〔收稿日期〕 2003-08-08關(guān)于地基承載力特征值
與地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的比較
薛興度 凌兵建
(江蘇省江陰市建筑設(shè)計研究院)
摘 要 結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)對地基承載力特征值(G B50007-2002)與標(biāo)準(zhǔn)值(G BJ7-89)兩個關(guān)鍵性指標(biāo)的概念和確定方法進(jìn)行了詳細(xì)的比較。
關(guān)鍵詞 特征值 標(biāo)準(zhǔn)值 設(shè)計值
《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》(G B50007-2002) (文獻(xiàn)〔1〕)中引進(jìn)了地基承載力特征值(f ak)概念，地基基礎(chǔ)設(shè)計中有關(guān)荷載效應(yīng)的最不利組合與相關(guān)抗力限值與G BJ7-89規(guī)范(文獻(xiàn)[2])也有不同的規(guī)定。目前大部分勘察單位在巖土工程勘察報告所提供的特征值(f ak)與文獻(xiàn)〔2〕中的標(biāo)準(zhǔn)值(f k)基本沒有區(qū)別，但按文獻(xiàn)〔1〕第3.0.4規(guī)定，在確定基礎(chǔ)底面積及埋深時傳至基礎(chǔ)的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合，相應(yīng)的抗力應(yīng)采用地基承載力特征值。而G BJ7-89規(guī)范在確定基礎(chǔ)面積時傳至基礎(chǔ)底面的荷載按基本組合，相應(yīng)的抗力采用地基承載力設(shè)計值f(f經(jīng)f k修正確定,f≥1.1f k)，當(dāng)由永久荷載效應(yīng)控制的基本組合設(shè)計值S，采用簡化規(guī)則,S=1.35S k(S k：荷載效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組合值)，從上得知，按新規(guī)范，
若特征值與標(biāo)準(zhǔn)值無大的差異，基礎(chǔ)面積可明顯減少。對此不少結(jié)構(gòu)設(shè)計人員提出疑問，而部分勘察人員由于對結(jié)構(gòu)設(shè)計方面知識了解不多，也難以給予明確的解答。
下面分兩個方面，從容許承載力(74規(guī)范)至89規(guī)范的地基承載力設(shè)計值與標(biāo)準(zhǔn)值，再到目前應(yīng)用的地基承載力特征值(G B50007-2002規(guī)范)的變化和聯(lián)系及其數(shù)值的具體確定予以論述。
1 概念上的區(qū)別
地基承載力是指地基對基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)荷載的承受能力，其大小取決于地基、基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)兩個方面。有關(guān)承載力的幾個基本概念(文獻(xiàn)[4])：極限承載力：使地基發(fā)生剪切破壞，失去整體穩(wěn)定時的基礎(chǔ)底面最小壓力，亦即地基能承受的最大荷載強(qiáng)度。
容許承載力〔R〕：確定地基不產(chǎn)生剪切破壞或失穩(wěn)，同時又保證建筑物的沉降不超過允許值的最大荷載。
承載力基本值(f0)：根據(jù)土的室內(nèi)試驗(yàn)或原位測試物理力學(xué)指標(biāo)的平均值，按經(jīng)驗(yàn)公式計算或查經(jīng)驗(yàn)表格得到的相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)寬度和埋深時的地基容許承載力值，承載力基本值乘以據(jù)以計算或查表的物理力學(xué)指標(biāo)回歸修正系數(shù)，可得到承載力標(biāo)準(zhǔn)值。
承載力標(biāo)準(zhǔn)值(f k)：地基設(shè)計時采用的考慮了土性指標(biāo)變異影響后的相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)寬度和埋深時的
地基容許承載力代表值。
承載力設(shè)計值(f)：地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，經(jīng)基礎(chǔ)寬度和埋深修正，以及直接用地基強(qiáng)度指標(biāo)按承載力理論公式計算得到的值。承載力設(shè)計值是在地基設(shè)計計算時采用的地基條件承載力值。
地基承載力特征值(f ak)(文獻(xiàn)[1])：是指載荷試驗(yàn)測定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形所對應(yīng)的壓力值，其最大值為比例界限值。
與鋼、混凝土、砌體材料相比，土屬于大變形材料，當(dāng)荷載增加時，隨著地基變形的相應(yīng)增長，地基承載力逐漸加大，很難界定出一個真正的“極限值”，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)到或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)計所選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，即容許承載力，其安全系數(shù)已包括在內(nèi)。
隨著《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(G BJ68-84)的施行，要求抗力計算按承載能力極限狀態(tài)，采用相當(dāng)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)，因此, G BJ7-89(文獻(xiàn)[2])以承載力容許值作為標(biāo)準(zhǔn)值，經(jīng)深寬修正后的承載力值作為設(shè)計值,，故有抗力的
72
巖土工程界 第6卷 第11期巖土規(guī)范
設(shè)計值大于標(biāo)準(zhǔn)值。這與《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(G B50068-2001)的規(guī)定不符，而《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(G B50009-2001)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)計中承載力計算可用正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合。為了與國際標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)可靠性總原則》ISO2394中相關(guān)術(shù)語一致，新規(guī)范采用了“特征值”一詞，用以表示正常使用極限狀態(tài)計算時采用的地基承載力值，其涵義即為發(fā)揮正常使用功能時所允許采用的抗力設(shè)計值，以避免過去一律提“標(biāo)準(zhǔn)值”時所帶來的混淆。
在確定基礎(chǔ)面積時，以上數(shù)值相應(yīng)的荷載效應(yīng)組合和抗力分別是:74規(guī)范的荷載標(biāo)準(zhǔn)組合與容許承載力值,89規(guī)范中的荷載基本組合與承載力設(shè)計值,2002規(guī)范中的荷載標(biāo)準(zhǔn)組合與地基承載力特征值。這樣分清了荷載與抗力兩條線，明確了兩類極限狀態(tài)的適用范圍和表達(dá)式，概念基本就清楚了。
2 確定方法上的比較
按G BJ7-89規(guī)范(文獻(xiàn)[2])，地基承載力應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)按下列規(guī)定綜合考慮:
(1)一級建筑物采用載荷試驗(yàn)、理論公式計算及其他原位試驗(yàn)等方法確定;
(2)要變形計算的二級建筑物可采用理論公式計算結(jié)合有關(guān)原位測試方法確定;
(3)對不需要進(jìn)行變形計算的二級建筑物可采用查表法并結(jié)合有關(guān)原位測試方法確定;
(4)對三級建筑物可采用查表法或鄰近建筑物的經(jīng)驗(yàn)公式。
而G B50007-2002規(guī)范(文獻(xiàn)[1])則籠統(tǒng)地規(guī)定地基承載力特征值可由載荷試驗(yàn)或其它測試、公式計算、并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方法綜合確定。并取消了以前規(guī)范中的地基承載力表，主要原因是用查表法確定承載力在大多數(shù)地區(qū)可能基本適用或偏保守，但也不排除個別地區(qū)可能不安全。隨著設(shè)計水平的提高和對工程質(zhì)量要求的趨于嚴(yán)格，變形控制已是地基設(shè)計的重要原則，因此勘察單位應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定地基承載力等設(shè)計參數(shù)。
89規(guī)范和74規(guī)范相比，按查表法確定f k≈〔R〕，按抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定時，表達(dá)形式基本相同，但由f v(89規(guī)范)式中所用c、φ值為標(biāo)準(zhǔn)值，而R s(74規(guī)范)表達(dá)式中并非標(biāo)準(zhǔn)值，標(biāo)準(zhǔn)值小于平均值，因此一般情況下f v≤R s。至于深寬修正，由于深度修正從1.5m降至0.5m,ηd稍增大，故f>〔R〕。
G B50007-2002規(guī)范與89規(guī)范相比較：若用載荷試驗(yàn)方法確定，當(dāng)按沉降比(s/b)方法確定f ak時，取消了原規(guī)范中中、高壓縮性土s/b可擴(kuò)大至0.02 (現(xiàn)為0.01～0.015)的規(guī)定，故此種情況下中、高壓縮性土f ak≤f k。若用抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計算確定時，因c k、φ
k
的確定方法有區(qū)別，如89規(guī)范粘性土:c k=ψc×c m,φk=φm，而G B50007-2002中為:c k=ψc×c m,φk =ψc×φm，因此f a≤f v。至于深度修正，對于f k≥50 kPa的淤泥質(zhì)土和e或I L大于等于0.85的粘性土
η
d
由1.1降至1.0，故也有f a≤f,(若f ak=f k時)，與74規(guī)范相同,f a>〔R〕。
綜上所述，一般情況下,f ak≤f k≈〔R〕，當(dāng)用抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計算確定時,f a≤f v≤R s，當(dāng)用載荷試驗(yàn)方法確定時，對于中、高壓縮性土f ak≤f k。鑒于特征值的定義和新規(guī)范對變形控制趨于嚴(yán)格，故有f ak≤f k。
在實(shí)際工作中，在沒有地方規(guī)范的地區(qū)，巖土工程師可根據(jù)本地的成熟經(jīng)驗(yàn)，仍可按89規(guī)范時的工作方法綜合確定f ak值，但應(yīng)認(rèn)識到f ak值新的含義, f ak值小于等于f k值，就用地基承載力特征值確定基礎(chǔ)面積而言，設(shè)計安全水平甚至低于74規(guī)范水平(若考慮兩者荷載取值一樣的話)。
3 結(jié) 語
(1)為了與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范配套和國際標(biāo)準(zhǔn)一致，地基承載力有容許值、標(biāo)準(zhǔn)值直至目前使用的特征
值之分，其概念和使用上各不相同，目前采用的特征值在數(shù)值上要小于或等于另外的兩個值。現(xiàn)行規(guī)范方法中用地基承載力特征值確定的基礎(chǔ)面積設(shè)計安全水平要低于以前規(guī)范。
(2)實(shí)際工作中，應(yīng)準(zhǔn)確理解地基承載力特征值的含義和規(guī)范加強(qiáng)變形控制的意圖，本地的成熟經(jīng)驗(yàn)和執(zhí)行原規(guī)范時的工作方法仍可采用，當(dāng)注意積累經(jīng)驗(yàn)，有條件地區(qū)宜盡快出臺地方規(guī)范，以指導(dǎo)和規(guī)范本地區(qū)的巖土工程勘察工作。
參考文獻(xiàn)
[1] 中華人民共和國建設(shè)部.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(G B50007-
2002).北京：中國建筑工業(yè)出版社,2002.
[2] 中華人民共和國原城鄉(xiāng)建設(shè)環(huán)境保護(hù)部.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計
規(guī)范(G BJ7-89).北京：中國建筑工業(yè)出版社,1989.
[3] 鐘亮.建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(G B50007-2002)中“特征值”一
詞的說明.建筑結(jié)構(gòu),2002(11).
[4] 林宗元.巖土工程勘察設(shè)計手冊.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社,
1996.
第一作者通訊地址：江蘇省江陰市暨陽路15號江陰市建筑設(shè)計研究院勘察分院 郵編:214431
82
巖土規(guī)范GEOTECH NICA L E NG I NEERI NG WOR LD VO L.6 No.11
