水準Ⅰ——半概率設計法：我國大部現行公路橋梁結構和路面結構設計都屬于這一水準。分以下三個步驟：1）確定抗力變量R和荷載變量S的標準值；2）半概率的確定材料強度及設計荷載；3）由材料設計強度計算出截面抗力，由設計荷載計算出荷載效應，并進行判斷。

（2）水準Ⅱ——近似概率設計法：目 前國際上已經進入實用階段的概率設計方法，運用較多。確定基本變量的分布時，受現有信息的限制而具有近似性，將一些復雜的非線性的極限狀態方程線性化。所以它仍然只是一種近似的概率方法。

（3）水準Ⅲ——全概率設計法：是一種完全根據概率理論的較為理想的設計方法，目前我國還沒有任何一個規范采用此方法。

上述三種設計水準，上部結構采用標準Ⅱ，而巖土工程則是三種設計水準并存。巖土工程不求計算精確，只求判斷正確，強調概念設計。巖土工程設計安全度一般包括下列幾個方面

3 巖土工程施工的可靠性控制

巖土工程涉及的材料有多種情況：第一類材料如混凝土、鋼材等，與結構工程相同，由設計者選定，應保證其強度、耐久性等性能符合設計要求；第二類材料如土工合成材料（土工化纖、土工模等），也由設計者選定，但屬于非常規材料；第三類為人工制造或人工改造的巖土材料，如填方工程、路基、土石壩等，由巖土工程師設計，施工時按巖土工程師設計的要求實施；第四類是天然巖石，如天然地基、天然邊坡，通過勘察測試確定其工程特性。材料的不同保證安全的措施也不同。第一類材料屬常規材料，不必多言；第二類材料需由專業機構測定其性能是否滿足設計要求；第三類材料由巖土工程師設計，施工單位實施后，也需要通過檢驗，檢驗方法一般由設計者提出；第四類材料性能由工程勘察報告提供。

施工的可操作性和施工質量的可控制性，是巖土工程安全控制必須注意的問題。當有多種功法可選時，設計時應盡量選用施工單位熟悉的有經驗的功法。

施工質量的可操作性對于巖土工程有特殊重要意義。巖土工程多為隱蔽工程，質量的控制和檢驗十分重要，有的功法雖有明顯優勢，但如質量不易控制，也只得放棄。例如：預制樁的質量一般比較容易控制，但打入時因噪音而受到限制；挖孔樁由于可以到孔底檢查，其質量比鉆孔樁容易控制，但因勞動條件惡劣而受到限制；粉噴樁曾被一些地方封殺，不許使用，就是質量不易控制。2002年《建筑地基處理規范》規定“施工機械必須配有計量部門確認的，具有能瞬時監測記錄粉量的粉體計量裝置及攪拌深度自動記錄儀”就是為了解決粉噴樁質量的控制問題。

總之，巖土工的勘察、設計、施工要從場地和工程的實際出發；抓住關鍵突出難點和重點；堅持設計理性，避免盲目；注重綜合判斷和現場試驗；統籌兼顧，協調配合，注意總體效果；設置多道防線，確保工程安全。

[1]施建勇，趙維炳.地基處理及基礎工程[M].南京：河海大學出版社，1997：8—60.

[2]劉景政，楊素春，鐘冬波.地基處理與實例分析[M].北京：中國建筑工業出版社,1998.

對巖土工程進行系統的可靠度控制

劉錫金

劉錫金（1966—），男，遼寧鞍山人，本科，學士，高級工程師，研究學科及方向：巖土工程勘察與施工、地質勘探。