黑龙江省地方标准承载力

黑龙江省地方标准 建筑地基基础设计规范 的地方特点及与国标之对比分 析 黑龙江省建设科技委地基基础专家委员会 内容提要内容提要 综合阐述黑龙江省地方标准 建筑地基基础设计规范 编制过程中 结合黑龙江 省地方特点 在总结地方经验和收集地方资料基础上 编制出大量 适合我省实际 情况的规范条文 并对部分与国标不同的重点条文进行对比分析 为规范的实施 提供参考意见 关键词 关键词 地方标准 地基基础 设计规范 0 前言前言 黑龙江省地方标准 建筑地基基础设计规范 由黑龙江省寒地建筑科学研 究院 会同省内 8 家设计 科研 教学 施工等单位共同编制 黑龙江省建设 科技委地基基础专家委员会的部分专家起草 经过地基基础专家委员会多次讨 论 征求省内部分勘察 设计 施工单位意见经修改后完成 并与 2004 年 12 月 13 日通过黑龙江省质量技术监督局和黑龙江省建设厅的审查 拟于 2005 年 3 月 1 日开始实施 规范编制本着坚持技术先进 安全可靠 经济合理 方便适用的原则 综 合多项国标主要 常用内容 吸收省内成熟经验 突出地方特点 力求方便 适用 在突出寒冷地区地方特色和提高结构耐久性等方面很多条文严于国标 技术指标高于国标 在地基勘察 冻土地基等方面比国标更详细 更具体 同 时为方便使用 结合我省多年经验 给出了天然地基承载力特征值和桩基础侧 阻 端阻值经验表格 本文针对地方规范的特点 结合国家标准进行分析和对比 为使用者提供 参考意见 1 省地基规范的主要地方特点省地基规范的主要地方特点 1 1 根据我省地处严寒地区特点 为提高建筑基础的耐久性 按 砌体结构设计 规范 GB50003 2001 要求 提高了我省基础混凝土和砌体材料强度指标 该部 分规定严于国家标准 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 其对比结果见 表 1 表 1 混凝土及砌体材料强度指标对比表 混凝土及砌体材料强度要 求 国家标准 GB50007 2002 地方标准 建筑地基基础设计规 范 素混凝土基础混凝土强度C15C20 钢筋混凝土基础混凝土强 度 C20C25 砖砌体砖强度MU10 MU10 地基土稍潮湿 MU15 地基土很潮湿 MU20 地基土含水饱 和 砖砌体水泥砂浆强度M5M10 桩基础混凝土强度C20C25 提高基础混凝土和砌体材料强度指标 主要考虑提高基础结构抗冻融耐久 性问题 对于我省 砖砌基础的抗冻融耐久性问题极为突出 对使用 20 年以上 的砖砌基础进行检查 经常发现砌筑砂浆粉化 红砖冻融剥蚀掉楞掉角现象 原因就是砌筑砂浆和红砖吸水性强 抗冻融性能差 在多年反复冻融作用下材 料出现冻融剥蚀 砌体强度降低 甚至丧失整体刚度或承载能力 1 2 在冻土地基勘察和冻土地基基础设计方面 针对我省季节性冻土特点 新 规定了如下内 容 规定了冻土地基勘察要求 对冬季和春季勘察提出对季节性冻土层进行 勘察和试验 为准确判断地基土的冻土特性提供依据 在确定冻结深度 判断地基土的冻胀性和确定基础埋深方面 强调以地 区经验为主 尤其在确定基础底面下允许冻土层厚度时 强调考虑地基土冻胀性的均 匀性 避免不均匀冻胀发生 考虑冻土融化后的冻融软化现象 对于冻胀性较强的地基土 经冻融作 用后 春融期 融化后土的强度明显低于冻结前 对于允许基底有冻土层的基础 如果 不考虑冻融软 化现象 容易造成基底土融沉量过大 导致融沉量和荷载作用下的沉降 量之和超过基 础容许沉降量 增加了切向冻胀力和水平冻胀力的计算方法 参考行业标准 冻土地区 建筑地基基础 设计规范 JGJ118 98 将切向冻胀力和水平冻胀力的计算方法和设计 取值列入有关 条文中 对于非采暖建筑或越冬基础 可根据规定计算切向冻胀力作用 下的稳定性 对于挡土结构 可进行水平冻胀力作用下的结构计算 1 3 根据地方经验 参考旧规范地基承载力表格 给出了黑龙江省天然地基承 载力特征值 对于一般粘性土 在收集有关资料基础上 采用了黑龙江省寒地建筑科学 研究院的天然地基平板载荷试验资料 通过该部分载荷试验结果对旧规范地基 承载力表进行修正 给出了适合我省的一般粘性土地基承载力特征值表 详见 表 2 表 2 一般粘性土地基承载力特征值 kPa IL e 0 000 250 500 751 001 20 0 60 380 320250 200 160 0 70310275215170140120 0 80260240190150125105 0 90220210170135110100 1 00190180150120100 从表 2 数值可以看出 地方标准中给出的一般粘性土地基承载力特征值与 旧国家标准 建筑地基基础设计规范 中的数值相比有较大不同 对于硬 可 塑状态土 承载力略低于旧规范数值 对于软土 数值相差更大 其原因主要 是该试验资料采用的试验方法执行了新国家标准 建筑地基基础设计规范 50007 2002 的试验方法 既当 P S 曲线没有明显拐点时 取 S b 比值在 0 01 0 015 时对应的荷载值 而旧规范规定的试验方法规定粘性土取 S b 比值 为 0 02 对应的荷载值 既试验方法规定的变形控制值不同 导致试验结果出现 差异 变形较大的土差异更大 同时不排除旧规范承载力取值比我省地基土的 实际承载力值偏高现象 实际上在执行旧规范时 我省各勘察单位在使用旧规 范承载力表格时都考虑了一定的折减系数 对于其它类土 主要根据旧规范和基础工程手册中的承载力取值表在我省 应用情况 其适合我省的部分表格列入地方标准中 1 4 根据现行桩基础技术规范 给出了桩基础侧阻力 端阻力特征值表 对于桩基础的侧阻值和端阻值 我们采用了现行行业标准 建筑桩基础技 术规范 JGJ94 94 的阻值表 并将极限侧阻 端阻力标准值除以 2 后变换为侧 阻 端阻力特征值 地方标准直接采用现行桩基础规范阻力数据的原因是现行 桩基础规范的阻值表在我省使用多年并为发现明显的差异 且现行桩基础规范 并未废止 将极限侧阻 端阻力标准值除以 2 后变换为侧阻 端阻力特征值的 根据有二 一是桩基础承载力特征值实际上就是容许值 现行标准 建筑地基 基础设计规范 GB50007 2002 在试验方法要点中明确规定 将静载荷试验得到 的单桩竖向极限承载力除以 2 为单桩竖向承载力特征值 而桩基础技术规范给 出的阻值表应该和静载荷试验结果是相吻合的 将桩基础规范中的极限侧阻 极限端阻力除以 2 的安全系数作为桩的侧阻力 端阻力特征值是合理的 其差 异应该是某一根桩的试验结果和在大量试验结果基础上进行统计分析后给出的 经验值之间的差异 二是根据现行桩基础技术规范和地基基础设计规范 将桩 基础极限承载力标准值和桩基础承载力特征值进行换算 换算结果也是比较接 近的 桩基础规范采用了以概率理论为基础 以分项系数表达的极限状态设计法 所定义的单桩承载力标准值所对应的荷载是正常使用极限状态下荷载效应的基 本组合 所采用的荷载已经考虑了作用分项系数 既将永久荷载和可变荷载分 别乘以 1 2 和 1 4 的分项系数 通常情况下可取综合分项系数 1 25 在计算桩承 载力设计值时 将极限承载力标准值除以抗力分项系数 对于预制桩取 1 60 现行地基基础设计规范所定义的承载力特征值所对应的荷载是正常使用极限状 态下荷载效应的标准组合 既荷载没有乘以作用分项系数 在计算桩基承载力 特征值时 将桩基极限承载力除以 2 的安全系数 我们假设单桩极限承载力为 2000kN 按地基基础设计规范计算 单桩承载力特征值为 2000 2 1000kN 该承载力对应的上部荷载是正常使用极限状态下荷载效应的标准组合 按桩基 础规范计算 单桩的承载力设计值为 2000 1 6 抗力分项系数 1250 kN 此 时对应的上部荷载是荷载效应的基本组合 将其折算成标准组合时除以作用综 合分项系数 1 25 恰好等于单桩承载力特征值 1000 通过上述分析可知 将桩基 础规范中的极限端阻力 极限侧阻力除以 2 的安全系数后作为桩基础侧阻力 端阻力特征值 计算结果与桩基础技术规范的计算结果差别不大 差别只是桩 基础规范中桩型不同时抗力分项系数不同所产生的差别 2 省地基规范与国家标准的几点主要不同省地基规范与国家标准的几点主要不同 2 1 地基软弱下卧层验算时考虑上下层土压缩模量比小于 3 的情况 在验算地基软弱下卧层时 要根据基底持力层土与软弱下卧层土的压缩模量 的比值确定地基压力扩散角 国家标准地基规范给出的扩散角没有压缩模量比 小于 3 的数值 而我省地基土的软弱层与上覆土层的压缩模量比通常情况下都 小于 3 具体压力扩散角数值很少有经验资料可供参考 所以在设计时通常无 法验算软弱下卧层 为方便使用 考虑到我省的实际情况 我们参考浙江省地 方标准 建筑地基基础设计规范 DB33 1001 2003 的数据 给出了压缩模量比 等于 1 时的扩散角 供设计时内插用 见表 3 这一规定使我省设计人员在验 算软弱下卧层承载力时有了依据 表 3 地基压力扩散角 bz 21 ss EE 0 250 50 1 4 12 36 23 510 25 1020 30 2 2 直接给出附加应力系数沿土层厚度积分值的近似计算方法 国家标准地基规范在确定沉降计算经验系数 计算压缩模量当量值时 将土 层附加应力图形面积经简化后表达为附加应力系数图形面积 即附加应力系数 沿土层厚度的积分值 但在设计者进行手工计算时 无法直接对附加应力系数 进行积分计算 通常都是通过平均附加应力系数来计算附加应力系数图形面积 所以 本规范直接给出附加应力系数沿土层厚度的积分值计算方法 见图一 图一 基础沉降计算的分层示意 基底角点下深度 Z 处附加应力 该点应变 0 p Z S Z E 在作用下 从基底至地基任意深度内土层的压缩量为 0 p ZZ S Z S Z dz E p dz E dzS 00 0 0 1 式中 土层压缩量 S 深度 Z 处的应变值 深度 Z 处的附加应力 Z 基底附加应力 0 P 附加应力系数 上式中 附加应力系数沿土层厚度的积分值即为附加应力系数图形面 Z dz 0 积 用代表附加应力系数图形面积 则A Z dzA 0 根据平均附加应力系数定义 则 z A Z dzz 0 即 附加应力系数沿土层厚度的积分值等于平均附加应力系数与土层厚度 的乘积 对于成层地基中的第 层土 附加应力系数图形面积为i 1 iii AAA 1 1 i i i iZZ 至此得出 第 层土附加应力系数沿土层厚度的积分值等于 i 1 1 i i i iZZ 压缩模量当量值为 Sii i s EA A E 2 3 地基承载力深度修正时 考虑地下室防水底板对土剪切滑移的约束作用 在进行地基承载力深度修正时 对于有地下室的情况 应根据基础类型确定 基础埋置深度值 国家标准地基基础设计规范规定 当基础为箱形基础或片筏 基础时 基础埋置深度从室外自然地面算起 当基础为条形基础或独立基础时 基础埋置深度从地下室地面算起 该项规定主要是考虑基底土在上部荷载作用 下产生剪切滑移时 滑动土体受到基础周围土自重压力的约束作用 对于有地 下室的独立基础或条形基础 基础周围土的自重压力只有地下室地面以下的土 体产生的自重压力 但当设有钢筋混凝土防水底板时 由于该底板具有一定的 刚度 并且与基础相连接 当基础底面土体产生滑移时 该底板对土的侧向滑 移和挤出能起到一定的约束作用 即起到一定厚度土体的自重作用 这种作用 的大小与防水底板的厚度 刚度 配筋情况 基础之间的净距离 防水底板与 基础之间的连接构造等因素有关 对此国内有关资料建议按防水底板能够完全 起到约束土体滑移的作用 即深度修正时基础埋深从室外自然地面算起 为安 全可靠起见 本规范规定 当地下室防水底板厚度不小于 250mm 且配置双层钢 筋网时 进行承载力深度修正确定基础埋置深度可考虑该防水底板的作用 基 础埋置深度可从室外地面和地下室地面平均标高算起 这一规定对于有地下室 的独立基础和条形基础 相当于提高了地基承载力 在安全可靠的前提下 减 小了基础尺寸 使一些按国家标准计算不能采用独立基础或条形基础而必须采 用片筏基础或箱形基础的建筑 可以采用独立基础或条形基础 在安全可靠的 前提下 可大幅度降低工程造价 2 4 桩基础强度计算时混凝土工艺系数按行业标准建筑桩基础技术规范取值 国家标准 建筑地基基础设计规范 在规定桩基础混凝土工艺系数时 在现 行 建筑桩基础技术规范 基础上降低了混凝土工艺系数值 这主要考虑国内 一些软土地区桩的入土深度较大 成桩质量可靠性偏低 为保证桩身强度能满 足承载力要求 采取了降低混凝土工艺系数的方法 提高了设计安全