淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中地基承載力的確定探討

1、<p>　　淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中地基承載力的確定探討</p><p>　　摘 要：本文通過對地基承載力的確定、基本組成及其影響因素的分析，進(jìn)一步加深了對地基承載力特征值的理解，為在淺基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中準(zhǔn)確明了地使用地基承載力的實(shí)際終值提供了幫助。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：地基承載力特征值；臨塑荷載；極限荷載；承載力修正 </p><p>　　在進(jìn)行天然地基上的淺基礎(chǔ)

2、設(shè)計(jì)時(shí)，合理地使用地基承載力是十分重要的，它直接關(guān)系到建筑的安全和正常使用以及基礎(chǔ)工程的造價(jià)。 </p><p>　　準(zhǔn)確合理地使用地基承載力源于對地基承載力全面理解，包括地基承載力的概念與含義、地基承載力的確定方法手段、地基承載力基本組成以及使用過程中的修正，本文試圖通過這四個方面的分析總結(jié)，加深了對地基承載力的理解，達(dá)到準(zhǔn)確合理使用地基承載力的目的。 </p><p>　　1.地基承載

3、力的概念 </p><p>　　地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)必須滿足兩個基本條件，一是強(qiáng)度條件即作用在地基土的荷載不超過地基的承載力，保證建筑物不發(fā)生傾倒，使地基在防止穩(wěn)定破壞方面具有足夠的安全儲備；二是變形條件控制基礎(chǔ)的沉降使之不超過地基的變形容許值，保證建筑物地基變形（沉降）滿足要求為前提，既地基承載力是由變形和強(qiáng)度兩方面控制的。 </p><p>　　由強(qiáng)度和變形兩個方面控制的地基承載力早在我國第

4、一套工業(yè)民用建筑規(guī)范（更早使用的為前蘇聯(lián)規(guī)范）就已明確，上世紀(jì)70年代頒布的《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TJ7-74）稱地基承載力為地基土容許承載力，是指能滿足強(qiáng)度和變形兩方面要求的地基土單位面積的負(fù)載能力。第二套地基規(guī)范頒布于上世紀(jì)80年代末期，即《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（CBJ-89），稱地基承載力為地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值，從承載力的含義中沒有強(qiáng)調(diào)變形要求，當(dāng)然在地基變形計(jì)算方面仍有嚴(yán)格要求。現(xiàn)行的《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB

5、50007-2011），提出了地基承載力標(biāo)準(zhǔn)增加時(shí)，隨著地基變形的相應(yīng)增長，地基承載力也在逐漸增大，很難界定出一個真正的“極限值”；另一方面，建筑物的使用有一個功能要求，常常是地基承載力還有潛力可挖，而變形已達(dá)到或超過按正常使用的限值。因此，地基設(shè)計(jì)時(shí)采用正常使用極限狀態(tài)這一原則，所選定的地基承載力是在地基土壓力變形曲線線性變段內(nèi)響應(yīng)不超過比例界限點(diǎn)得的基壓力值，即允許承載力。 </p><p>　　2.地基承載

6、力的確定方法 </p><p>　　地基承載力的確定方法通常有如下幾種： </p><p>　　（1）通過靜荷載試驗(yàn)，即在持力層的上部進(jìn)行原位試驗(yàn)，這種方法多用于荷載較大的建筑，此法雖很直觀，但影響深度有限，當(dāng)持力層下有軟弱層尚不能全面反映地基承載力。 </p><p>　?。?）理論計(jì)算方法，即根據(jù)地基土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)和基礎(chǔ)埋置深度、寬度以及土重度、地下水因素直接計(jì)

7、算出地基土承載力的特征值。 </p><p>　?。?）通過原位測試手段，即通過靜力觸探、動力觸探及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等方法地基土相關(guān)物理參數(shù)，從而確定地基承載力特征值。 </p><p>　?。?）按土物理性質(zhì)指標(biāo)方法，即通過對地基土原狀試樣進(jìn)行常規(guī)土試驗(yàn)確定所需相關(guān)物理性質(zhì)指標(biāo)，按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定地基土承載力特征值。 </p><p>　　上述幾種方法通常根據(jù)建筑安全等級

8、依次選擇，其中后兩種方法常同時(shí)使用或作為前兩種的輔助手段。在這幾種方法中除按理論計(jì)算方法外，其它方法確定的地基承載力在設(shè)計(jì)時(shí)均可根據(jù)基礎(chǔ)埋深及寬度進(jìn)行修正，修正的結(jié)果在多數(shù)的情況下地基承載力是可以提高的，提高幅度則取決于土性質(zhì)、狀態(tài)及地下水因素等。 </p><p>　　3.地基承載力的組成 </p><p>　　地基承載力雖只體現(xiàn)一個單項(xiàng)量，但依舊可以從不同角度分析和理解其多元化的特點(diǎn)。

9、地基土在外荷載產(chǎn)生的剪應(yīng)力作用下，發(fā)揮抵抗剪切破壞的能力，即土抗剪強(qiáng)度，土抗剪強(qiáng)度由摩擦力和內(nèi)聚力兩部分構(gòu)成，由此可把地基承載力視為兩項(xiàng)組成；當(dāng)基礎(chǔ)被埋置于較深土層中時(shí)，埋置于基礎(chǔ)周邊的土則通過重力作用維護(hù)地基的穩(wěn)定，由此又可把地基承載力視為三項(xiàng)組成，地基承載力的三項(xiàng)組成形式在通過理論計(jì)算地基承載力的表達(dá)式中得到充分體現(xiàn)。按強(qiáng)度理論方法計(jì)算地基承載力表達(dá)式由三部分構(gòu)成，按臨塑荷載公式計(jì)算地基承載力的表達(dá)式為： </p>&

10、lt;p>　　fa=mbrb+mdrmd+mcck[1] （1） </p><p>　　按極限荷載計(jì)算地基極限承載力的表達(dá)式為： </p><p>　　Pu= rbNr+rmdNq+ckNc[2] （2） </p><p>　　式中fa、pu——分別為由土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定的地基承載力特征值及極限值，其中fa為地基塑性變形區(qū)最大深度Zmax= 時(shí)地基承載力特征值

11、（KPa）； </p><p>　　Mb、Md、Mc、Nq、Nr——承載力系數(shù)及極限承載力系數(shù)； </p><p>　　b、d——分別基礎(chǔ)底面寬度及基礎(chǔ)埋置深度（m）； </p><p>　　r、rm——分別為基礎(chǔ)地面以下土重度及基礎(chǔ)底面以上土加權(quán)平均重度（KN/m3）； </p><p>　　ck——基底下一倍短邊深度內(nèi)土粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值。 &

12、lt;/p><p>　　由上兩式均可看出，地基承載力一方面受與土內(nèi)摩擦φ 值相關(guān)的系數(shù)影響，另一方則受基礎(chǔ)寬度b、基礎(chǔ)埋深 d、土內(nèi)聚力及基底面上下土重度影響。由此不難理解地基承載力由地基土摩擦力、內(nèi)聚力及邊載三部分構(gòu)成，即b與r越大，地基土重力越大，由此引起的摩擦力越大；d與r m越大，基礎(chǔ)周邊的壓力越大，這種邊載配重作用將起到阻止淺層地基土在外荷載作用下向上滑動；c值則直接影響土抗剪強(qiáng)度。綜合所述，地基承載力由基

13、底面以下土摩擦力、土內(nèi)聚力及埋置深度的超載三部分構(gòu)成。 </p><p>　　當(dāng)基礎(chǔ)的埋置深度及寬度確定之后，則可根據(jù)基礎(chǔ)持力層土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)C φ值及基礎(chǔ)埋置層和持力層的重力密度分別計(jì)算出三部分地基承載力。 </p><p>　　例：當(dāng)基礎(chǔ)寬度b為0.4m，基礎(chǔ)埋深d為2.0m，基礎(chǔ)底面上下土的重度r及rm均為19KN/m3，土摩擦角φ為14°，土的內(nèi)聚力c為15pa，按（1）

14、式查《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）表5.2.5可得： </p><p>　　fa =0.29×19×4.0+2.17×19×2.0+4.69×15 　　=174.85KPa </p><p>　　則摩擦力形成的承載力為22.04KPa，超載形成的承載力為82.46KPa，內(nèi)聚力形成的承載力為70.35KPa。 <

15、;/p><p>　　4.地基承載力修正的主要影響因素 </p><p>　　通過理論計(jì)算的地基承載力已經(jīng)考慮了基礎(chǔ)寬度及埋置深度的影響，其承載力值即為設(shè)計(jì)終值，若采用非理論計(jì)算方法確定的基礎(chǔ)承載力，當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m或理置深度大于0.5m時(shí)尚可通過修正以提高地基承載力。其表達(dá)式為： </p><p>　　Fa=fak+nbr（b-3）+ndrm（d-0.5）[1] （3

16、） </p><p>　　式中fa——修正后的地基承載力特征值（KPa）； </p><p>　　fak——地基承載力特征值（KPa） </p><p>　　ηb、ηd——基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)，參見《地基規(guī)范》； </p><p>　　r——基礎(chǔ)底面以下土重度，地下水以下取浮重度（KN/m3）； </p><

17、p>　　b——基礎(chǔ)底面寬度（m）； </p><p>　　rm——基礎(chǔ)底面以上土加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度（KN/m3）； </p><p>　　d——基礎(chǔ)埋置深度（m） </p><p>　　地基承載力修正值的大小取決于地基與基礎(chǔ)兩方面的因素，其中地基因素取決于土類別與狀態(tài)，基礎(chǔ)因素則取決于其埋置深度與寬度。當(dāng)?shù)鼗令w粒粗。密實(shí)、含水量低、狀態(tài)硬則修

18、正系數(shù)大，當(dāng)?shù)鼗恋念w粒細(xì)、松散、含水量高、狀態(tài)軟則修正系數(shù)低甚至為零（寬度修正系數(shù)降為零，深度修正系數(shù)降為1.0）。 </p><p>　　當(dāng)基礎(chǔ)寬度增加時(shí)，地基的范圍增大，基底面以下土抗剪強(qiáng)度增加，值得注意的是，當(dāng)基礎(chǔ)寬度增加地基沉降亦會相應(yīng)增大，因而在寬度修正時(shí)，當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于6.0m時(shí)按6.0m考慮。 </p><p>　　基礎(chǔ)埋深越大，基礎(chǔ)周邊土超載配重作用越大，地基承載力越高。

19、同樣狀態(tài)的土樁端阻力是淺基礎(chǔ)承載力的5～8倍，原因就在于埋深不同（樁基規(guī)范在給出樁的極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，限定樁長不小于5.0m，即埋深大于等于5.0m方可按樁考慮）。除此，還值得一提的是，在進(jìn)行深度修正時(shí)，基礎(chǔ)的類型及填方去填土回填的時(shí)間，即邊載能否真正起到配重作用，《地基規(guī)范》在解釋基礎(chǔ)埋深是強(qiáng)調(diào)：在填方整平地區(qū)，可自填土地面標(biāo)高算起，但填土在上部結(jié)構(gòu)施工后完成時(shí)，應(yīng)從天然地面標(biāo)高算起。對于地下室，如采用箱型基礎(chǔ)或筏基時(shí)，基礎(chǔ)埋置深度

20、自室外地面標(biāo)高算起；當(dāng)采用獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)時(shí)，應(yīng)從室內(nèi)地面標(biāo)高算起。 </p><p><b>　　5.結(jié)語 </b></p><p>　　正確理解地基承載力的概念進(jìn)行淺基礎(chǔ)地基設(shè)計(jì)，采用不同方法確定的地基承載力在使用時(shí)有嚴(yán)格的區(qū)別；理解地基承載力的組成是合理使用地基承載力的前提；同時(shí)進(jìn)行地基承載力修正過程中特別注意基礎(chǔ)類型及回填土等因素，最后準(zhǔn)確合理使用地基承載力