浅谈浅基础地基承载力的确定

浅谈浅基础地基承载力的确定摘要：地基承载力是土力学的三大经典问题之一。天然地基承载力是岩土工程勘察文件中不可缺少的一个内容，也是天然地基浅基础设计的基本依据。在承受基础以及上部建筑物的所有荷载作用下，地基中的应力状态会发生改变。一方面附加应力引起地基内土体变形，导致建筑物沉降，另一方面，当土中一点的某一面上的剪应力等于该点地基土的抗剪强度时，该点就达到极限平衡，发生剪切破坏。在确定地基承载力时，必须满足上述两个条件，即变形与强度两个指标同时满足规范允许值，才能达到规范对建筑物地基承载力的要求。关键词：地基承载力；原位试验；临塑荷载；临界荷载；极限承载力；静止侧压力系数。1.1浅基础地基承载力概述地基承载力问题是土力学中的一个重要的研究课题，其目的是为了掌握地基的承载规律，发挥地基的承载能力，通过合理确定地基承载力确保地基不致因荷载作用而发生剪切破坏，产生过大变形而影响建筑物或土工建筑物的正常使用。为此，地基基础设计一般都限制基底压力最大不超过地基容许承载力。地基承载力计算方法的合理确定，对工程的经济性和安全性影响极大。在规范中涉猎了五个不同的承载力概念：地基容许承载力、地基承载力基本值、地基承载力标准值、地基承载力设计值和地基承载力特征值。地基容许承载力（［f］）:在保证地基稳定性和建筑物的沉降量不超过容许值的的条件下，地基土体所能承受的最大压力；地基承载力基本值（fO）：根据土的室内试验或原位测试物理力学指标的平均值，按经验公式计算或查经验表格得到，相当于标准基础宽度和深度时的地基容许承载力值；地基承载力标准值（fk）：考虑了土性指标变异影响后，相当于标准基础宽度和埋深时地基容许承载力代表值，可通过承载力基本值乘以回归修正系数得到，也可通过野外鉴别结果、标准贯入试验、轻便触探试验锤击数查表获得；地基承载力设计值⑴：地基承载力标准值经基础宽度和埋深修正后的值，或直接用地基强度指标按承载力理论公式计算得到的地基承载力。地基承载力特征值（fak）：是承载力基本值、标准值及设计值等名词统一。在地基基础设计中采用修正后的承载力特征值fa,即将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，经基础宽度和深度修正后得到的地基容许承载力。1.2浅基础地基承载力问题的历史沿革20世纪50年代到20世纪70年代，我国技术力量非常薄弱，没有建设经验，在确定地基承载力的问题上，完全引用了苏联规范中容许承压力表及对标准压力的规定，而忽略了我国地质条件与苏联的差异。针对这一情况，1974年，在吸收苏联规范经验的基础上，通过全面总结中国的经验，我国发布了第一本地基基础设计规范《工业与民用建筑地基基础设计规范》（试行TJ7-74）。在该规范中，明确了地基基础设计采用容许承载力概念，引入了用土的抗剪强度指标计算地基承载力的公式，列出了容许承载力表，还在规范中对不符合标准基础宽度和深度的地基规定了深宽修正系数。在1977年，用静力触探比贯入阻力和动力触探击数确定地基承载力的方法，被写入了《工业与民用建筑工程地质勘察规范》中。1989年，《建筑地基基础设计规范》修订发布。该规范明确规定，对于重要的一级建筑物必须进行载荷试验，一般建筑可采用附录中的承载力表，如果与当地经验有明显差异时,应根据工程经验、理论公式计算进行综合确定；在地基基础设计中采用承载力设计值f概念。在该规范中涉猎了三个不同的承载力概念：地基容许承载力、地基承载力基本值、地基承载力标准值和地基承载力设计值。地基容许承载力（［f］）:在保证地基稳定性和建筑物的沉降量不超过容许值的的条件下,地基土体所能承受的最大压力；地基承载力基本值（f0）：根据土的室内试验或原位测试物理力学指标的平均值，按经验公式计算或查经验表格得到，相当于标准基础宽度和深度时的地基容许承载力值；地基承载力标准值（fk）：考虑了土性指标变异影响后，相当于标准基础宽度和埋深时地基容许承载力代表值，可通过承载力基本值乘以回归修正系数得到，也可通过野外鉴别结果、标准贯入试验、轻便触探试验锤击数查表获得；地基承载力设计值（f）：地基承载力标准值经基础宽度和埋深修正后的值，或直接用地基强度指标按承载力理论公式计算得到的地基承载力。2002年版的《建筑地基基础设计规范》，结束了我国根据土的物理指标查地基承载力的历史，更加有效地反映了地基承载力的实质，同时，将承载力基本值、标准值及设计值等名词统一为承载力特征fak。在地基基础设计中采用修正后的承载力特征值fa，即将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，经基础宽度和深度修正后得到的地基容许承载力。1.2浅基础地基承载力的研究现状1.2.1理论公式法根据土的抗剪强度指标以理论公式计算。这类方法又可分为两大类：a按塑性区开展深度确定，即“弹塑性法”b按极限承载力确定，即“刚塑性法”按塑性区开展深度确定地基承载力是理论公式计算方法之一，即找出施加于地基的荷载和地基中极限平衡区范围的关系，从而根据经验，规定极限平衡区的允许发展范围来确定施加于地基上的荷载，对于中心荷载，塑性区的最大开展深度取基础宽度的1/4,对偏心荷载取基础宽度的1/3。按极限承载力来确定地基承载力，就是将地基极限承载力除以一定的安全系数或分项系数来作为地基的承载力容许值，以此来判断地基的承载力是否达到建筑要求。需要说明的是，按这类方法确定地基承载力时，并没有考虑建筑物对地基变形的要求。因此，按理论公式求得的承载力确定基础底面尺寸后，原则上还应进行地基变形验算。1.2.2原位测试法原位测试确定地基承载力。原位试验确定地基的承载力的优点是避免了钻探取样以及由此引起的对土样扰动的影响。一般来说，比较简捷，并且有一定的可靠性。确定地基承载力的常用原位试验有现场载荷试验、静力触探试验和标准贯入试验3种。当基础底面尺寸与压板尺寸差别不太大时，以载荷试验法来测定地基承载力为最直接、最可靠的方法。但载荷试验费时、耗资而不能多做，故规范只要求对一级建筑物采用压板载荷试验，并综合理论公式计算及其他原位试验等方法来确定地基承载力。原位测试是在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试,从而获得土层的物理力学指标。它在工程勘察中占有很重要的位置。这是因为它与传统方法（钻探、取样、室内试验等）比较起来，具有下列明显的优点。（1）可在拟建场地进行测试，不需取样，避免了在取样时发生应力解除、样品在运输中的碰撞及制样中的扰动等现象。（2）涉及的土体范围大，更能反映岩土的宏观结构对岩土性质的影响。（3）技术方法可连续进行，能够得到完整的土层剖面及其物理力学性质指标。（4）操作简单、施工速度快、经济。原位测试技术发展历史较短，对测试机理及应用的研究，都有待于进一步深入。确定地基承载力的常用原位试验有现场载荷试验、标准贯入试验和静力触探试验三种。由于这些测试方法的理论依据不同，现场作业方法不同，使得每种方法都有其优势和局限性，故分析每种检测方法的优劣，确定其适用范围，选择科学、经济的检测方法是十分必要的。1.2.3经验法经验法确定地基的承载力。为了确定地基承载力，一些设计规范或勘察设计规范通过大量试验资料分析及经验总结，给出