软土地基承载力确定（精选7篇）
软土地基承载力确定 篇1
螺旋板载荷试验作为评价地基承载力的一种方法越来越受到重视,但在螺旋板载荷试验的资料整理、理论分析等方面尚需要探索,不像平板载荷试验那样成熟并为大家所熟悉。规范规定设计等级为甲级和乙级的建筑物,均应按变形设计。软土地基的表层有相对较高的地基承载力,下面有厚层的软土,往往是承载力满足要求,但变形超过规范规定的地基变形允许值,故通过降低基底压力满足变形要求。这时按变形来控制承载力显得尤为重要。
1 软土地基变形控制标准的确定
通过对区域性软土大量的螺旋板载荷试验P-S曲线分析,无明显折点,呈渐进破坏的“缓变形”,要取得极限值,须把载荷试验进行到很大沉降才行,由于操作时间的限制,试验不能进行到这种地步。故对中、高压缩土的承载力采用沉降量控制的原则,对于载荷试验取s/d=0.01～0.02[1]所对应的荷载值作为承载力特征值,但对该软土变形控制通常取值未知。结合数据分析,初步拟定变形控制值为0.012、0.014、0.02[2],规范规定对于体型简单的高层建筑物基础的平均沉降量不大于200mm。据此根据实际资料分析取s/d=0.014做为对该类土的通常变形控制取值。下面以实例说明变形控制值的应用。
1.1 沉降正常、建筑物安全的实例
某高层建筑16层,高49m,地层分布见表1,采用筏板基础设置在第3层褐黄色粉质粘土层上,天然孔隙比e=0.81,基础平面尺寸为63.8m×16.4m,埋深为4.1m。建筑物稳定时的变形为62mm,基底附加压力为187kPa。采用螺旋板载荷试验测试,取s/d=0.014作为变形控制值得承载力243.5kPa,经宽度修正后的承载力特征值为321kPa,大于基底总压力299kPa,实测沉降小于规范容许值,建筑物使用正常,说明有足够的安全。如果采用变形控制s/d=0.012,得承载力特征值为210kPa,经宽度修正后的承载力特征值为286kPa,小于基底总压力299 kPa,不满足地基承载力要求,但从建筑物实际使用角度分析,变形满足要求,而且未有建筑破坏不良现象出现。即对这种地基土采用变形控制s/d=0.014有足够的安全。
该试验板头直径d=160mm,其螺旋板载荷试验p-s曲线及承载力分析如图1:
1.2 沉降过大的实例
某高层建筑13层,地下1层,高49m,采用45.2m×18.0m箱形基础,埋深为4.0m,设置在第3层灰黑色粘土层上(地层分布见表2)。建筑物稳定时沉降观测值为234.0mm,基底附加压力为143kPa。采用螺旋板载荷试验测试,取变形控制s/d=0.014,测得承载力特征值得104.6kPa,经宽度修正后的承载力为192kPa,小于基底总压力220kPa,实测沉降大于规范容许值,过量的沉降会危及建筑物的安全和正常使用,已在剪力墙上有不同程度的裂缝出现。如果取变形控制s/d=0.02,测得承载力特征值得135.11kPa,经宽度修正后的承载力为222kPa,大于基底总压力220kPa,说明承载力满足要求,但与实际允许变形值不符,故对于这种地基土取变形控制s/d=0.014。
该试验板头直径d=160mm,其螺旋板载荷试验p-s曲线及承载力分析如图2:
上述两个工程实例表明了对于这种区域性软土采用s/d=0.014作为控制地基的承载能力,沉降量满足地基变形和承载力要求,保证建筑物处于正常使用状态,同时可减少基础工程造价。因此,选用此控制标准是合适的。
2 工程算例
营口地区某综合楼,采用扩展基础,基础埋深2.3m,长度为7m,宽度为4.0m,地下水埋深1.4m。场地地形平坦,起伏不大。工程地质条件如下:
第①层:耕植土
暗黄色,稍湿,松散,含植物根须及少量碎砖块、煤块等杂物。层底埋深0.8～1.6m,层厚0.8～1.6m。
第①-1层:杂填土
杂色,由建筑垃圾混生活垃圾组成,松散不均。层底埋深2.5m,层厚2.5m。
第②层:粉质粘土夹粘土
暗黄色,饱和,软～可塑,中等压缩性,无光泽,干强度中等,韧性中等。层底埋深1.8～4.0m,层厚0.8～2.20m。
第②-1层:粉质粘土
黄褐色,饱和,软塑,无光泽,高压缩性。层底埋深1.6～3.1m,层厚0.4～1.2m。
第②-2层:粘土
黑色,饱和,软塑,无光泽,高压缩性。层底埋深2.3～3.2m,层厚0.4～0.9m。
第②-3层:粘土
灰黑～灰黄色,饱和,可塑,有光泽,干硬度较硬,中～高压缩性。层底埋深2.5～3.4m,层厚0.2～1.3m。
第③层:粉质粘土夹粘土
灰色,饱和,软塑～流塑,高压缩性,夹灰色薄砂层,含大量腐植质,个别腐植物个体较大,块径10cm的木块。层底埋深4.1～6.0m,层厚1.4～3.2m。
第③-1层:粉质粘土
灰黄色—黄色,饱和,软塑,高压缩性,稍有光泽,干强度中等,韧性中等,该层与第③层呈渐过渡关系。层底埋深4.0～5.7m,层厚1.0～3.5m。
第④层:粉质粘土
黄色,局部有灰色,饱和,可塑,中等压缩性,稍有光泽,干强度中等,韧性中等,偶夹粉土或中细砂薄层。层底埋深大于14.6m,层厚大于7m。
2.1 用变形控制理论计算
对该地基土采用螺旋板载荷试验进行测试,该板头直径d=252mm,其p-s曲线测试数据如图3:
采用变形控制s/d=0.014,即s=3.534mm,对其曲线拟合取得承载力特征值为57.64kPa。如果应用到地基土实际工作状态中,还应对宽度进行修正。采用此法,对该承载力特征值只进行宽度修正,其值为61.96kPa。如果采用该层作为持力层,应进行地基处理。
2.2 用推荐的软土理论公式计算
(1)采用Skempton公式[3]
该层不排水抗剪强度Cu=17.4kPa,取安全系数K=2,则地基设计表达式采用公式
在软土地区, Skempton公式是建立在Φ的假定基础上,采用不排水抗剪强度指标Cu,用以估计地基在施工结束时短期的稳定性,公式的形式如下:
即p≤88.67kPa。
(2)按弹塑法计算
取基础宽度的1/4作为塑性区开展深度控制,即采用公式p1/4=cNc+γ0dNd+γbN1/4计算,取Nc=3.62,Nd=1.32,N1/4=0.079。
p1/4=cNc+γ0dNd+γ0dN1/4=89.38kPa
(3)按规范推荐的理论公式
若令Mc=Nc、Md=Nd、Mb=N1/4就成为公式fa=Mbγ0b+Mdγmd+Mcck,其结果一致,即fa=89.38kPa。
通过载荷试验法、刚塑法、弹塑法、规范法比较,载荷试验法计算地基土的承载力值偏小,其它公式法计算得承载力值偏大。这是由于公式法采用过多的假设,与实际情况不符,其计算结果取决于土的抗剪强度指标;而实际上,对于软土地基多数情况由变形控制。故采用原位测试试验能准确反映地基土的实际受力情况。
3 用有限元分析
对此算例应用有限元分析,并应用此地基土参数。首先对螺旋板载荷试验试验模型进行假设:
(1)土体的几何形状、约束情况及所受力的作用对称于螺旋板的中轴线,在均布荷载作用下可取地基土范围的1/4体建模。
(2)不考虑地基土应力历史,不计地基土自重,只计算地基土在外荷载作用下发生的最终沉降变形。
(3)假设螺旋板为圆形平板,在其上施加面载荷。
(4)螺旋板直径小,影响范围不大,只作一层土分析。
由以上分析,该算例地基土载荷试验模型如图4:
计算域取压板下4倍压板直径深,承压板中心外3倍压板直径(252mm)宽。网格的划分如图5所示,整个系统共划分6804个单元,图中长度单位为(mm)。
此示例的计算参数为E=4.12MPa,v=0.38。该地基土的应力应变关系如图6:
然后对其加载求解,本模拟边界条件地面自由,土体的横向即X、Y方向约束,阻止其侧向变形;竖向不约束,让土体自由沉降。加载时直接选取三维网格图顶面中心的一个网格加向下的面荷载,并定义加载的步长与分级数。1/4地基土体的压板中心点下的p-s沉降曲线如图7所示。
最大变形点为地基表面位于压板下的中心点,当加载小于60kPa时,有限元模拟图7与载荷试验图3相比,在相同荷载下其沉降量相同;随着加载增大,模拟图8与载荷试验相差较大,且模拟图给出土体进入塑性拐点。这是由于当土体处于弹性阶段,有限元模拟采用线性分析;当土体进入破坏阶段,其计算与选用的材料破坏准则有关。由此可见,载荷试验P-S曲线可采用有限元模拟制出,但应当结合土体实际受力情况分析,不能一味的套用。
4 结 论
(1)利用螺旋板载荷试验确定承载力,结合工程实例对于这种区域性软土采用s/d=0.014作为变形控制标准,地基变形和承载力均能满足规范要求,同时保证建筑物处于正常使用状态。
(2)通过载荷试验法和理论公式法计算地基土承载力值比较,理论公式法计算的承载力值偏大,施工后造成地基沉降量过大,主要由于公式法采用过多的假设,与实际情况不符;而原位试验,能较好的反映地基在不同荷载下的综合变形,故采用原位载荷试验反映地基土受力情况是较为合理的。
(3)采用合理地基土的本构模型,可以用有限元模拟土的载荷试验曲线,估算地基土的承载力,可减少不必要的试验费用。
福建沿海软土地基承载力计算研究 篇2
根据岩土工程勘察规范“天然孔隙比大于1.0并且天然含水量大于液限的细粒土应判定为软土, 例如淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等”。含水量高、孔隙比大、高压缩性、渗透系数小、内聚力小、抗剪强度低、固结系数小是软土的特性, 反映在地基中则表现为排水不畅、透水性差、孔隙水压力较大、土骨架强度较低、承载力较小、地基变形大、不均匀变形大, 流变性大, 在荷载作用下, 需要经过较长时间才能稳定固结, 而且会产生较大沉降, 在比较深厚的软土层上, 建 (构) 筑物基础的沉降往往持续数年或数十年之久。
我国软粘土广泛分布在天津、连云港、福建、杭州、宁波、湛江、广州、深圳、南京、武汉、昆明等地[1]。
1 福建沿海地区软土的特点
软土一般可分为沿海软土与内陆软土, 福建, 天津等地都是沿海软土分布的主要地区, 其中福建地区成为我国沿海软土的主要分布区。福建地区的软土就其地层分布, 外观特征及工程特点, 与其他地区的软土相比具有某些相似的特点。可概括为含水量高, 孔隙比大, 透水性小, 高压缩性, 承载力低等特点。
从区域地质构造看, 福建地处东部斜坡带, 第四纪以来一直接受大幅度的沉降堆积, 总的沉积环境相对稳定, 地层分布具有延伸广泛, 层次稳定的特点。深孔钻探资料表明, 第四纪的厚度约为300m, 基底为前震亘纪变质岩系。由于区域地质条件决定, 福建地区的软土与上述地区相比又有本地区的特点。资料表明, 福建地层结构自上而下依次为[2]:
第一层:杂填土, 组成成分主要为碎石、灰渣及少量粘性土, 呈不均匀松散状态。
第二层:灰黄色粉质粘土, 厚度不均, 为河流相沉积。
第三层:黄褐色、灰黄色粉土, 为河流相沉积。
第四层:灰色淤泥质粉质粘土, 有时为粘性土与粉细砂互层, 互层时可见清晰的层理构造, 该层土为浅海相沉积。
从建筑工程实际应用角度出发, 本文以地表以下25m作为研究地基影响深度的界限。在地基范围内, 地质构造依据岩性和埋藏条件, 自地表下可分为四个不同特点的土层。
人工填土:按其成分可分为粘性素填土和杂填土。它的分布范围主要受人们工程活动的控制。厚度一般为0.5~2m。在局部场地受暗沟, 塘等影响, 厚度可达3~4m。
褐黄色粘性土:在本区普遍分布, 厚度一般为0.5~5m, 变化规律是沿远离辽河方向厚度逐渐增加。自上而下可分为三个亚层:粘土、粉质粘土、粉土。三个亚层的分层界限不明显, 呈渐变关系。该层是本区天然地基的主要持力层。
黄色粉细砂层:层顶为粉土层、粉细砂层, 二者为渐变关系, 呈中密—密实状态, 层底埋深一般在30m左右。该层是本区可利用的良好桩尖持力层。
从以上地层的分布规律可见, 地基的构成主要是海陆交互沉积的细颗粒物质, 可分为粘性土和粉细砂两大类。粒度成分以粉粒组为主, 粒度分布曲线为双峰值曲线, 它反映了区域沉积环境相对稳定及局部沉积条件变化。另一个特点是构成地基主体的粉质粘土和粉土, 具有延伸广泛, 层次稳定, 厚度和地层坡度水平方向变化不大的特点;而淤泥质土、粉细砂没有区域性的成层规律, 而且地层具有明显的层理结构, 又有利于土层在自重应力下的固结, 使土体结构强度增强, 这也是在工程建设中对软土地基利用不利条件的有利因素[3]。
2 地基容许承载力的理论计算方法
我国目前国内地基承载力计算模式有两种:极限压力计算、容许压力计算也称临塑荷载。这类公式的理论基础是假定拟建基础下地基全部滑动面上达到极限平衡, 再根据静力平衡条件求解极限荷载。定出基础所能承受的最大单位面积荷载。计算时, 基础愈宽, 抗滑段愈长, 极限压力愈大。
在土力学的发展过程中已经提出了许多极限荷载公式, 1920年普朗特耳首先根据塑性平衡理论导出了介质达到极限荷载时沿曲面发生滑动的数学方程并认为介质的抗剪强度性质, 可以用强度指标C, φ表示。但是他的研究结果只能适用于无重量的介质的极限平衡平面课题[4]。
后来不少学者根据他的研究结果, 引用来求解地基土的极限荷载并进一步作了不同形式的修正和补充以便在工程中加以应用。太沙基根据普朗特尔相似的概念导出了考虑地基土自重影响的极限荷载公式。
3 太沙基理论公式和福建沿海地区承载力特征值的对比
太沙基的极限承载力公式见式1:
且对于局部剪切破坏时的承载力, 应进行修正, 结果见公式2和公式3:
再用修正后的C’, ψ’可计算局部剪切破坏时松软土的地基承载力[5], 见公式4:
式中:Nc′, Nq′, Nr′:修正后的承载力系数。
将此公式求得的地基极限承载力与由螺旋板载荷试验所得的承载力特征值进行线性回归, 可得回归方程, 见式5:
相关系数=0.94
根据以上统计分析结论可知, 当利用太沙基公式计算福建地区粉质粘土地基极限承载力, 可取2.7作为调整系数, 求得地基承载力特征值, 见图1。
将普朗特耳公式的回归方程、太沙基公式的回归方程、斯凯谱顿公式、临界荷载公式所得的回归方程与福建沿海地区的承载力特征值对比[6]如表1。
利用表1可以将由经典理论公式算得的地基极限承载力带入表中的相关关系式, 即可得到相应的承载力特征值, 从而为工程提供一种快捷的求承载力特征值的方法。
4 结论
采用同样的回归统计方法可得到福建地区粉土相应各理论公式的调整系数。将福建地区不同土层调整系数总结于表2。
表2的结果可为工程中利用经典理论公式所求得的地基极限承载力提供相应的调整系数并将由理论公式算得的地基极限承载力除以相应调整系数, 便可以快捷地获取相应地层的近似承载力特征值[7]。
软土地基承载力特征值及变形参数的研究是岩土工程的主要研究内容之一。本文以福建沿海地区软土地基为研究对象, 通过对现有资料的进一步分析, 对福建软土地基进行深入研究。这是对软土地基承载特性研究的继续, 在已有成果的基础上, 通过深入研究建立福建地区软土承载力的经验公式。
参考文献
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平板载荷试验确定地基承载力 篇3
平板载荷试验 (PLT) 是在一定面积的承压板上向地基土逐级施加荷载, 测求地基土的压力与变形特性的原位测试方法。它反映承压板下1.5倍～2.0倍承压板直径或宽度范围内地基土强度、变形的综合性状。浅层平板载荷试验适用于确定浅部地基土 (埋深小于3.0 m) 承压板下压力主要影响范围内的承载力和变形模量。
2 工程实例
2.1 实例一
广肇高速公路采用平板载荷试验 (平板采用混凝土平板1块, 板厚20 cm, 宽60 cm, 长60 cm) , 在软基处理后的基础上测定在不同荷载等级作用下的沉降量, 根据荷载和沉降量的关系计算地基上的变形模量和评定地基承载力。
2.1.1 广肇高速公路第一期13标段K59+935圆管涵
根据测点1和测点2的测定结果绘制的P—S关系曲线见图1。
该圆管涵地基容许承载力0.15 MPa, 从荷载压强和沉降量关系曲线可知, 一般对砂土宜采用S/b=0.01～0.015对应的压力为地基土的容许承载力, 相应S的范围是6 mm～9 mm, 而实测结果测点1荷载压强为0.15 MPa时S=4.6 mm, 测点2荷载压强为0.15 MPa时S=3.8 mm, 即使稳定4 h 40 min后S=8.2 mm,
能够满足设计地基容许承载力要求。对于典型的荷载试验P—S曲线, 在曲线上能够明显地区分3个阶段。在确定地基容许承载力时, 一方面要求地基容许承载力不超过比例界限, 这时地基土是处于压密阶段, 地基变形较小。但有时为了提高地基容许承载力, 在满足建筑物沉降要求的前提下, 也可超过比例界限, 允许土中产生一定范围的塑性区。另一方面又要求地基容许承载力对极限荷载Pu有一定的安全度, 即地基容许承载力等于极限荷载除以安全系数。
2.1.2 广肇高速公路第一期12标段K57+354圆管涵
根据测点1, 2和3的测定结果绘制的P—S曲线见图2。
该圆管涵基础地基容许承载力0.15 MPa, 从图2可知, 测试点均不超过比例界限的容许地基承载力, 满足设计要求。
该工程中P—S均不是典型的三段式, 从图2中很难直接查到比例界限, 这时该工程根据实践经验, 取相应于沉降S等于荷载板宽度B的2%时的荷载作为地基的容许承载力。
规范中一般对砂土宜采用S/b=0.01～0.015对应的压力为地基土的容许承载力, 该工程P—S曲线图中相应S的范围应是6 mm～9 mm, 而实测结果测点1荷载压强为0.15 MPa时S=4.6 mm, 测点2荷载压强为0.15 MPa时S=3.8 mm, 即稳定4 h 40 min后S=8.2 mm, 能够满足设计地基容许承载力要求。
2.2 实例二
某工程位于市开发区, 楼高11层, 设地下室1层, 由于以前为Abstract:
It pointed out that static pressure prestressed concrete pipe pile as a fast and practical foundation treatment method, which had comprehensive application in various foundation treatment. The static pressure prestressed pipe pile compacting effect on soil was analyzed, how to adopt preventive measures to reduce soil compacting effect, therefore reduced influences on around buildings.
Key words:
foundation engineering, prestressed pipe pile, soil compacting effect
农田, 勘察资料及工程实例较少, 只能根据其土的物理力学指标, 结合地区经验, 给出其承载力。该工程底埋深约为自然地面下1.5 m, 持力层第②层为黏土, 在以前, 第②层土为本地区标志土层, 所确定的承载力是按老地基规范GBJ 7-89建筑地基基础设计规范并结合地区经验定为140 kPa～160 kPa, 新的地基规范施行后, 所给承载力失去了依据。据GB 50007-2002建筑地基基础设计规范第5.2.3条:地基承载力特征值可由载荷试验或其他原位测试、公式计算并结合工程实践经验等方法综合确定的原则, 因此该工程在第②层土上共布置了3个浅层平板试验, 试验概要如下:承载板直径为0.8 m, 面积为0.5 m2, 试验基坑采用人工开挖, 宽度不小于承载板宽度或直径的3倍, 即2.4 m, 开挖时应尽量减小对地基土的扰动, 挖成后立即在试压表面用粗砂找平, 厚度不超过20 mm。工程二与工程一相比而言, 做了卸载记录, 卸载级数为加载级数的一半, 等量进行, 每卸一级, 间隔0.5 h, 读记回弹量, 待卸完全部荷载后间隔3 h读记总回弹量。
测定P—S曲线如图3所示。
由图3试验结果曲线可以看出, 其承载力要远大于160 kPa, 其极差小于平均值的30%, 但由于该地区类似工程实践经验较少, 最后综合确定本场地这一层土承载力为180 kPa, 高层住宅楼筏基以天然地基第②层作持力层, 承载力经深宽修正后为227 kPa, pk=204 kPa<fa=227 kPa, 满足设计要求。
3 工程实例的分析与总结
3.1 对于工程实例一
1) 平板载荷试验采用计算弹性模量的理论公式是方形刚性压板 (B为边长) :
2) 一般完整的载荷试验室要做卸荷试验, 虽然规范中对于平板载荷试验没有明文规定如何卸荷, 对于公路路基做平板载荷试验主要是确定地基承载力, 但试验记录卸荷曲线求的回弹模量是否能够应用, 还是对公路路基另作载荷试验以求得路基的回弹模量。相对而言, 公路路基求出回弹模量更为合理些。
3) 该工程得出来的地基承载力未明确做出深度修正。
3.2 对于工程实例二
相对于工程一而言, 该试验室针对建筑地基, 做出了完整的荷载试验, 但是没有明确写出如何利用所绘制的P—S曲线的卸荷阶段求的回弹模量, 以及如何应用该回弹模量值。
3.3 典型的压力—沉降曲线图
由图4a) 可知, P—S曲线有两个直线段, 第一段为S0—P′y, 第二段为P′y—Py (Py为比例界限点) , 第一段为再压缩, 第二段则为首次压缩, 第二段直线斜率明显大于第一段。实际上, 由于地基土的回弹模量远大于其压缩模量或变形模量, 故其回弹再压缩的变形很小, 对于一般的浅基坑接近于零, 如图4b) 所示。因此对于上两个工程的载荷试验整理资料的方法没有准确反映出地基土的变形特征。
3.4 地基承载力
依据GB 50007-2002建筑地基与基础设计规范, 地基承载力特征值表达式为:fa=fak+ηdγm (d-0.5) +ηbγ (b-3) 。其中, fa为修正后的地基承载力特征值, kPa;fak为地基承载力特征值, kPa;ηb, ηd分别为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数;γ为基础底面以下土的重度, 地下水位以下取浮重度;γm为基础底面以上土的加权平均重度, 地下水位以下取浮重度;b为基础宽度, m, 当宽度小于3 m, 按3 m取值, 大于6 m, 按6 m取值;d为基础埋置深度, m, 一般自室外地面标高算起。
将上式变为:fa=fak+γmd′+[ηdγm (d-0.5) -γmd′]+ηbγ (b-3) 。目前, 载荷试验取值主要有以下两种做法:1) 按照GB 50007-2002建筑地基与基础设计规范方法采用修正后的地基承载力特征值fa;2) 不作深度修正, 只作宽度修正。方法一是目前常用的方法, 实际工程中发现用该法确定的地基承载力较其他方法高出很多。由上式可知, 实际上载荷试验所得的地基承载力特征资料整理时原始P—S曲线无需修正, 可直接在原始曲线上找出比例界限点或相对沉降点, 将载荷试验得到的承载力减去挖除土自重或沉降点为零时的荷载之后即为承载力特征值, 修正时按上式进行。
4 结语
对于上两个工程平板载荷试验布置的载荷试验点数均为3个。规范要求是不少于3个, 试验点数少, 增加了试验的随机性和偶然性。对于平板载荷试验确定E0的方法要注意的是:如果地表以下不远处还含有软弱下卧层, 把表层荷载试验所得的E0用于全压缩层的总沉降计算, 其结果必然较地基的实际沉降低, 这是偏危险的。因此, 在进行地基沉降计算前务必把地层情况搞清楚。
摘要：通过对广肇高速公路和某开发区的高楼两工程实例的平板载荷试验进行分析, 得出不同地基土采用的平板载荷试验是有差别的, 一般对于公路地基土要采取卸载的平板载荷试验, 同时用平板载荷试验进行地基承载力的确定有其局限性。
关键词：平板载荷试验,沉降,地基承载力,弹性模量
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建筑地基承载力确定方法探讨 篇4
地基承载力主要是指建筑物地基承担上部荷载的能力。
在上部建筑自身荷载作用下, 建筑下部的地基要产生变形, 随着上部荷载的不断增大, 下部地基的变形逐步变大, 开始阶段地基受力较小, 地基土中应力状态属于弹性阶段, 不至于达到破坏, 这时的上部建筑是安全的。当上部建筑荷载增大到某一值时, 地基中的局部区域开始达到地基土的抗剪强度, 此时上部荷载继续增大, 该区域就处于极限状态, 土体发生剪切破坏, 土中应力发生重新分布, 地基土承载力达到极值。地基土局部的极限平衡状态都能恢复到弹性状态, 地基还能趋于稳定阶段。当上部建筑荷载继续加大时, 地基土出现了大范围的塑性变形, 地基承载力达到极限状态, 失去稳定性。
建筑地基承载力一般包括地基承载力特征值和地基承载力极限值。正常使用极限状态计算时的地基承载力即为地基承载力特征值, 它是指建筑在发挥正常使用功能时, 地基所允许采用抗力的设计值, 它是以概率理论为基础在保证地基稳定的条件下, 要求建筑物沉降计算值不超过允许值时的地基承载力;当上部建筑荷载继续增大, 其下部地基土大部分发生剪切破坏而整体丧失稳定性时所对应的地基土承载力即为地基承载力极限值。
2 常用的地基承载力确定方法
地基土本身属于变形较大的材料, 当荷载逐渐增加, 地基的变形和应力增长也是一个逐渐变换的过程, 很难在数值上给出界定值。各种地基承载力的确定方法都是在一定假设的基础上发展起来的, 都有其一定的理论基础, 但由于地基土这种特殊材料, 各种方法又都有其使用的局限性, 同一地基土通过不同的确定方法, 会得到不同的结果值。地基承载力的确定, 与地基土的性质、地下水位高低、基础埋置深度、上部结构形式等都有关系, 无法确定一个通用的界定标准和一个适用于所有地基土的计算公式。目前常用的地基承载力方法有:
1) 经验法。2) 规范法。3) 原位试验法。4) 理论法。
3 地基承载力方法的使用情况
3.1 经验法
经验法是一种基于当地已有成功的使用经验的方法, 通过对已有同类工程的对比分析, 确定地基的承载力。该方法最大的缺点在于有很大的局限性, 一方面是地域的局限性, 不同地域, 其地基土性质一般都有差别, 其承载力也相差很大, 即使是同一类地基土在不同的地区, 其承载力也有可能有很大的差别, 这就局限了其使用范围, 必须在同一地区内使用经验法;另一方面同类工程的类比, 建筑位于同一地区其上部结构荷载不同, 下部地基处理不同, 地下水位不同, 即使地基土性质相同, 其地基承载力也有可能差别很大。故该方法仅限于同一地区、同类工程的类比、使用, 但该方法优势在于使用简单方便, 如果地区经验成熟, 又有同类工程的成功使用经验, 可以直接使用。
3.2 规范法
不同的规范对地基承载力的确定方法不同, 主要是基于各不同行业对地基土变形的要求和上部结构形式的差异而做出的规定。例如, 最早的《建筑地基基础设计规范》中提供了采用地基土的物理力学指标通过查表确定地基承载力, 但在其后的2002版规范中, 取消了该表格, 强调了参照地区经验确定的重要性。最新的2011版《建筑地基基础设计规范》中5.2.5条, 规定可以根据土的抗剪强度参数确定地基土承载力, 并给出了相应的公式:
其中, fa为由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值, k Pa;Mb, Md, Mc均为承载力系数, 按规范表格确定;b为基础底面宽度, m, 大于6 m时按6 m, 对于砂土小于3 m时按3 m;ck为基底下一倍短边宽度的深度范围内土的粘聚力标准值, k Pa。
该方法使用的条件为基底均部压力, 当基础受到水平荷载时, 或者上部产生较大的偏心距时, 基底压力会很不均匀, 根据规范要求pkmax≤1.2fa的条件下 (pkmax为基底压力最大值) , 增加一个使用限制条件为:当偏心距e≤0.033b时, 可以使用该公式进行计算。
同理在《公路桥涵地基与基础设计规范》中, 对各种地基土都提供了承载力表, 这些表格是根据实际的已有使用情况和成功的地区经验而得出的, 根据地基土的物理力学指标和基础埋置情况查询。
各种规范上的表格数值, 都是全国范围内的统计数值, 其地域性很广, 适用范围强, 但其数值由于要照顾到全国范围内的同一类型地基土, 数值是否会过于保守值得商榷。规范不同, 其适用范围也不同, 使用时可能同一场地同类地基土而得出不同的地基承载力, 使用时应该加以注意。
3.3 原位试验法
原位试验法是一种在建筑场地原位进行直接试验, 确定地基承载力的方法。目前常用的主要包括:载荷试验法、静力触探法、动力触探法、标准贯入试验法、旁压试验等。
载荷试验法是指在地基土上部, 即建筑基底标高处, 通过逐级施加竖向压力、竖向上拔力或水平推力, 对应每级观测地基土的相应沉降量、上拔量或水平位移量, 根据所施加荷载与所发生位移的关系判定相应的地基承载力的一种方法。它是目前我国最可靠、最准确、最广泛、最直接的地基承载力确定方法, 已被列入各种规范中。其最大的优点是模拟的受力条件比较接近实际情况, 试验结果易于处理且直观而且方便理解和接受;但其显著的缺点是试验需要持续一段时间, 占用工期, 对大吨位其试验场地需要较大, 且试验费用相对较多。
静力触探、动力触探是指利用压力装置或锤击力将装有触探头装置压入或打入试验土层中, 通过量测触头的参数或测定锤击力的大小, 来确定地基土的基本物理力学性质, 从而根据相关的经验确定地基土承载力。
标准贯入试验是通过锤击一定质量的重锤使其下部探头伸入指定深度的地基土中, 通过锤击的难易程度及锤击下沉的深度来判断地基土的性质, 从而确定地基承载力。
旁压试验是首先将圆柱形旁压器放入指定深度土层中, 通过对孔内加压, 使旁压膜产生膨胀, 通过旁压膜将压力传给周围的土体, 使其产生变形甚至破坏, 通过量测施加的压力和土变形之间的关系, 计算出地基土的应力应变曲线关系, 从而确定地基土的承载力。
随着科技的发展和建筑水平的不断提高, 各种新的原位试验方法应用而生, 但任何一种方法都不是万能的, 都有一定的使用范围和使用局限性, 使用时要加以区别。
3.4 理论计算法
理论公式法是基于地基土极限平衡条件而确定地基承载力的一种方法。一般是根据其极限平衡状态求出临塑荷载和临界荷载, 从而确定地基土的承载力, 还有一种方法是根据土体的刚塑性假定理论而推导出的理论计算公式。
各种理论公式所推导出的地基承载力都是基于一定的假定的基础前提下, 同时由于土体材料的特殊性, 不像钢材和混凝土等材料, 其承载力的确定必须在理论公式的基础上再添加经验系数或土体性质参数等, 才能够完全应用于工程实际。
4 结语
地基承载力的确定是结构设计、岩土设计过程中的一个很重要的问题, 同时也是一个很复杂的问题。作为设计人员, 应该熟悉各种规范、规定的假定条件和适用范围, 针对不同的工程项目和地基土情况, 采取科学合理的方法确定其地基承载力。设计中我们提倡通过“合理取值、科学计算、结合经验、综合确定”的方法来确定地基承载力, 一方面避免过于保守而造成的浪费, 另一方面做到有适当的可靠度和安全度。同时各地区应结合当地特点, 在理论依据和原位试验的基础上注意积累当地的使用经验, 使其更接近于实际情况, 更好的服务于工程项目。
摘要：介绍了目前常用的几种地基承载力确定方法, 分析了其各自的优缺点, 对不同方法的适用范围也做了一定的探讨, 为实际工程中地基承载力确定提供参考与借鉴。
关键词：建筑,地基,承载力,确定方法
参考文献
[1]李荣年, 刘明续.地基承载力探讨[J].丹东纺专学报, 2003 (6) :36-37.
地基承载力理解和确定问题探讨 篇5
地基承载力的确定在地基基础设计中是一个非常重要而又十分复杂的问题,在公路、铁路、港口、一般的工业与民用建筑等工程中都会遇到这样的问题,它不仅与土的物理、力学性质有关,还与基础形式、宽度、埋深、建筑类型、结构特点和施工速度等因素有关。自从1974年我国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》发布,在长达28年的时间里,我国勘察设计人员长期习惯于从规范中查表确定地基承载力,这种方法的简便性使得部分勘察设计人员把客观上相当复杂的地基承载力确定问题简单化了,似乎用不上土力学知识,不需要多少工程经验,会查表和简单计算就可以确定地基承载力。2002年版《建筑地基基础设计规范》取消了地基承载力表,规范中推荐的地基承载力确定方法有两种:一种是理论公式计算方法,另一种是现场载荷试验法。现场载荷试验法作为确定地基承载力最基本、最可靠的方法,可以取得较精确可靠的地基承载力特征值。因此规范在定义地基承载力特征值时是这样描述的,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[1]。本文就地基承载力的有关问题进行一些讨论,旨在使广大工程技术人员在对规范的理解上有更深刻、全面的认识。
1 关于地基承载力的理解
为了保证建筑物的正常使用,地基基础设计必须满足两个基本条件:强度条件,即要求作用于基础上的荷载不超过地基承载力,以保证地基在防止整体失稳方面有足够的安全储备;变形条件,即控制基础沉降使之不超过允许值。在荷载作用下,地基产生变形,在初始阶段荷载较小时,地基处于弹性平衡状态,当然是安全的,随着荷载的增加,变形增大,并在小范围内产生剪切破坏,称为“塑性区”,塑性区较小时,地基尚能稳定,仍具有安全的承载能力。随着荷载继续增加,塑性区不断扩展,最后塑性区连成一片,地基承载力达到极限,失去稳定。虽然在解决具体问题时将强度和变形分开考虑、单独分析,但强度和变形是耦合在一起的,地基承载力是地基土体强度和变形的综合表现[2]。因此,地基承载力可以理解为地基的承受荷载的能力,即在保证地基稳定的前提下,使变形不超过允许值的地基承载能力。
2 关于地基承载力理论计算公式的讨论
2002年版《建筑地基基础设计规范》把根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值公式fa=Mbrb+Mdrmd+Mcck推荐为地基承载力的理论计算公式,即为了充分利用地基承载力,同时保证建筑物的安全和正常使用,控制地基中塑性区开展的深度为荷载宽度的1/4时相应的荷载[3]。但在工程实践中发现,对砂土内摩擦角标准值准k≥24°时,承载力理论计算值偏低,为了让临界荷载P1/4公式同样适用于砂土地基承载力计算,根据砂土地基的荷载试验资料对承载力系数Mb进行了经验修正,因此,该公式实际上是经过经验修正的承载力理论中临界荷载P1/4,在具体应用时应注意以下几个问题。
2.1 规范推荐的理论计算公式是由弹性应力带入塑性条件得到基础下地基的塑性深度为基础宽度1/4时的理论解,实际上,地基中的塑性区究竟允许发展到多大范围为宜,与建筑物的性质,荷载的性质,特别是土的性质有关。陆培炎指出,实际上的塑性范围要比基础宽度的1/4小的多,因此,规范推荐的理论计算公式在理论上有一定的缺陷,在实践上限制了地基强度的充分发挥。同时该公式在推倒过程中假定土的自重应力在各个方向相等,由于实际上并不相等,这是该理论公式的另一不足之处。另外,在临界荷载的推倒中采用弹性力学的解答,对于已经出现塑性区的塑性变形阶段,该公式推倒是不严格的[4]。
2.2 规范推荐的地基承载力理论计算公式仅适用于е≤0.033b的情况,这是因为用该公式确定承载力相应的理论模式是基底压力呈均匀分布,当合力的偏心距较大时,基底压力就会很不均匀,为了使计算的地基承载力符合其假定的理论模式,该公式使用时必须注意上述条件。
2.3 土的抗剪强度指标内摩擦角和粘聚力是很灵敏的参数,采用何种试验方法,如何取值是计算结果是否准确的关键。如果把三轴试验的с、φ值代入规范推荐的地基承载力理论公式计算时,得到的承载力比较符合实测值,而把直剪试验с、φ值代入计算,所得承载力明显偏小。关于土的抗剪强度指标取值,由于全国各地差别较大,规范没有做统一的规定。按照极限平衡理论应取峰值强度,有些地方规范根据地区经验用临界荷载公式计算承载力时采用峰值强度的70%,比如上海实践证明,抗剪强度指标用直剪固快试验,取峰值强度的70%计算с、φ值,由此得到的地基承载力比较符合实际[5];有些地区则认为用峰值强度计算得到的承载力已经偏小,不能再打折。
2.4 地基承载力的含义是在保证地基稳定的前提下,使变形不超过允许值的地基承载能力。规范推荐的理论计算公式在确定地基承载力时,只考虑地基有足够的强度,没有考虑变形,是一个强度值,也就是意味着在进行地基承载力计算时先将基础的沉降变形搁置起来。将地基强度与变形割裂开来考虑是目前规范在地基承载力理论上存在的严重缺陷。由于土体作为一种非连续介质,其土性是非常复杂的,并且带有很大的区域性,因此用单一的土体本构关系来正确描述土的工程性质难以直接应用到在工程实践中。所以对于不同的土质,不同的基础形式,其沉降量不同的,需要进行地基变形验算。
2.5 在基础尺寸一定时,理论计算公式所用的参数抗剪强度指标с、φ越高,极限荷载与临界荷载之比越大,也就是说不同的地基土按规范推荐的理论公式计算得到地基承载力,其安全度是不同的。假设有一个宽度为3m,埋深1m的基础,如果处于某软土地基上,地基土相关指标为粘聚力сk=6kPa、内摩擦角准k=4°、变形模量E=0.6MPa,则经简单计算可得地基承载力fa=50kPa、极限荷载Pu=76kPa、安全度k=1.52、沉降量s=200mm;如果处于某硬土地基上,地基土相关指标为粘聚力сk=40kPa、内摩擦角准k=26°、变形模量E=40MPa,则地基承载力fa=429kPa、极限荷载Pu=1503kPa、安全度k=3.5、沉降量s=26mm。从上述算例可以看出对于不同的地基土利用规范推荐的理论公式计算存在安全度不同的问题,因此在设计时要特别注意软土地基的安全,同时也要考虑到对于硬土可能存在承载力未能充分发挥。
3 关于载荷试验的讨论
平板载荷试验是一种比较简单直观地确定地基承载力的原位测试方法,也可以看作基础的一种模型试验,从理论上说平板载荷试验的结果反映了半无限体的承载性状,从工程实践的角度看,很深部土层的影响是可以忽略的。载荷试验的结果为p~s曲线,通过p~s曲线可以确定地基承载力特征值。与规范推荐的理论公式计算法相比,用载荷试验确定地基承载力时既考虑了地基土的强度问题,又注意到了沉降问题,似乎不存在什么问题,实际上载荷试验结果用于地基基础设计时,尚应注意下面几个问题:
3.1 虽然可以在基础底面标高处的土层上做载荷试验,但为了将Boussinesq课题的解析解用于分析试验资料,也为了试验条件的归一化,规范规定了试坑的宽度必须不小于压板宽度的3倍。这样,试验是在无超载的条件下进行的,所得的试验结果是在相当于基础埋置深度为0的条件下的地基承载力,用于工程设计时必须按实际的埋置深度进行修正。
3.2 地基承载力的大小与基础底面面积有关,载荷试验的压板尺寸越接近基础底面尺寸,试验的结果越能反映实际情况。但过大的压板尺寸将使试验的总荷载很大而难以实现,一般规定压板面积为0.25m2~0.5m2,如果是方形压板,边长为0.5m~0.707m。将这种标准尺寸压板的试验结果用于实际工程时,需要进行宽度的修正。但对于大面积的筏型基础、箱型基础,基础面积可能上百上千平方米,此时试验尺寸与实际基础尺寸相差悬殊,应力分布、破坏模式差别很大[6],而试验时从刚性压板边缘展开的塑性区域容易相互连接而导致破坏,因此用平板载荷试验测出的极限承载力会比实际偏小,不能完全反应真实值。对于不均匀的地基土,通过平板载荷试验得出的结果的代表性值得商榷,也难于据此推算不均匀地基的性状。
3.3 载荷试验确定的地基承载力是承压板下应力主要影响范围内的承载力,一般认为压板影响深度大体为压板宽度的2~3倍,因此,如采用面积为0.5m2的承压板,则其影响深度一般不会超过2m。部分地区的人工地基检测文件规定用载荷试验确定地基承载力时没有考虑到这个问题,在应用时需引起注意。为了进一步说明这个问题,假设某地基土分别采用强夯和冲击碾压处理,强夯处理的深度可达到5m~10m,而冲击碾压的深度在2m左右,载荷试验得出的地基承载力差不多,甚至是采用冲击碾压处理措施的高,这个结果显然是不合理的。
3.4 载荷试验的加荷速率按规范一般是几小时到十几小时加一级荷载,而实际工程中地基土接受上部荷载的速率(按一层楼为一级荷载考虑)一般为一周甚至一个月,有时更长,两者之间的差异是显而易见的[7]。另外,载荷试验是用千斤顶来进行加荷,靠手动杆或电动油泵驱动加载,时间只有几分钟,甚至几秒钟,相当于一种冲击荷载,而地基土实际接受上部荷载是通过一砖一瓦的添加进行的,过程比较缓慢,不会存在冲击荷载的影响,上述差异必然会导致试验结果与真实值之间产生差异,特别对于软土地基。
4 结语
通过本文的分析讨论可以看到,地基承载力的确定在地基基础设计中是一个非常重要而又十分复杂的问题,它不仅与土的物理、力学性质有关,还与基础形式、宽度、埋深、建筑类型、结构特点和施工速度等因素有关。确定地基承载力时不存在唯一可靠的方法,绝对不能仅凭经验或简单地套用规范计算,无论是规范推荐的理论计算公式还是载荷试验,都不一定可靠。关于确定地基承载力,不但要注重理论计算和原位试验,更要重视工后的调查分析、比较这一重要环节,通过将预先计算值与工后实测值的分析比较,以及二者之间差异原因的探讨,可以积累大量的工程经验。在具体工程实践当中,勘察设计人员需要根据地质条件,基础及上部结构特点、结合理论计算、载荷试验的测试数据以及工程经验综合判断确定。
摘要：文章在阐述了地基承载力意义的基础上,对现行规范推荐的地基承载力确定方法,理论公式计算法和现场载荷试验法中存在的问题和局限性进行了分析。提出地基承载力的确定是一个非常重要而又十分复杂的问题,需要根据地质条件,基础及上部结构特点、结合理论计算、载荷试验的测试数据以及工程经验综合判断确定。
关键词：地基承载力,理论公式,载荷试验
参考文献
[1]GB50007-2002.建筑地基基础设计规范[S].
[2]顾宝和.地基承载力的来龙去脉[J].工程勘察,2004.3.9-13.
[3]黄志荣.关于地基土承载力计算问题的探讨[J].西部探矿工程,2003.11.202-203.
[4]杨爱武.软土浅基础地基承载力的计算及应用[J].天津城市建设学院学报,2004.1.1-5.
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[6]高大钊.确定地基承载力方法若干问题的讨论[J].工程勘察,2004.3.3-8.
地基承载力的确定及工程应用实例 篇6
单位面积所能承受的最大荷载称为地基承载力,可分为极限承载力和容许承载力。极限承载力指地基土单位面积所能承受的最大荷载。容许承载力指地基稳定有足够安全度且控制在建筑物容许范围内时的承载力。02《地基基础设计规范》(以后简称《规范》)以特征值来取代89《规范》的标准值[1,2],将特征值定义为“由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形内规定的变形所对应的压力值,其最大值为比例界限值[2]。”可见,承载力的特征值就是容许承载力,用特征值表示正常使用极限状态计算采用的地基承载力和单桩承载力值,也就是发挥正常使用功能时所允许的抗力设计值[3]。
2 地基承载力确定方法
2.1 载荷试验确定地基承载力
载荷试验是在现场原位进行的一种模型试验,结果为p—s曲线,曲线以比例界限值pcr和极限荷载值pu分为压密阶段、局部剪切破坏阶段和整体破坏阶段。根据p—s曲线确定地基承载力有三种方法[4]:
1)用极限荷载pu除以安全系数k,安全系数可取2～3;
2)取p—s曲线上比例界限荷载pcr作为地基承载力;
3)对拐点不明显的试验曲线可用相对变形来确定地基承载力,可取s/b=0.01～0.015(b为荷载板宽度或直径)对应的压力作为地基承载力。
2.2 理论公式确定地基承载力
地基承载力计算的理论公式主要有塑性状态和极限状态两大类。
当地基有外荷作用地基土刚开始产生塑性变形时基础底面单位面积承受的荷载为临塑荷载。塑性变形区最大深度Zmax处的地基承载力称为承载力的临界值,这个深度在中心和偏心荷载下分别为b/4和b/3,02《规范》中将Zmax=b/4时的地基承载力称为特征值,即:
fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck (1)
其中,Mb,Md,Mc均为承载力系数。
对于极限承载力,普朗特尔、雷诺斯等基于极限平衡理论得出的公式得到了解析解,但假设条件与实际情况出入较大,太沙基等在其结果的基础上假定基底粗糙,地基土重度非零且不考虑基底两侧土体抗剪强度,只将其作为超载考虑进一步得出不同形状下的极限承载力,见式(2),式(3),式(4)。
条形基础:
方形基础:pu=1.2cNc+γdNq+0.4γbNγ(b为方形基础边长) (3)
圆形基础:pu=1.2cNc+γdNq+0.3γRNγ(R为圆形基础直径) (4)
其中,Nc,Nq,Nγ均为承载力系数。
不论是塑性状态还是极限状态,从公式推导过程不难看出Mb,Md,Mc及Nc,Nq,Nγ均是关于内摩擦角ϕ的函数,土的抗剪强度直接影响承载力大小。
2.3 规范法确定地基承载力
不同规范给出不同的地基承载力确定方法,如根据原位测试,土工试验得出的物理力学参数等在89《规范》中查表;02《规范》中可以按式(1)计算特征值;《高层建筑岩土工程勘查规程》中附录A中给出天然地基极限承载力可按式(5)估算。
其中,Nc,Nq,Nγ均为承载力系数;ζγ,ζq,ζc均为基础形状修正系数。
可见不同的规范给出的计算方法各异,所以地基承载力的确定一定要结合当地实际情况。规范所给的承载力确定方法由于简便易行而在工程实际中应用普遍,现以某工程为例结合规范确定地基承载力。
3 工程实例
3.1 工程概况
该工程为绥化中心地带某购物广场,其中主楼地上11层,地下1层,裙楼地上4层,地下1层。勘查中共打钻孔15个,见有地下水,稳定水位在2.3 m～3.5 m范围内,地层基本特征见表1。
考虑建筑物情况及土的性质等综合因素,持力层应选择粉质黏土⑤,⑦或⑧,由于粉质黏土⑦,⑧勘查数据较少,计算结果偏差会过大,所以选粉质黏土⑤为持力层可能性大,现以粉质黏土⑤为例确定此层的承载力,试验结果见表2。
3.2 承载力计算
1)据表2数据,查89《规范》进行地基承载力的确定。
a.利用e及IL的平均值查表,内插法得承载力基本值为:f0=245.97 kPa。
利用第一指标e及第二指标IL的标准差计算综合变异系数与回归修正系数,计算结果如下:
即结果大于0.75可靠,所以地基承载力特征值:
fa=Ψff0=0.933×245.97=229.49 kPa。
b.利用标准贯入试验锤击数N确定时,需对现场锤击数进行修正,修正结果为:
N=μ-1.645σ=14.1-1.645×4.080=7.39。
以内插法查表确定承载力特征值为:
fa=198.8 kPa。
2)利用02《规范》的塑性状态公式计算:
fa=Mbγb+Mdγ0d+Mcck=190.47 kPa。
Mb,Md,Mc按φk=2.0°查表确定Mb=0.03,Md=1.12,Mc=3.32;取ck=6.677 kPa;假设b=1.0 m,d=15.0 m,由于地下水位相对于基础埋深高许多,故取γ=γ0=10 kN/m3。
3)按《高层建筑岩土工程勘查规程》的极限状态计算:
Nc,Nq,Nγ按φk=2.0°查表确定Nc=5.63,Nq=1.20,Nγ=0.15;ζγ,ζq,ζc按假设b=1.0 m的方形基础取值,ζγ=0.60,ζq=1.03,ζc=1.21;其余取值同2)。
按照最不利情况考虑,估计地基承载力为190 kPa。
以上结果表明地基承载力的计算结果不唯一,表面看为采用不同的方法,实际主要是受c,φ值的影响,土工试验得出的c,φ值受某些不可避免因素的影响存在一定误差。
4 结语
地基承载力确定的三类方法中各有优缺点,其中根据各种规范确定地基承载力应用最为广泛,但根据不同的参数确定的结果各异,最终应该结合当地的经验得出最终结果,并根据规范对地基承载力进行修正。地基承载力确定后,若最终确定为持力层,必须要考虑是否需进行软弱下卧层的验算,以确保建筑物的安全及正常使用。
参考文献
[1]GBJ 7-89,建筑地基基础设计规范[S].
[2]GB 50007-2002,建筑地基基础设计规范[S].
[3]李勇伟.对确定地基承载力的几点认识[J].西北水利发电,2005(10):162-163.
软土地基承载力确定 篇7
地基承载力问题属于土力学中的关于强度、稳定性的一个重要研究课题。地基承载力是岩土工程勘察文件中不可缺少的重要内容, 也是天然地基浅基础设计的基本依据。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、产生变形过大而影响建筑物的正常使用, 是地基基础设计所必须解决的问题。
1 天然地基承载力特征值的确定方法
天然地基承载力特征值的确定方法主要有四类: (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曲线确定; (3) 按照规范提供的承载力确定方法; (4) 在土质条件相同的情况下, 参照临近建筑物的工程经验确定。
1.1 理论公式计算方法
地基承载力的理论公式有很多, 如斯开普敦公式、太沙基公式、魏锡克公式和汉森公式等, 其中魏锡克公式和汉森公式可以考虑的影响因素较多, 如基础底面形状、偏心和倾斜荷载、基础两侧覆盖层的抗剪强度、基底和底面倾斜、土的压缩性影响等。
1.2 现场载荷试验的方法
对于设计等级为甲级的地基基础或者地质条件复杂、土质很不均匀的情况, 应采用现场载荷试验法以取得较精确、可靠的承载力数值。
根据各级荷载以及相应的沉降稳定的观测数据, 即可绘出荷载p与稳定沉降的关系曲线 (p-s曲线) 。根据p-s曲线可确定地基承载力特征值。
当p-s曲线有比较明显的比例界限和极限值时, 可取比例界限作为地基承载力特征值。有些土比例极限和极限荷载比较接近, 当极限荷载小于比例极限两倍的时候, 则取极限荷载的一般作为地基承载力特征值。
当p-s曲线无明显转折点时, 无法取得比例极限和极限荷载, 此时以一定容许沉降值所对应的荷载作为地基承载力特征值。《建筑地基基础设计规范》根据实测资料规定:当承压板面积为0.25~0.5m2时, 可取沉降量s为 (0.01~0.015) b (b为承压板宽度或直径) 所对应的荷载值作为地基承载力特征值:但其值不应大于最大加载量的一半。
1.3 规范公式的方法
《建筑地基基础设计规范》推荐采用以临界荷载P1/4为基础的理论公式, 结合经验给出了当偏心距e≤0.033b时, 可根据土的抗剪强度标准值按下式确定地基承载力特征值, 但必须验算地基变形而且满足变形要求。
1.4 规范公式的方法
在拟建场地附近, 常有不同时期建造的各类建筑物。调查这些建筑物的结构类型、基础形式、地基条件和使用情况, 对于确定拟建建筑物的地基承载力具有一定的参考价值。
2 关于天然地基承载力特征值的讨论
2.1 理论公式计算方法
地基承载力的理论公式如斯开普敦公式、太沙基公式、魏锡克公式和汉森公式等计算的结果为地基承载力极限值。根据地基极限承载力的理论公式, 考虑一定安全储备后的地基承载力称为地基承载力特征值。安全系数的取值与地基基础设计等级、荷载性质、土的抗剪强度指标的可靠程度以及地基条件等因素有关, 对长期承载力安全系数一般取2~3。
2.2 土的抗剪强度指标的取值
理论公式计算方法和规范方法确定地基基础承载力特征值都需要确定土的抗剪强度指标。关于土的抗剪强度指标取值时以下几点需说明
(1) 土的抗剪强度指标中内摩擦角和粘聚力应取标准值; (2) 为了确保土的抗剪强度取值的准确性, 一般应取质量最好的原状土样以三轴压缩试验测定, 且每层土试验数量不得少于6组; (3) 土的抗剪强度指标的取值应根据实际情况的固结条件和排水条件选取。例如若建筑物施工速度很快, 而地基持力层的透水性和排水条件不良时, 地基土可能在施工期间或者施工完工后不久因未充分排水固结而破坏, 此时应采用土的不排水抗剪强度计算短期承载力。
2.3 承载力修正的问题
《建筑地基基础设计规范》规定:当基础宽度大于3m或者埋置深度大于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, 应按下式进行修正:
利用理论公式计算方法和规范方法确定地基基础承载力时, 因为公式自身已包含埋深和基础宽度等影响因素, 所以这两种方法得到的承载力不需要修正。
载荷试验则不同, 通常载荷试验选用的是固定的载荷板, 而实际的基础尺寸则是大小各异, 所以载荷试验无法体现基础宽度对承载力的影响;同时载荷试验的试坑底面尺寸通常为载荷板宽度的3~4倍, 也即载荷板周围并没有上覆土的荷载, 而实际基础施工完回填土之后, 基础底面周围石油覆土压力, 覆土压力与基础埋深有关。综合考虑以上因素对承载力的影响, 载荷试验确定的地基承载力特征值需做深度和宽度修正。
3 结论
(1) 天然地基承载力特征值的确定方法主要有理论公式计算、载荷试验法、规范公式法和经验方法。
(2) 确定地基承载力特征值时应注意各种方法的使用条件、计算参数选取等等, 确保计算结果的准确性。
摘要：地基承载力问题属于土力学中的关于强度、稳定性的一个重要研究课题。天然地基承载力特征值的确定方法主要有理论公式计算、载荷试验法、规范公式法和经验方法;计算地基承载力特征值时应注意各种方法的使用条件、参数选取等等, 确保计算结果的准确性。
关键词：地基承载力,载荷试验,抗剪强度,深宽修正
参考文献
[1]GB50007-2012, 建筑地基基础设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社, 2012
[2]高大钊.土力学与基础工程[M].北京:中国建筑工业出版社, 1998.
[3]顾宝和.地基承载力的来龙去脉[J].工程勘察, 2004 (3) :9-12.