
1簡(jiǎn)介
地基承載力:地基滿足變形和強(qiáng)度的條件下,單位面積所受力的最大荷載。
2概述
地基承載力(subgrade bearing capacity)是指地基承擔(dān)荷載的能力。
在荷載作用下,地基要產(chǎn)生變形。隨著荷載的增大,地基變形逐漸增大,初始階段地基土中應(yīng)力處在彈性平衡狀態(tài),具有安全承載能力。當(dāng)荷載增大到地基中開始出現(xiàn)某點(diǎn)或小區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)在其某一方向平面上的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí),該點(diǎn)或小區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)就發(fā)生剪切破壞而處在極限平衡狀態(tài),土中應(yīng)力將發(fā)生重分布。這種小范圍的剪切破壞區(qū),稱為塑性區(qū)(plastic zone)。地基小范圍的極限平衡狀態(tài)大都可以恢復(fù)到彈性平衡狀態(tài),地基尚能趨于穩(wěn)定,仍具有安全的承載能力。但此時(shí)地基變形稍大,必須驗(yàn)算變形的計(jì)算值不允許超過允許值。當(dāng)荷載繼續(xù)增大,地基出現(xiàn)較大范圍的塑性區(qū)時(shí),將顯示地基承載力不足而失去穩(wěn)定。此時(shí)地基達(dá)到極限承載力。
3確定方法
(1)原位試驗(yàn)法(in-situ testing method):是一種通過現(xiàn)場(chǎng)直接試驗(yàn)確定承載力的方法。包括(靜)載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等,其中以載荷試驗(yàn)法為最可靠的基本的原位測(cè)試法。
(2)理論公式法(theoretical equation method):是根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算的理論公式確定承載力的方法。
(3)規(guī)范表格法(code table method):是根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試指標(biāo)或野外鑒別指標(biāo),通過查規(guī)范所列表格得到承載力的方法。規(guī)范不同(包括不同部門、不同行業(yè)、不同地區(qū)的規(guī)范),其承載力不會(huì)完全相同,應(yīng)用時(shí)需注意各自的使用條件。
(4)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)法(local empirical method):是一種基于地區(qū)的使用經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行類比判斷確定承載力的方法,它是一種宏觀輔助方法。
4注意問題
定義
(1)地基承載力:地基所能承受荷載的能力。
(2)地基容許承載力:保證滿足地基穩(wěn)定性的要求與地基變形不超過允許值,地基單位面積上所能承受的荷載。
(3)地基承載力基本值:按標(biāo)準(zhǔn)方法試驗(yàn),未經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)處理的數(shù)據(jù)。可由土的物理性質(zhì)指標(biāo)查規(guī)范得出的承載力。
(4)地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值:在正常情況下,可能出現(xiàn)承載力最小值,系按標(biāo)準(zhǔn)方法試驗(yàn),并經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)處理得出的數(shù)據(jù)。可由野外鑒別結(jié)果和動(dòng)力觸探試驗(yàn)的錘擊數(shù)直接查規(guī)范承載力表確定,也可根據(jù)承載力基本值乘以回歸修正系數(shù)即得。
(5)地基承載力設(shè)計(jì)值:地基在保證穩(wěn)定性的條件下,滿足建筑物基礎(chǔ)沉降要求的所能承受荷載的能力。可由塑性荷載直接,也可由極限荷載除以安全系數(shù)得到,或由地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值經(jīng)過基礎(chǔ)寬度和埋深修正后確定。
(6)地基承載力的特征值:正常使用極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)的地基承載力。即在發(fā)揮正常使用功能時(shí)地基所允許采用抗力的設(shè)計(jì)值。它是以概率理論為基礎(chǔ),也是在保證地基穩(wěn)定的條件下,使建筑物基礎(chǔ)沉降計(jì)算值不超過允許值的地基承載力。
在設(shè)計(jì)建筑物基礎(chǔ)時(shí),各行業(yè)使用《規(guī)范》不同,地基容許承載力、地基承載力設(shè)計(jì)值與特征值在概念上有所不同,但在使用含義上相當(dāng)
合理確定
一、原因
與鋼、混凝土、砌體等材料相比,土屬于大變形材料,當(dāng)荷載增加時(shí),隨著地基變形的相應(yīng)增長(zhǎng),地基承載力也在逐漸加大,很難界定出下一個(gè)真正的“極限值”,而根據(jù)現(xiàn)有的理論及經(jīng)驗(yàn)的承載力計(jì)算公式,可以得出不同的值。因此,地基極限承載力的確定,實(shí)際上沒有一個(gè)通用的界定標(biāo)準(zhǔn),也沒有一個(gè)適用于一切土類的計(jì)算公式,主要依賴根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)所定下的界限和相應(yīng)的安全系數(shù)加以調(diào)整,考慮一個(gè)滿足工程的要求的地基承載力值。它不僅與土質(zhì)、土層埋藏順序有關(guān),而且與基礎(chǔ)底面的形狀、大小、埋深、上部結(jié)構(gòu)對(duì)變形的適應(yīng)程度、地下水位的升降、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的差別等等有關(guān),不能作為土的工程特性指標(biāo)。
另一方面,建筑物的正常使用應(yīng)滿足其功能要求,常常是承載力還有潛力可挖,而變形已達(dá)到可超過正常使用的限值,也就是變形控制了承載力。
因此,根據(jù)傳統(tǒng)習(xí)慣,地基設(shè)計(jì)所用的承載力通常是在保證地基穩(wěn)定的前提下,使建筑物的變形不超過其允許值的地基承載力,即允諾承載力,其安全系數(shù)已包括在內(nèi)。無論對(duì)于天然地基或樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì),原則均是如此。
隨著《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ68-84)施行,要求抗力計(jì)算按承載能力極限狀態(tài),采用相應(yīng)于極限值的“標(biāo)準(zhǔn)值”,并將過去的總安全系數(shù)一分為二,由荷載分項(xiàng)系數(shù)和抗力分項(xiàng)系數(shù)分擔(dān),這給傳統(tǒng)上根據(jù)經(jīng)驗(yàn)積累、采用允許值的地基設(shè)計(jì)帶來了困擾。
《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7-89)以承力的允許值作為標(biāo)準(zhǔn)值,以深寬修正后的承載力值作為設(shè)計(jì)值,引起的問題是,抗力的設(shè)計(jì)值大于標(biāo)準(zhǔn)值,與《建筑可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068-2001)規(guī)定不符,因此本次規(guī)范進(jìn)行了修訂。
二、對(duì)策
《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068-2001)鑒于地基設(shè)計(jì)的特殊性,將上一版“應(yīng)遵守本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定”修改為“宜遵守本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的原則”,并加強(qiáng)了正常使用極限狀態(tài)的研究。而《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001)也完善了正常使用極限狀態(tài)的表達(dá)式,認(rèn)可了地基設(shè)計(jì)中承載力計(jì)算可采用正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合。
“特征值”一詞,用以表示按正常使用極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)采用的地基承載力和單樁承載力的值。
三、應(yīng)用
用作抗力指標(biāo)的代表值有標(biāo)準(zhǔn)值和特征值。當(dāng)確定巖土抗剪強(qiáng)度和巖石單軸抗壓強(qiáng)度指標(biāo)時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)值;由荷載試驗(yàn)確定承載力時(shí)取特征值,載荷試驗(yàn)包括深層、淺層、巖基、單樁、錨桿等,見規(guī)范有關(guān)附錄。
地基承載力特征值fak是由荷載試驗(yàn)直接測(cè)定或由其與原位試驗(yàn)相關(guān)關(guān)系間接確定和由此而累積的經(jīng)驗(yàn)值。它相于載荷試驗(yàn)時(shí)地基土壓力-變形曲線上線性變形段內(nèi)某一規(guī)定變形所對(duì)應(yīng)的壓力值,其最大值不應(yīng)超過該壓力-變形曲線上的比例界限值。
修正后的地基承載力特征值fa是考慮了影響承載力的各項(xiàng)因素后,最終采用的相應(yīng)于正常使用極限狀態(tài)下的設(shè)計(jì)值的地基允許承載力。
單樁承載力特征值Ra是由載荷試驗(yàn)直接測(cè)定或由其與原位試驗(yàn)的相關(guān)關(guān)系間接推定和由此而累積的經(jīng)驗(yàn)值。它相應(yīng)于正常使用極限狀態(tài)下允許采用單樁承載力設(shè)計(jì)值。
當(dāng)按地基承載力計(jì)算以確定基礎(chǔ)底面積和埋深或按單樁承載力確定樁的數(shù)量時(shí),傳至基礎(chǔ)或承臺(tái)底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)采用標(biāo)準(zhǔn)組合,相應(yīng)的抗力限值采用修正后的地基承載力特征值或單樁承載力特征值。即S≤C,C為抗力或變形的限值;pk≤fa(地基);Qk≤Ra(樁基)。此時(shí)特征值fa、Ra即為正常使用極限狀態(tài)下的抗力設(shè)計(jì)值。