基于变形控制思想确定地基承载力特征值.doc

基于变形控制思想确定地基承载力特征值 在进行地基基础设计时应当考虑的两点：在长期荷载作用下，地基变形不致造成承重结构的损坏；在最不利荷载作用下，地基不出现失稳的现象。而从已有的大量地基事故分析，绝大多数事故皆由地基变形过大且不均匀所造成的，因此在新建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）（以下简称规范）中明确规定了按变形设计的原则，并首次提出了地基承载力特征值的概念：“由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。”，但对于大多数的工程来讲，不可能都有足够资金进行载荷试验来确定地基承载力特征值，而且对于下卧层承载力的确定采用载荷试验更加困难。因此按照变形控制的思想，提出一种切实可行的办法来计算地基承载力特征值成为一种需要。有人提出利用大应变抗剪强度指标代入公式来计算地基承载力特征值，文献对上海规范和国家规范的地基承载力公式进行了比较，指出基于控制变形思想的上海地基规范中的公式更趋于合理。本文就此问题进行了初步的探讨，基于变形控制思想提出确定地基承载力特征值的计算方法，通过与强度控制确定地基承载力特征值的比较，提出了强度控制和变形控制的统一。1、变形控制思想尽管上海规范在进行地基承载力计算时考虑了变形因素，但从其本质上讲仍然是基于强度理论的，而且考虑软弱下卧层时只是简单与基础底面土层的力学指标取平均。但是通过计算会发现，对于软土比较厚的上海土层，采用上海规范计算得到的承载力设计值要比采用规范计算出来的地基承载力特征值小，说明了在考虑控制变形因素的情况下，地基强度设计更趋于合理。规范明确提出按照变形控制思想的设计原则，变形控制思想的核心在于通过合理的设计，使得基础在正常使用荷载下的变形控制在允许的范围内。而且这种思想反映在规范地基承载力特征值定义：“由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。”，也就是说fak是一套系列值，不是一个定值，不同的“规定的变形”s对应的fak是不同的（图1），而其最大值即比例界限值应是基底下地基土即将发生塑料破坏的临界值。在利用变形控制思想做基础设计时，首先计算基础的沉降是否满足建筑物使用的要求，在沉降满足要求的前提下，再验算基础的强度是否满足上部建筑物的荷载要求。如果按照强度控制思想进行设计，对于软土地区来讲，最后的设计结果往往是强度远远富裕了，沉降才满足要求；同样对于土质比较好的地区来讲，最后的设计结果往往是强度满足要求了，基础的沉降比建筑物的要求小很多。这两种情况，无论那一种，都在某种程度上造成不必要的浪费。所以，合理的基础设计追求的是基础强度和变形的和谐统一。2、确定地基承载力特征值因为载荷板试验的费用昂贵，而且对于有些土层不能做，本文提出如下的地基承载力特征值计算理论方法，以体现强度控制思想和变形控制思想的和谐统一。在已知建筑物基础尺寸和地层资料的情况下，在基底压力作用下，根据规范公式5.3.5计算得到建筑物基础的沉降s，当建筑物计算基础沉降s满足建筑允许沉降值s要求时，相应的计算沉降对应的基地压力p即为地基承载力的特征值fak。利用该方法计算得到的地基承载力特征值考虑了基础的埋深、基础的尺寸的影响，从而不需要再进行相应的修正，同时还考虑了地层分布情况（如软弱下卧层）的影响，最重要的该计算方法是按照变形控制设计思想得到了，符合规范的主导思想。3、基础设计的思路利用该方法确定地基承载力特征值进行基础设计，建议按照如下步骤进行：（1）根据建筑物的特点和周围环境的情况确定地基沉降量的允许值s；（2）根据勘察报告提供的土的物理力学性质指标，按照规范公式5.3.5计算在不同荷载的基础沉降值，绘制地基承载力特征值(fak)和沉降（s）的关系曲线；（3）根据s值的大小，查faks曲线得到规定变形所对应的地基承载力特征值fak；由此得到的地基承载力特征值fak可能需要进行经验修正，最后得到用于基础设计使用的地基承载力特征值fak。本文提出的按照变形控制思想确定地基承载力特征值的方法能够考虑基础埋深、基础尺寸、地层分布情况（如软弱下卧层的深度和厚度）等的影响，同时还考虑了不同工程对地基沉降的要求，所以本方法