浅谈地基承载力特征值的选择方法.doc

浅谈地基承载力特征值的选择方法摘要：地基承载力特征值是在保证地基强度和稳定的条件下，使建筑物的沉降量和沉降差均不超过允许值是的地基承载力，因此地基承载力特征值取决于地基的强度和建筑物的地基变形允许值两个方面。本文将地基承载力特征值的几种确定方法进行归纳，在此基础上提出了应综合变形和强度两方面来确定地基承载力特征值的原则。关键词：地基承载力特征值 变形控制 强度控制1引言在保证地基强度和稳定的条件下，更加合理的选择地基承载力特征值，会降低建筑物的经济成本，并产生显著的经济价值。本文先总结了目前地基承载力特征值的几种确定方法，并对各种方法进行详细的剖析，最后提出了地基变形和强度综合考虑来确定承载力特征值的原则。2承载力特征值确定的方法2.1强度控制1）通过地基极限承载力来间接确定地基承载力特征值极限承载力理论推导只针对整体剪切破坏模式。目前常用的是太沙基公式，通过假定滑动面，根据滑动土体的静力平衡条件推导了条形浅基础在铅直中心荷载作用下的极限承载力公式：高层建筑岩土工程勘察规程JGJ722004参考太沙基公式的理论，在附录A中提出了天然地基极限承载力估算公式：地基承载力特征值公式：fa=fuKK安全系数，根据建筑安全等级和土性参数的可靠性在23之间选择。2）通过临界荷载来确定地基承载力特征值地基变形的剪切阶段就是土中塑性区范围随着作用荷载的增加而不断发展的阶段，根据塑性平衡理论，推导出计算临界荷载的基本公式。然后根据地基中允许塑性区开展深度的不同，计算出相应的临界荷载。建筑地基基础设计规范GB50007-2011第5.2.5条规定：当偏心距e小于或等于0.033倍基础底面宽度时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值按下式计算，并应满足变形要求：fa=Mbrb+Mdrmd+Mcck式中：fa由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值Mb、Md、Mc承载力系数b基础宽度ck基底下一倍短边宽度的深度范围内的土的粘聚力标准值。该公式理论基础就是地基中允许塑性区开展深度zmax=b/4时对应的临界荷载。3）通过原位测试和室内试验确定地基承载力特征值在国内很多地区，以载荷试验数据为基础，积累和建立了相应的测试数据与地基承载力的相关关系。以河北为例，地基承载力的特征值的提取可以参考河北省建筑地基承载力技术规程（试行）DB13(J)T48-2005。根据室内试验和原位测试的数据，通过查相应的表格并结合相应的地区经验来确定承载力特征值。当基础宽度大于3.0m或埋置深度大于0.5m时，按原为测试、经验值等方法确定的承载力特征值按下式进行修正：式中：修正后的承载力特征值；地基承载力特征值；、基础宽度、埋置深度的地基承载力修正系数；r基础底面以下土的重度；b基础底面宽度；基础底面以上土的加权平均重度；d基础埋置深度。以上方法确定的承载力特征值，都是在保证在荷载作用下地基土不产生强度（剪切）破坏，并留有一定的安全裕度的思想下提出的。勘察报告中的承载力特征值，均是基于上述思想进行考虑、分析并加以确定。2.2变形控制根据建筑地基基础设计规范GB50007-2011中地基承载力特征值的定义：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。根据定义，参考现场载荷试验的ps曲线，不同的变形点，对应着不同的地基承载力特征值。1）载荷试验确定承载力特征值现场载荷试验是工程地质勘察工作中的一项原位测试，这种方法是通过地基土的p-s曲线来确定承载力特征值。其确定方法如下：当pu2.0pcr时，取pcr作为承载力特征值；当pu2.0pcr时，取pu/2作为承载力特征值；当p-s曲线无明显的转折点时，取沉降s=(0.010.015)b（承压板宽度）所对应的荷载为承载力特征值。其中：pu地基极限承载力pcr地基临塑荷载载荷试验中地基承载力特征值的部分考虑了变形的影响因素。2）通过允许变形来确定承载力特征值很多情况下，地基的承载力还有一定的强度储备，但是地基的变形不满足建筑物的允许值。因为载荷试验往往操作繁琐，价格昂贵，而且时间较长，所以针对这种情况，提出了用地基的允许变形来反推地基承载力特征值的理论方法。其具体确定方法如下：根据建筑物的特点和周边环境，确定地基变形允许值（具体参考建筑地基基础设计规范GB50007-2011第5.3.4条）；根据土工试验提供的地基土物理力学性质指标分层汇总、统计表，可以确定基础下各层的压缩模量Es，按照建筑地基基础设计规范GB50007-2011第5.3.5条公式可以计算出地基最终变形量为地基变形允许值时对应的地基压力值，该值可以选取为地基承载力特征值；3承载力特征值的确定原则地基承载力特征值是在保证地基强度和稳定的条件下，使建筑物的沉降量和沉降差均不超过允许值是的地基承载力。因此，地基承载力特征值的确定应该先综合考虑地基的强度和上层建筑物对沉降变形的适应能力，在此基础上在进行确定。也就是说，即使同一地区相同的地层，当其上层建筑不同时，承载力特征值也应该是有所区别的。用载荷试验确定承载力特征值，其实很好的考虑了变形和地基强度的影响。但由于载荷试验成本较高，时间较长，对于许多工程并不适合。因此可以通过变形控制和强度控制分别确定承载力特征值fa，最后结合工程经验选取两者的小值作为最终的承载力特征值。4工程案例下面以拟建建筑物的天然地基为研究对象，用公式计算、标准贯入试验、土工试验、地基的允许变形来反推地基承载力特征值等方法确定地基承载力特征值。最终通过对比选择，来进一步说明强度控制和变形控制确定承载力特征值的统一关系。案例一1项目概况某工程位于石家庄市滹沱河南岸的二级阶地上。拟建建筑物为1栋10层的办公楼，地下车库1层，埋深4m。拟建建筑物长70m，宽度为43m。勘察深度未见地下水。2地基土的测试结果拟建建筑物基础位于层粉土上。勘察单位进行了原位测试和室内土工试验，开槽后施工单位依据相应规范进行了地基钎探试验。（1）标准贯入试验（N）根据勘察报告，数据见表1。（2）土工试验根据勘察报告，层粉土的物理力学指标见表2、表3。（3）钎探试验（N10）基坑开挖后，对层粉土进行了钎探试验，试验数据见表4。表1 标准贯入试验数据层粉土标贯最大值最小值数据个数平均值变异系数标准值标贯击数10888.60.0868.1标贯修正击数97.488.10.0647.7表2 物理力学性质指标参数表-1地层编号及岩性天然含水量天然孔隙比e粘聚力Cuu(kPa)内摩擦角uu（度）层粉土22.40.76617.919.5表3 物理力学性质指标参数表-2试验指标层粉土层粉质黏土层细砂层中砂层中砂层中粗砂层粉质黏土重力密度（KN/m3）18.219.31818.5191918.5压缩模量Es（MPa）7.9314.51620232513.72表4 地基钎探试验记录贯入深度（cm）1234530cm141511181560cm241615281890cm2328262224120cm33352739282地基土承载力特征值确定（1）标准贯入试验提供的地基承载力特征值fak=150KPa，修正后的承载力特征值fa=261.93 KPa。（2）根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值：式1 fa=Mbrb+Mdrmd+Mcck计算的fa=296.216 KPa。式2 安全系数K取2.5，计算得到fa=290.4KPa（3）根据地基土的物理指标孔隙比、含水量，查表得到地基承载力特征值fak=130KPa，修正后的承载力特征值fa=241.93 KPa。（4）由表三数据查表可得，钎探试验所提供的承载力特征值为fak=135KPa，修正后的承载力特征值fa=246.93 KPa。（5）拟建建筑物的为筏板基础，层粉土修正后的承载力特征值按240KPa考虑。当附加荷载的基底压力为240KPa时，拟建建筑物的沉降量如表5。表5 拟建建筑物沉降量变形沉降计算位置左上角右上角中心处左下角右下角沉降量（mm）38.332.53126.7443.546.1允许最大变形量126.74200mm整体倾斜允许值0.00240.003结论fa取240KPa时，满足地基变形要求3结果分析通过对地基土的强度和变形两方面分析，修正后的承载力特征值fa的取值是合理的。案例二1项目概况某工程位于邯郸市支漳河北侧。拟建建筑物为1栋20层的办公楼，地下车库3层，埋深13.5m。拟建建筑物长、宽均为60m。场地地下水位2.8m。2地基土的测试结果拟建建筑物基础位于层粉质粘土上。勘察单位进行了原位测试和室内土工试验。（1）标准贯入试验（N）根据勘察报告，数据见表1。（2）土工试验根据勘察报告，层粉土的物理力学指标见表2、表3。表1 标准贯入试验数据层粉质粘土最大值最小值数据个数平均值变异系数标准值标贯击数21141616.70.11815.8标贯修正击数15.110.31612.30.10811.7表2 物理力学性质指标参数表-1地层含水量孔隙比e塑性指数液性指数粘聚力Cuu内摩擦角uu层24.50.7110.80.4722.210.0表3 物理力学性质指标参数表-2试验指标层粉质粘土层粉土1层粉砂层粉细砂层粉质粘土层粉质粘土重力密度（KN/m3）2020.118192023压缩模量Es（MPa）10.4512.15202212.3813.372地基土承载力特征值确定（1）标准贯入试验提供的地基承载力特征值fak=230KPa，修正后的承载力特征值fa=417.88 KPa。（2）根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值：式1 fa=Mbrb+Mdrmd+Mcck计算的fa=344.63KPa。式2 安全系数K取2.5，计算得到fa=360.4KPa（3）根据地基土的物理指标孔隙比、含水量，查表得到地基承载力特征值fak=210KPa，修正后的承载力特征值fa=397.88 KPa。（4）拟建建筑物的为筏板基础，层粉质粘土修正后的承载力特征值按350KPa考虑。当附加荷载的基底压力为350KPa时，拟建建筑物的沉降量如表4。表4 拟建建筑物沉降量变形沉降计算位置左上角右上角中心处左下角右下角沉降量（mm）242.42223.66620.63236.70216.10允许最大变形量沉降均大于200mm整体倾斜允许值-结论fa取350KPa时，不能满足地基变形要求3结果分析通过对地基土的强度和变形两方面分析，修正后的承载