地基承載力特征值計(jì)算公式探討

1、巖土工程與勘察第15卷第2期（總第24期）2003年12月地基承載力特征值計(jì)算公式探討地基承載力特征值計(jì)算公式探討賈文華1【摘要】在現(xiàn)有的理論計(jì)算公式基礎(chǔ)上，結(jié)合我國現(xiàn)行的建筑勘察設(shè)計(jì)體制，推導(dǎo)出適用于巖土工程師的承載力計(jì)算公式，在基礎(chǔ)寬度和埋置深度未定情況下，直接計(jì)算天然地基承載力特征值。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞承載力特征值載荷試驗(yàn)計(jì)算公式適用條件1概述概述在巖土工程勘察中，確定地基土承載力是一個(gè)核心問題，也是勘察專業(yè)必須向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供的重要設(shè)計(jì)

2、參數(shù)，其數(shù)值的大小，關(guān)系到能否利用天然地基、采用的基礎(chǔ)形式以及有無必要進(jìn)行地基加固處理，直接影響建構(gòu)筑物的安全和工程投資。確定地基土承載力有多種途徑，可大致歸納為三種：載荷試驗(yàn)或其他原位測(cè)試、理論公式計(jì)算、工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。其中載荷試驗(yàn)最直接準(zhǔn)確，對(duì)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)的建筑是要求必須做的試驗(yàn)項(xiàng)目，而對(duì)于其他大量勘察對(duì)象，由于試驗(yàn)條件以及工期費(fèi)用等因素，還不能普遍采用。另一方面，在新頒布的國標(biāo)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007－20

3、02）中，取消了與土的物理性質(zhì)指標(biāo)相對(duì)應(yīng)的承載力表，這就使得理論計(jì)算這一傳統(tǒng)方法重新引起人們的重視。但是，在具體工程應(yīng)用時(shí)，巖土工程師注意到，現(xiàn)有的計(jì)算公式中存在若干不確定性，一些參數(shù)難以準(zhǔn)確取值，計(jì)算結(jié)果可信度不高。本文試圖就這個(gè)問題進(jìn)行探討，尋求適用于巖土工程師的理論計(jì)算公式。2計(jì)算公式推演計(jì)算公式推演在土力學(xué)理論發(fā)展過程中，不少學(xué)者從不同角度提出地基承載力計(jì)算公式，具有代表性的主要有Terzaghi、Vesic、Hanson等?，F(xiàn)

4、行的國家和行業(yè)規(guī)范中，有《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高層建筑巖土勘察規(guī)程》推薦的計(jì)算公式；前者以控制地基中塑性變形區(qū)即P14理論為基礎(chǔ)，后者則定位于極限平衡理論。這些公式形式有所不同，在承載力系數(shù)取值以及計(jì)算參數(shù)選取上有差異，但都給出了極限平衡或一定的塑性變形狀態(tài)下地基土的承載能力，具有代表性的是Vesic公式，形式如下：)1(21??????kcCoqqCNdNbrNrfu?????????????????式中：fu：地基極限承載力（

5、kPa）；1.中國兵器工業(yè)北方勘察設(shè)計(jì)研究院巖土工程與勘察第15卷第2期（總第24期）2003年12月則計(jì)算地基極限承載力fu公式就轉(zhuǎn)換成地基承載力特征值fak計(jì)算公式：fak=1K［0.3535NrγNcCk］…③公式③即為地基承載力特征值fak計(jì)算公式，其承載力關(guān)系曲線見圖1。圖1中的六條曲線自下而上分別代表粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值為10、20、30、40、50、60kPa時(shí)的承載力特征值。該公式可應(yīng)用于巖土工程勘察階段理論公式計(jì)算。其中的安全

6、系數(shù)K可根據(jù)工程重要性和地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定，取值范圍2～3。3公式的分析及對(duì)比公式的分析及對(duì)比在③式構(gòu)成中，Nr、Nc二項(xiàng)系數(shù)為內(nèi)摩擦角φk的函數(shù)，在φkNr，超過34則NrNc。對(duì)于一般粉土和粘性土層而言，φk34極為罕見。所以，正常情況下這兩項(xiàng)系數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系應(yīng)是NcNr。對(duì)典型的粉土和粉質(zhì)粘土，二者的關(guān)系大致為Nc=2～4Nr。由此可見，在公式③中，第二項(xiàng)的貢獻(xiàn)要比第一項(xiàng)大的多。另一方面，粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值Ck與Nc互為倍數(shù)，但Ck的絕對(duì)值較大

7、，從這個(gè)意義上講，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)φk、Ck兩個(gè)參數(shù)值的大小，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響非常大，這就要求剪切試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠；對(duì)一般的土層，若出現(xiàn)φk30或Ck60kPa的異常情況，則計(jì)算出的承載力特征值就會(huì)出現(xiàn)失真。以石家莊市某商城地基土為例進(jìn)行試算，該場地第②層黃土狀粉質(zhì)粘土中進(jìn)行了一組載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)前，在試坑的底部和兩側(cè)共采取9件Ⅰ級(jí)土樣，進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)和三軸剪切試驗(yàn)（不固結(jié)不排水剪），主要試驗(yàn)指標(biāo)平均值如下：天然含水量23.1%，重度18.2KN

8、m3，孔隙比0.84，液性指數(shù)0.53。粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值Ck=46kPa，內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值φk=13；按公式③計(jì)算（K取3），承載力特征值fak=154kPa。載荷試驗(yàn)取比例界限作為承載力特征值，其平均值=140kPa。比較二者的結(jié)果，公式③計(jì)算值與載荷試驗(yàn)結(jié)果是比較接近的。作為對(duì)公式③適用性的檢驗(yàn)，筆者曾對(duì)不同的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行試算，得出的初步結(jié)論是：該公式對(duì)山前沖洪積平原正常固結(jié)的非飽和土比較適用，其計(jì)算結(jié)果與地方經(jīng)驗(yàn)基本相同或比較接近，