浅谈地基承载力的确定方法

浅谈地基承载力的确定方法

张亚

中冶沈勘秦皇岛工程设计研究总院有限公司河北秦皇岛066000

摘要：在建筑学或土木工程学中,如何确定地基承载力一直是一个比较重要的问题。所谓地基承载力是指单位面积的地基承受荷载的能力它不是一个常数,而是地基变形差、变形的敏感程度,以及荷载特点、基础类型、尺寸、埋深等的函数。地基承载力不仅对地基的类型和埋藏深度有直接影响,更对工程造价和建筑物的稳定性影响很大。在基础设计中,它是重要组成参数。只有准确确定地基承载力,才能选择合适的地基类型和埋深。否则,就会使设计人员的设计方案出现问题,使建筑物出现安全隐患。因此,研究地基承载力确定方法意义重大

关键词：地基；承载力；确定方法；分析

1导言

合理确定地基承载力对于建筑物设计的合理性、安全性、经济性至关重要。多年来工程界对地基基础进行了大量的试验和研究,取得了重大的成果,特别是土质地基,因其承载力低,容易出问题,特别为人所重视,使得基于塑性力学极限平衡原理发展起来的土质地基承载力计算理论相对比较完善。由于岩石能够承受较高的压力和剪力,能承受一定的拉力作用,具有强度高、变形小等特点,且在自然界中广泛存在,因而,它是岩土工程师首选的最优天然地基。但在漫长的地质运动中,由于多期的建造和构造等内外地质应力的复杂作用,现存于地表的岩体具有不连续、非均质和各向异性等固有特性,且受到水、温度、应力场综合影响,岩基强度受控于岩体结构、岩石强度、场地地形、基础旁侧荷载等诸多因素,加上人们对岩体固有特性的传统认识限制了岩质地基承载力理论的发展,致使岩基承载力的确定成为一个非常复杂的课题,研究工作远落后于工程实践。

2确定地基承载力要坚持的原则

地基在荷载作用下就会产生变形,荷载越大,地基变形越大。在确定地基承载力时,要坚持如下的几个原则：一是要保证地基的强度和稳定性；二是必须把建筑物的沉降控制在沉降和沉降差所允许范围之内；三是可以允许地基出现一定的塑性变形,但要控制在基底以下b4/的深度。在确定地基承载力必须坚持这些基本的原则,否则无法科学得出准确的结果,甚至给建筑物形成安全隐患,给住户的生命财产安全构成威胁。

3浅基础极限承载力

极限承载力公式最先由Prandtl提出，后来由Ｒeissner、A．S．KBuisman、Terzaghi等进行了补充。如图1所示，假设基础下三角形土体Ⅰ一直处于弹性状态，当地基达到破坏并出现连续滑动面时，大小与基底粗糙程度有关，滑动体内的径向剪切区Ⅱ的边界为对数螺线，朗肯被动区边界为直线，与水平面夹角为45°－φ/2。

图1极限承载力计算示意图

4地基承载力方法的使用情况

4.1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。

4.2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:fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck。其中，fa为由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值，kPa；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6m时按6m，对于砂土小于3m时按3m；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，kPa。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。

4.3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。

4.4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。

5结论

岩基破坏形式和承载性能受到岩石强度、岩体结构、场地地形、基础旁侧荷载、地应力、基础形状等诸多因素控制。然而人们在研究岩基承载力的过程中、依然没有正视或不能完全反映这些影响因素,在不能正确确定承载力,并对建筑物的稳定性、经济性造成威胁的同时,也产生了一些不良倾向:过分强调岩石单轴抗压强度高的特点,轻视岩石地基极限承载力的确定工作,不仅取值保守,还造成极大浪费，计算岩石地基的承载力理论公式不能反映岩体结构等诸多因素对承载力的综合影响,基本上还是按照计算土质地基极限承载力的理论。建议岩石地基确定工作应该按照岩石地基基础规范的两种实验方法为主要依据,理论计算和数值模拟作为参考。

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