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2 4浅基础的地基承载力 一 地基承载力概念地基极限承载力pu 地基承载力特征值fak 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 修正后的地基承载力特征值fa 指在保证地基稳定的条件下 地基变形不超过允许值的地基承载力 可表达为 式中pu为地基极限承载力 K为安全系数 为由地基允许变形值控制的系数 从定义及上式可看出 地基承载力特征值fa的大小 取决于两个条件 1 要有一定的强度安全储备 即fa pu K 2 地基变形不应大于相应的允许值 且在多数情况下 fa是由地基变形允许值控制的 综上所述 地基承载力并非定值 与下列因素有关 地基变形允许值 土的类别和状态 基础大小 形状 主要是基础宽度 基础埋深 荷载性质 二 地基承载力特征值的确定 一 地基承载力特征值确定的方法1 根据土的抗剪强度指标以理论公式计算 2 由现场载荷试验的p s曲线或其他原位测试方法确定 3 按规范提供的承载力表确定 4 在土质基本相同的情况下 参照邻近建筑物的工程经验确定 二 地基承载力特征值确定的原则上述确定地基承载力特征值的方法是各有长短 互为补充的 必要时可按多种方法综合确定 确定的精细程度宜按地基基础设计等级以及地基等级 结合当地经验适当选择 以免出现不必要的过分严格和无区别地随意简化这两种偏向 尤其是 如果掌握了这些方法 在实践中又能充分调查并合理利用当地已有地经验 往往只须通过不多的勘察测试工作 就能比较正确地确定地基承载力值 确定地基承载力特征值的原则 1 按土的抗剪强度指标确定 1 地基极限承载力理论公式fa pu K 2 4 式中K 安全系数 其取值与地基基础设计等级 荷载的性质 土的抗剪强度指标的可靠程度 以及地基条件等因素有关 对长期承载力一般取K 2 3 pu可按太沙基公式 魏锡克公式和汉森公式等地基极限承载力的理论公式计算 参阅 土力学 教材 2 规范推荐的理论公式当荷载为中心荷载或偏心很小 偏心距e l 30 l为偏心方向基础边长 时 fa Mb b Md md Mcck 2 5 对饱和软粘土 取不排水抗剪强度指标cu u 0 计算得短期承载力计算公式为 fa 3 14cu md 2 6 上两式中 Mb Md Mc 承载力系数 按 k值查表2 3 m 基础底面以上土的加权平均重度 地下水位以下取有效重度 基底以下土的重度 地下水位以下取有效重度 k ck 基底下一倍基宽深度内土的内摩擦角 粘聚力标准值 b 基础底面宽度 大于6m时按6m考虑 对于砂土 小于3m时按3m考虑 d 基础埋置深度 一般自室外地面标高算起 在填方整平地区 可自填土地面标高算起 但填土在上部结构施工后完成时 应从天然地面标高算起 对于地下室 如采用箱形基础或筏基时 基础埋置深度自室外地面标高算起 当采用独立基础或条形基础时 应从室内地面标高算起 式 2 5 实质上就是地基临界荷载p1 4公式 将其作为承载力计算公式来源于原苏联规范 但1983年原苏联规范已取消 而将其改作为沉降计算的界定条件 对砂土地基当 k 24o时 以载荷试验资料技术修正p1 4公式中的Mb 取 式 2 5 是长期承载力公式 式 2 6 则是短期承载力公式 一般情况下 粘性土的长期承载力比短期承载力要高 但对于超固结土 特别是强超固结土 有可能其长期承载力比短期承载力还低 式 2 5 是按条形荷载推出 应用到方形 圆形荷载 虽说偏安全但不甚严格 p1 4荷载作用下土中已出现塑性区 弹塑性问题 但 用弹性理论 用塑性理论 且推导过程中 c z的迭加未考虑方向性 尽管如此 该式在我国已应用了几十年 且经过适当经验修正 故仍保留下来 式 2 6 理论上完全正确 原苏联学者弗洛林用极限理论证明过 不仅适用于条形荷载 也适用于方形 圆形荷载 形式上 式 2 6 只不过是式 2 5 的一个特殊形式 式 2 5 取 k 0即得 但两式反映得理论意义不同 指标选用不同 有着实质上得差别 3 几点说明a 土的抗剪强度指标一般应采取质量最好的原状土样以三轴压缩试验测定 且每层土的试验数量不得少于6组 内摩擦角标准值 k和粘聚力标准值ck可按公式 2 7 13 计算b 对饱和软土 u 0 Mb 0 增大基底尺寸不可能提高地基承载力 但对 k 0的土 增大基底宽度将使承载力随着 k的提高而显著增加 出于对基础沉降方面考虑 当b 6m时 这些公式将给出过大的承载力值 此时 b宜按6m考虑 c 对实体基础 如扩展基础 而言 随埋深d线性增加的承载力将被基础和回填土重量的相应增加所部分抵偿 特别是对于饱和软土 Md 1 由于 G m 这两方面几乎相抵而收不到明显的效益 d 按土的抗剪强度确定的地基承载力特征值没有考虑建筑物对地基变形的要求 因此在基础底面尺寸确定后 还应进行地基变形验算 e 地下水位以下土的有效重度约为饱和重度的一半 因此 对于砂土地基 当地下水位上升接近基底时 地基承载力将明显降低 2 按地基载荷试验确定载荷试验包括 浅层平板载荷试验 深层平板试验及螺旋板载荷试验 2020 1 29 17 可编辑 2020 1 29 18 可编辑 根据载荷试验成果p s曲线确定地基承载力特征值的方法 1 密实砂土 硬塑粘土等低压缩性土p s曲线通常有比较明显的起始直线段和极限值 即呈急进破坏的 陡降型 其承载力特征值一般由强度安全控制 可取直线段末点所对应的压力p1 比例界限荷载 作为承载力特征值 即 fai p1对于少数呈 脆性 破坏的土 p1与极限荷载pu很接近 故当pu 1 5p1时 取pu 2作为承载力特征值 即 fai pu 2 2 松砂 填土 可塑粘土等中 高压缩性土p s曲线往往无明显的转折点 呈现渐进破坏的 缓变型 其承载力特征值一般受允许沉降量控制 当压板面积为0 25 0 50m2时 可取沉降s 0 01 0 015 b b为承压板宽度或直径 所对应的荷载 此值不应大于最大加载量的一半 作为承载力特征值 即 fai p0 01 p0 015 3 地基承载力特征值fak规范规定 对同一土层 应选择三个以上的载荷试验点 按上述1 2 方法可定出fa1 fa2 fan n 3 然后计算平均值最大极差如R 30 则取fak 如R 30 应分析原因 增加试验点数 重新评定地基承载力特征值fak或取最小值作为地基承载力特征值fak 3 按规范 地方规范 承载力表确定各地区规范提供的承载力表格是根据当地载荷试验资料经回归分析并结合经验编制的 可按野外鉴别结果 室内物理 力学指标 或现场动力触探试验锤击数查取地基承载力特征值fak 当基础宽度大于3m或埋置深度大于0 5m时 从载荷试验或其他原位测试 规范表格等方法确定的地基承载力特征值 应按下式进行深 度 宽 度 修正 fa fak b b 3 d m d 0 5 2 14 式中fa 修正后的地基承载力特征值 4 按建筑经验确定调查拟建场地附近不同时期建造的各类建筑物的结构类型 基础型式 地基条件和使用现状 对于确定拟建场地的地基承载力具有一定的参考价值 例题2 1 某场地地表土层为中砂 厚度2m 18 7kN m3 修正后的标准贯入试验锤击数N 13 中砂层之下为粉质粘土 18 2kN m3 sat 19 1kN m3 抗剪强度指标标准值 k 21 ck 10kPa 地下水位在地表下2 1m处 若修建的基础底面尺寸为2m 2 8m 试确定基础埋深分别为1m和2 1m时持力层的承载力特征值 解 1 基础埋深为1m这时地基持力层为中砂 根据标贯击数N 13查表2 4 得 因为埋深d 1m 0 5m 故还需对fak进行修正 查表2 5 得承载力修正系数 b 3 0 d 4 4 代入式 2 14 得修正后的地基承载力特征值为 fa fak b b 3 d m d 0 5 222 3 0 18 7 3 3 4 4 18 7 1 0 5 263kPa 2 基础埋深为2 1m这时地基持力层为粉质粘土 根据题给条件 可以采用规范推荐的理论公式来确定地基承载力特征值 由 k 21 查表2 3 得Mb 0 56 Md 3 25 Mc 5 85 因基底与地下水位平齐 故 取有效重度 即 sat w 19 1 10 9 1kPa 0 18 7 2 18 2 0 1 2 1 18 7kN m3按公式 2 5 地基持力层的承载力特征值为 fa Mb b Md md Mcck 0 56 9 1 2 3 25 18 7 2 1 5 85 10 196kPa 三 地基变形验算1 地基变形验算的要求 建筑物的地基变形计算值 应不大于地基变形允许值 即要求满足下列条件 2 15 地基变形计算值 按规范推荐的沉降计算方法 分层总和法 进行计算 未考虑建筑物的地基 基础与上部结构是一个统一的整体而发生变形的 三者将按各自的刚度对变形产生相互制约的作用 计算时 传至基础底面上的荷载效应应按正常使用极限状态下荷载效应的准永久组合 不应计入风荷载和地震作用 地基变形允许值 根据国内外各类建筑物长期沉降观测结果 考虑建筑物的结构特点和具体使用要求 对地基不均匀沉降的敏感程度以及结构强度贮备等诸多因素 建筑地基基础设计规范 提出了表2 6所列的建筑物地基变形允许值 对表中未包括的其他建筑物的地基变形允许值 可根据上部结构对地基变形特征的适应能力和使用上的要求确定 2 地基变形验算的范围 1 对地基基础设计等级为甲 乙级的建筑物 均应进行地基变形验算 2 表2 2所列范围内地基基础设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算 但如有P9页第 3 款所列情况之一时 仍应作变形验算 3 地基变形类别地基变形按其特征可分为四种 沉降量 独立基础中心点的沉降值或整幢建筑物基础的平均沉降值 沉降差 相邻两个柱基的沉降量之差 倾斜 基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值 局部倾斜 砌体承重结构沿纵向6 10m内基础两点的沉降差与其距离的比值 4 不同结构类型需验算的地基变形砌体承重结构的地基变形由局部倾斜控制 框架结构和单层排架结构的地基变形由沉降差控制 高耸结构和高层建筑的地基变形应由建筑物的整体倾斜 特别是横向整体倾斜 控制 必要时应控制平均沉降量 一般多层建筑物在施工期间完成的沉降量 砂土地基 完成80 以上最终沉降量其他低压缩性土 完成5