岩土工程勘察的可靠性控制和置信度

1岩土工程勘察的可靠性控制和置信度作为工程建筑场地,工程设计所需的地质参数的可靠性如何,直接关系到工程建设的经济与安全性。探讨岩土工程地质参数精度评价的方法，包括数据优选、确定最优样本及计算可靠度。按不同设计阶段给定的目标值评价其置信度。我们对地质体的认识就是从随机现象开始，从观测或试验所积累的丰度，数据的离散性决定了地质参数的变异性。这就有一个精度问题。样本多、指标精度高，置信概率大，其工作量和消耗的费用也大。反而从有限的测试样本中统计出来的指标，其可靠性是不高的。一、当前岩土工程勘察实行市场化、全面放开，勘察单位互相竞争，相互压价，最为突出的问题是：1、对场地土层取原状土试样数量少，把不同成因的土层亦归为一层取6件土样。2、布孔：把勘探孔布在建筑物中间，造成二排孔变成一排孔，或变成一个梅花型和变成一个折线形。有的在复杂的山前倾斜平原中，也不论地质条件复杂程度如何，仍按方格网布孔。孔的间距定在规范允许的上限，造成控制不了查明暗藏的河道、河滨等对工程不利的埋藏物夹层或透镜体的分布范围。3、钻探：对要求鉴别地层和取样钻孔，开孔就采用送水钻进的方法。钻进中，把水量开得很大，使孔内岩芯搅成泥返出孔口，同时回次进尺把主要持力层或重点部位控制在0.5米以上，一般地层钻进中回次进尺也超过2米，在巨厚的淤泥质土中，回次进尺甚至达102多米，对于钻粉土、砂层和卵石层，没有采用优质泥浆，泥浆的浓度也未控制，致使出现坍孔、埋钻，取不上岩芯，造成岩芯采取率达不到规范的要求。4、取样：对采取I、II级土试样，不用薄壁取土器取土样或快速连续静压方式贯入器，采取原状土试样，而采用直接从送水冲出来的岩芯，或从岩芯管中顿出来的岩芯装入铁皮筒中，作为原状土试样，没有及时进行贴标签、封蜡、用胶带纸代替蜡封口，导致土样严重失水。运输土样也没有专用土样箱，扰动、振动，致使含水量、孔隙比、液性指数、压缩性系数和抗剪强度指标严重失真。5、地下水的量测：地层中有潜水含水层和承压含水层时没有采取止水措施，将被测潜水含水层和承压含水层隔开量测水位，只测得一个混合水位和水头，常作为孔隙潜水位。6、原位测试：对标贯和动探试验不规范行为：①没有清除孔底废土就进行试验。②试验中深度不到底，其结果与野外鉴定和室内试验结果不吻合，出现偏低情况。③动探和标贯器破损严重仍在使用，导致数据严重失真。进尺过大导致分层困难。7、室内岩土试验：试验人员发现异常情况，未与原始记录核对。不对实验结果进行分析对比，给工程质量安全留下隐患。8、地基评价：勘察报告定性多，定量少，尤其是对岩土体的变形、强度和稳定性定量分析少。地基评价一般化，老一套，真正解决施工问题的很少。①每个场地只取一件水样就对建筑材料腐蚀性进行了评价。②对10层且高度超过了30米的单幢高层建筑或建筑群，3只做一个剪切波速试验就对场地做出评价。③没有3个以上勘探点就用标贯来判别液化。9、设计参数：地基承载力特征值是基础设计中最基本重要的一个参数，规范规定“可由载荷试验或其他原位测试、公式计算，并结合工程实践经验等方法综合确定。”但在实际中，只是凭单一的某种方法取值，且取值很低。（10）计算机成图：剖面分层不合理，对于在地基影响范围内厚度大于0.5米的软弱夹层或透镜体没有单独划出，连出来的剖面没有层的概念。二、综上所述，由于钻探、取样、试验取值、计算等环节的误差积累，用室内土工试验取得的岩土工程参数计算，其结果与工程实测有时差距很大。岩和土是大自然的产物，其性质十分复杂而且多变，不仅不同地点的土性质可以差别很大，即使同一地点，同一土层，其性质也随位置而变，所以它们具有比任何人工材料大得多的变异性，岩土的复杂性质不仅难以人为地控制，而且要清楚的认识它亦非易事。在岩土工程研究中，取样、代表性样品选择、试验、成果整理分析等各个环节都会引起许多问题，带来一系列的不确定性，增加测值的变异性，以及有限的试验数量所造成的误差等，需要寻求一个合适的精度标准。从而使得可靠度分析的精度在更大的程度上依赖于土性参数统计分析的精度。其精度取决于样本容量和数据本身的离散性，样本数量大，数据变异系数可能小，则参数的精度高，统计估计值逐渐接近总体真值。如何恰当地对岩土特性参数进行概率统计分析，是岩土工程，尤其是地基工程最重要的问题，它对岩土可靠度分析4的影响极大，直接影响到岩土工程勘察成果的精度和水平，从而影响到工程设计的合理性与经济性。三、众所周知，岩土工程勘察主要是为建（构）筑物基础设计，地基处理和施工提供详细的工程地质资料和技术参数，是否执行规范，对整个工程质量起决定性作用。为了提高岩土工程的可靠性，采取下列相应的措施。1、勘察手段认真执行《岩土工程勘察规范》、《建筑地基基础设计规范》的明确规定，采用钻探和触探相配合。2、勘察布孔：满足《岩土工程勘察规范》的明确规定。①对一级、二级建筑物，宜按主要柱列线或建筑物周边线布置，三级建筑物可按建筑物或建筑群的范围布置。高层建筑角点和中心点应有勘探孔，而且不得少于5个。②勘探孔间距：甲级勘察为10-15米，乙级勘察宜为15-30米，丙级勘察宜为30-50米，对高层建筑，当地层变化特别复杂或建筑物层数、荷载变化比较大时，应适当增加勘探孔。③勘探孔深度a．勘探孔深度应同时满足地基基础设计和抗震设计要求，一般应超过地基变形的计算深度或达到基岩顶层，高层建筑宜达到较完整基岩3-5米。b．自基础底面算起，一般性勘探孔深度（按承载力计算的地基）应能控制地基主要受力层，且不应小于5米，控制性勘探孔深度应超过地基沉降计算深度。5c．控制性勘探孔占勘探孔总数的1/3，单幢高层建筑控制性勘探孔不宜少于2个（中心点应有一个）。d．桩基一般性勘探孔深度（按承载力计算的地基）宜进入持力层3-5米，控制性勘探孔深度（需进行沉降计算的地基）应达到压缩层计算深度或在桩尖下取基础底面宽度的1.0-1.5倍。大口径桩（桩径大于0.8米）勘探孔深度应达到桩尖下桩径3倍。3、取样，原位测试孔的布置：①取样及原位测试数量宜占勘探孔总数的1/2到2/3，对甲级建筑物每幢不得少于3个（中心点应有一个）。②取样及原位测试点的竖向间距，在地基主要受力层为1-2米，对每个场地或每幢甲级建筑物，每一主要土层取样不应少于6件，原位测试不应少于6次。③在地基主要受力层内，对于厚度大于0.5米的夹层或透镜体应取样或进行原位测试。4、钻探:认真执行《建筑工程地质钻探技术标准》对钻探操作方法的明确规定。a.对要求鉴别地层和取样的钻孔，应采用回转方式钻进，取得岩土样品。b.在地下水位以上的土层中应进行干钻，不得使用冲洗液，不得向孔内注水，但可用能隔离冲洗液的二重或三重管钻进取样。c.钻进岩层宜采用金刚石钻头。对软质岩石及风化破碎岩石应采用双层岩芯管钻头钻进。测定岩石质量指标RQD时应采用外径75毫米的双层岩芯管钻头。6d.对可能坍塌的地层应采取钻孔护壁措施。在浅部填土及其他松散土层中可采用套管护壁。在地下水位以上的饱和软粘性土层、粉土层和砂层中宜采用泥浆护壁。在破碎岩层中可视需要采用优质泥浆、水泥浆或化学浆液护壁。e．钻进中保持孔内水头压力等于或稍大于孔周地下水压，提钻时应能通过钻头向孔底通气、通水，防止孔底土层由于负压管涌而收到扰动破坏。f.在土层中采用螺旋钻头钻进时不超过1米，在主要受力层中或重点研究部位，回次进尺不应超过0.5米，并应满足鉴别深度小至20厘米的薄层要求和取样要求。g．在岩石钻进时，回次进尺不得超过岩芯管长度，在软质岩层中不得超过2米。完整岩层采取率不宜小于80%,破碎岩层采取率不宜小于65%，对破碎带，滑动带宜进行定向连续取芯。5、取样：满足《原状土取样技术标准》对采取I、II级原状土试样操作方法的明确规定。6、地下水的量测：严格执行勘察规范对地下水的量测规定。初见水位和稳定水位可在钻孔直接量得，稳定水位的间隔时间按地层的渗透性确定，对砂土和碎石土不得少于0.5小时，对粉土和粘性土不得少于8小时，并宜在勘察结束后统一量测稳定水位。量测读数至厘米，精度不得低于2厘米。7、原位测试：严格执行原位测试规范的规定，根据原位测试成果，应与室内试验和工程反算参数作对比，检验其可靠性。原位测试仪器应检验和标定。78、室内土工试验：操作人员严格执行《土工试验方法标准》、《工程岩体试验方法标准》，发现异常及时与野外岩土工程师沟通和联系。9、地基评价：合理地运用岩土工程测试参数，采用综合评价方法，以概率论和数理统计方法为基础，研究最优样本容量和可靠性分析，达到最优的工程设计参数，提高设计参数的科学性和合理性。岩土工程本身是一门综合学科，是一项系统工程，包括岩土工程勘察、设计、施工、监测和运营各个环节，将系统可靠度理论、全概率理论和广义可靠度理论引入和应用到岩土工程，推动岩土工程可靠性研究的实用化进程。