高曉兵，陳劉浩，宋俊杰

(中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海 200032)

在“一帶一路”倡議的指導下，中國企業(yè)不斷開拓市場，投資、建設境外工程。境外工程與國內工程最大的區(qū)別在于使用的國家標準不同，從而導致勘察、設計成果不盡相同?，F(xiàn)有研究對國內外設計規(guī)范的異同分析較多，對國內外勘察規(guī)范的異同分析較少，而勘察成果作為設計的基礎依據(jù)，其成果的可靠性對設計方案起至關重要的作用。因此，分析國內外勘察規(guī)范的異同，從源頭上解決因不同規(guī)范產生的偏差，是十分必要的。

阿布扎比哈里發(fā)港集裝箱碼頭二期工程是國家“一帶一路”的樣板工程，本文依托該工程的勘察資料，著重分析中國規(guī)范與歐美規(guī)范在確定地基承載力方面的異同點，明確境外工程地基承載力的確定方法，用于指導境外工程勘察報告的編制。

1 中國勘察規(guī)范體系

我國現(xiàn)有的巖土工程勘察規(guī)范種類繁多，包括國家標準、行業(yè)標準、地方標準，因行業(yè)不同又分為不同的類型，如水運、水利水電、鐵路、公路等。各種規(guī)范總體要求基本一致，但因側重點不同也存在不同要求。在涉及到特殊行業(yè)或特殊性巖土時，有特殊性勘察規(guī)范。

中國規(guī)范中很多方法是經(jīng)過大量的工程實踐證明的[1]，做到了精細化、標準化，計算公式和適用條件具體化，實用性較強。參數(shù)取值、計算公式在規(guī)范中均有體現(xiàn)，根據(jù)工程特點可找到相應規(guī)范直接套用，可操作性強。規(guī)范中地基承載力確定方法一般采用解析公式法(Hansen公式、Terzaghi公式)、查表法、原位測試法[2](載荷板試驗、靜力觸探試驗、標準貫入試驗)等。

《建筑地基基礎設計規(guī)范》[3]規(guī)定的地基承載力特征值計算公式為：

fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck

(1)

式中：fa為地基承載力特征值(kPa)；Mb、Md、Mc為地基承載力系數(shù)，按《建筑地基基礎設計規(guī)范》中的承載力系數(shù)表取值；γ=ρg，ρ為基礎底面以下土的密度(tm3)；b為基礎底面寬度(m)；γm=ρmg，ρm為基礎底面以上土的加權平均密度(tm3)；d為基礎埋置深度(m)；ck為基底下1倍短邊寬度的深度范圍內土的黏聚力標準值(kPa)。

《高層建筑巖土工程勘察標準》[4]規(guī)定的天然地基極限承載力理論計算公式為：

(2)

式中：fu為地基承載力極限值(kPa)；Nγ、Nq、Nc為地基承載力系數(shù)，按《高層建筑巖土工程勘察標準》中的極限承載力系數(shù)表取值；ζγ、ζq、ζc為基礎形狀修正系數(shù)，按規(guī)范中附錄B表B.0.1-2取值；γ0=ρ0g，γ=ρg，ρ0、ρ分別為基底以上和基底組合持力層的土體平均密度(tm3)；b為基礎底面寬度(m)；d為基礎埋置深度為地基持力層代表性黏聚力標準值(kPa)。

《港口工程地質勘察規(guī)范》[5]規(guī)定的地基容許承載力可按照標貫擊數(shù)查表法獲得，容許承載力與標貫擊數(shù)關系見表1，表中未列出的擊數(shù)通過插值法計算獲得。

表1 砂土容許承載力與標貫擊數(shù)關系

2 歐美勘察規(guī)范體系

在非洲及中東地區(qū)巖土工程勘察中，一般應用Eurocode7系列和BS 1377系列；歐洲規(guī)范反映了歐盟的勘察水平，也經(jīng)過了大量歐洲國家和非洲國家工程的檢驗，一定程度上反映了世界水準。歐洲規(guī)范很少涉及具體的計算方法，通常都是基本原理，以指導性為主，實踐中可轉化為本國規(guī)范，強制性約束相對較少。地基承載力的計算方法一般采用國際上通用的基本方法，如Terzaghi公式和Meyerhof公式。

歐洲地基承載力一般采用PrinciplesofFoundationEngineering[6]中的Terzaghi公式：

(3)

式中：qu為地基承載力極限值(kPa)；Nγ、Nq、Nc為地基承載力系數(shù)，按PrinciplesofFoundationEngineering(7th Edition)中的極限承載力系數(shù)表取值；γ=ρg，ρ為土體的密度(tm3)；b為基礎底面寬度(m)；c′為地基土層的黏聚力標準值(kPa)；q為基礎埋置深度內土的自重應力(kPa)。

對于條形地基在局部剪切破壞時，可采用修正的Terzaghi公式：

(4)

式中：N′γ、N′q、N′c為修正的地基承載力系數(shù)，按表2(僅部分列出)取值。

在東南亞及美洲地區(qū)巖土工程勘察中，一般應用美國標準。美國地基承載力計算一般采用FoundationEngineeringHandbook[7]或EngineeringManualNo.1110-1-1905[8]中的計算公式，也是修正的Terzaghi公式：

(5)

式中：qu為地基承載力極限值(kPa)；Nγ、Nq、Nc為修正的地基承載力系數(shù)，按上述手冊中規(guī)定的極限承載力系數(shù)表取值(表2)，與歐洲規(guī)范中取值基本一致；γ′H=ρ′Hg，ρ′H為基礎底面以下土體的有效密度(tm3)；b為基礎底面寬度(m)；b′為基礎最小有效寬度(m)，等于b-2eb；σ′D為基礎底面的有效應力；eb為偏心距；c為地基土層的黏聚力標準值(kPa)；ζγ、ζq、ζc為關于黏聚力、土體密度和荷載的修正系數(shù)，對于條形地基，其值為1。

表2 極限承載力系數(shù)

歐美也通過標準貫入試驗擊數(shù)計算地基承載力，對于沉降量較小(小于25 mm)的地基，一般采用修正的Meyerhof公式：

(6)

(7)

N60=NmCNCECBCRCS

(8)

(9)

式中：qnet為地基承載力(kPa)；Fd為深度系數(shù)；Se為沉降量；B為基礎寬度；N60為修正的標貫擊數(shù)；Nm為實測標貫擊數(shù)；CN為上覆土壓力；CE為能量修正系數(shù)；CB為孔徑系數(shù)；CR為桿長修正系數(shù)；CS為取樣器修正系數(shù)；Df為基礎埋置深度。

3 承載力確定方法的異同

3.1 依托工程概況

阿布扎比哈里發(fā)港集裝箱碼頭二期工程位于阿拉伯聯(lián)合酋長國阿布扎比和迪拜之間，阿聯(lián)酋首都阿布扎比的塔維拉(Al Taweelah)。哈里發(fā)港是哈里發(fā)工業(yè)園區(qū)的重要組成部分，港口和工業(yè)園的資產均屬于阿布扎比港務局持有和管理，東距迪拜80 km，西距阿布扎比60 km。

道路堆場的ARMG基礎采用彈性地基梁結構+可調式鋼軌基座方案，地基土體物理力學指標通過原狀取土孔及原位標準貫入孔獲得。

經(jīng)勘探，擬建堆場范圍主要地基土層包括人工回填層和新近沉積鈣質砂巖兩大類，主要特征如下：

①人工回填層。中密-密實，局部松散-稍密狀的粉砂，含礫石，該層厚度約12 m，實測標貫擊數(shù)為14～50擊，平均值為25擊，淺層砂中密-密實，深層砂稍密，局部松散。淺部硬殼層厚度為5～6 m，下部松散-稍密砂層一般厚度為6～7 m。

②鈣質砂巖。原巖結構清晰，巖芯較為完整，一般在地面12 m以下。巖石飽和抗壓強度為0.9～4.6 MPa。

典型地層分布見圖1。

注：N為標貫擊數(shù)；右側數(shù)字為深度(高程)，單位為m。圖1 典型工程地質剖面

3.2 承載力確定方法的相同之處

1)無論是中國規(guī)范還是歐美規(guī)范規(guī)定的計算方法，其結構組成基本一致，都采用了抗剪強度指標。

2)中國規(guī)范及歐美規(guī)范均規(guī)定可通過原位測試(如標準貫入試驗)確定地基承載力。特別是對于砂土，難以取得原狀土樣，標貫試驗無疑是確定地基承載力的優(yōu)選方法。

3.3 承載力確定方法的不同之處

1)計算方法的應用。歐美規(guī)范多數(shù)采用修正公式，對于不同基礎形式、地基土層，修正公式多樣；中國規(guī)范采用的計算公式相對較為單一。

2)原位測試法的應用。歐美規(guī)范采用標貫法計算承載力時，一般采用修正的Meyerhof公式，對使用條件進行了限定，適用性有一定的局限性。中國規(guī)范一般采用查表法或經(jīng)驗公式法，結果往往匯聚了大量的工程經(jīng)驗，具有一定的區(qū)域性和行業(yè)性。

3)地基承載力選值。歐美規(guī)范一般選用地基承載力極限值，中國規(guī)范一般選用地基承載力特征值，兩者之間通過安全系數(shù)進行轉換。

4)安全系數(shù)的確定。歐美與中國對于安全系數(shù)的確定差異較大，歐美規(guī)范中安全系數(shù)一般不會小于2.5，最小2.0；中國規(guī)范中根據(jù)極限承載力確定容許承載力安全系數(shù)一般取2.0～3.0。

3.4 地基承載力的確定

依托工程以砂土層為基礎持力層，砂土層指標為φ=32°、ρ=1.83 tm3，平均標貫擊數(shù)25擊。

按中國規(guī)范采用Terzaghi理論公式計算的地基承載力特征值為qa=180 kPa；按中國規(guī)范采用標貫擊數(shù)確定地基承載力，查表1得地基容許承載力為230 kPa；按歐美規(guī)范采用Terzaghi理論公式，安全系數(shù)采用2.5，基礎埋深2.0 m，基礎寬度2.0 m，計算地基承載力容許值為qa=170 kPa；按歐美規(guī)范采用標貫擊數(shù)確定地基承載力，其中CN=1.308，CE=0.9，CB=1.0，CR=0.75，CS=1.0，計算得N60=22，F(xiàn)d=1.33，qa=300 kPa。

從計算結果看，采用理論公式計算，我國與歐美地基承載力計算結果基本一致；采用標貫試驗法推算或查表，我國規(guī)范規(guī)定的地基承載力值偏小。因此，在實施采用歐美標準的巖土工程勘察設計時，須仔細研究歐美規(guī)范的相關規(guī)定；當確定地基承載力(尤其是砂土地基)時，應按照歐美標準執(zhí)行，否則可能引起設計方案的差異和工程投資的增加。

4 結論

1)地基承載力選值時，中國規(guī)范一般選用特征值，歐美規(guī)范一般選用極限值，兩者之間通過安全系數(shù)進行轉換。中國規(guī)范中安全系數(shù)一般取2.0～3.0，歐美規(guī)范中安全系數(shù)一般不會小于2.5，最小2.0。

2)采用公式計算地基承載力，中國與歐美地基承載力計算結果基本一致。采用標貫試驗法推算或查表，我國規(guī)范規(guī)定的地基承載力值偏小。

3)在實施采用歐美標準的巖土工程勘察設計時，須仔細研究歐美規(guī)范的相關規(guī)定。當確定地基承載力(尤其是砂土地基)時，應按照歐美標準執(zhí)行，采用標準貫入試驗法推算。