地基承载力的确定

发布于：2022-09-08 13:55:08 来自：建筑结构/地基基础 [复制转发]

1.地基承载力的概念

地基承载力的确定，是一个与地基土的性质、建筑物的特点等多种因素有关的复杂问题。地基承载力的意义是指在建筑物荷载作用下，能够保证地基不发生失稳破坏，同时也不产生建筑物所不容许的沉降时的最大基底压力。因此，地基承载力既要考虑土的强度性质，同时还要考虑不同建筑物对沉降的要求。

现在所用的设计指标是地基承载力的特征值。《建筑地基基础设计规范》（ GB50007）规定，地基承载力的特征值是指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。地基承载力的特征值可由载荷试验或其它原位测试、公式计算并结合工程实践经验等方法综合确定。

2. 载荷试验

在现场通过一定尺寸的载荷板对扰动较少的地基土体直接施荷，所测得的结果能反映1～2倍荷载板宽度的深度以内土体的平均性质。载荷试验比较可靠，虽然费时、耗资，但是对于成分或结构很不均匀的土层，具有其他方法所难以代替的作用。

类型有浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验及螺旋板载荷试验。前者适用于浅层地基，后二者适用于深层地基。载荷试验的优点：压力的影响深度可达1.5~2倍承压板宽度，能较好地反映天然土体的压缩性。其缺点：工作量和费用较大，时间较长。

其他的原位测试方法，如静、动力触探等，可测得一些反映地基土性质的物理量，如标准贯入击数N_63.5，比贯入阻力Ps等，而不能直接得到地基的承载力值。这时需要根据大量的静载荷试验资料，建立这些原位测试指标和地基承载力之间的关系。

载荷试验都是按分级加荷，逐级稳定，直到破坏的试验步骤进行，最后得到P～S曲线。下面介绍怎样利用载荷试验中P-S曲线来确定地基承载力特征值。

对于密实砂土、硬塑粘土等低压缩性土，其P-S曲线通常有比较明显的起始直线段和极限值，即呈急进破坏的“陡降型”，如图所示。

考虑到低压缩性土的承载力特征值一般由强度安全控制，故《建筑地基基础规范》规定取图中的比例界限荷载P₁(Pcr)作为承载力特征值。此时，地基的沉降量很小，为一般建筑所允许，强度安全贮备也足够。但是对于少数呈“脆性”破坏的土，P₁与极限荷载Pu很接近，故当Pu＜2P₁时，取Pu／2作为承载力特征值。（更多资料可关注微信公众号“地基与基础”）

对于有一定强度的中、高压缩性土，如松砂、填土、可塑粘土等，其P-S曲线无明显的转折点，但曲线的斜率随荷载的增加而逐渐增大，最后稳定在某个最大值，即呈渐进破坏的“缓变型”，如图所示。

由于中、高压缩性土的沉降量较大，故其承载力往往受允许沉降量控制，故应当从沉降的观点来考虑。规范总结了很多实测资料，当压板面积为0.25～0.50m²时，规定可取沉降s/b=0.01～0.015所对应的荷载作为承载力特征值，但其值不应大于最大加载量的一半。

对同一土层，应选择三个以上的试验点。如所得的特征值的极差（最大值与最小值之差）不超过其平均值的30％时，取该平均值作为该土层的地基承载力特征值。

3. 地基承载力的修正

当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：

f_a= f_ak+η_bγ(b-3)+η_dγ_m(d-0.5)

式中：

f_a——修正后的地基承载力特征值（kPa）；

f_ak——地基承载力特征值（kPa），按本规范第5.2.3条的原则确定；

η_b、η_d——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表5.2.4取值；

γ——基础底面以下土的重度（kN/m³），地下水位以下取浮重度；

b——基础底面宽度（m），当基础底面宽度小于3m时按3m取值，大于6m时按6m取值；

γ_m——基础底面以上土的加权平均重度（kN/m³），位于地下水位以下的土层取有效重度；

d——基础埋置深度（m），宜自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。

（更多资料可关注微信公众号“地基与基础”）

表承载力修正系数↓

土的类别		η_b	η_d
淤泥和淤泥质土		0	1.0
人工填土 e或I_L大于等于0.85的粘性土		0	1.0
红粘土	含水比_w>0.8 含水比_w≤0.8	0 0.15	1.2 1.4
大面积压实填土	压实系数大于0.95、粘粒含量ρ_c≥10%的粉土	0	1.5
大面积压实填土	最大干密度大于2100kg/m³的级配砂石	0	2.0
粉土	粘粒含量ρ_c≥10%的粉土粘粒含量ρ_c＜10%的粉土	0.3 0.5	1.5 2.0
e及I_L均小于0.85的粘性土粉砂、细砂(不包括很湿与饱和时的稍密状态) 中砂、粗砂、砾砂和碎石土		0.3 2.0 3.0	1.6 3.0 4.4

注：1 强风化和全风化的岩石，可参照所风化成的相应土类取值，其他状态下的岩石不修正；

2 地基承载力特征值按地基规范附录D深层平板载荷试验确定时η_d取0；

3 含水比是指土的天然含水量与液限的比值；

4 大面积压实填土是指填土范围大于两倍基础宽度的填土。

4.理论公式

《建筑地基基础设计规范》（GB50007）规定，当偏心距（e）小于或等于0.033倍基础底面宽度时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可按下式计算，并应满足变形要求：

f_a= M_bγb+M_dγ_md+M_cc_k

式中：

f_a——由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值（kPa）；

M_b、M_d、M_c——承载力系数，按下表确定；

b——基础底面宽度（m），大于6m时按6m取值，对于砂土小于3m时按3m取值；

c_k——基底下一倍短边宽度的深度范围内土的粘聚力标准值（kPa）。

表 ↓承载力系数M_b、M_d、M_c

土的内摩擦角标准值φ_k（°）

M_b

M_d

M_c

0.03

0.06

0.10

0.14

0.18

0.23

0.29

0.36

0.43

0.51

0.61

0.80

1.10

1.40

1.90

2.60

3.40

4.20

5.00

5.80

1.00

1.12

1.25

1.39

1.55

1.73

1.94

2.17

2.43

2.72

3.06

3.44

3.87

4.37

4.93

5.59

6.35

7.21

8.25

9.44

10.84

3.14

3.32

3.51

3.71

3.93

4.17

4.42

4.69

5.00

5.31

5.66

6.04

6.45

6.90

7.40

7.95

8.55

9.22

9.97

10.80

11.73

注：φ_k—基底下一倍短边宽度的深度范围内土的内摩擦角标准值（°）。

5.工程经验

（1）砂土按标推贯入试验锤击数N

我国各地区规范给出了按野外鉴别结果、室内物理、力学指标，或现场动力触探试验锤击数查取地基承载力特征值f_ak的表格，这些表格是将各地区载荷试验资料经回归分析并结合经验编制的。下表给出的是砂土按标推贯入试验锤击数N查取承载力特征值的表格。

表砂土承载力特征值f_ak

N	10	15	30	50
中砂、粗砂	180	250	340	500
粉砂、细砂	140	180	250	340

注：现场试验锤击数应经下式修正：N=μ-1.645σ,式中μ和σ分别为现场锤击数的平均值和标准差。

需要注意的是，表格法中给出的是未经修正的地基承载力特征值f_ak，在设计时，还要将其修正为f_a，具体方法同修正公式。

（2）岩石根据单轴抗压强度

对完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值，也可根据室内饱和单轴抗压强度按下式进行计算：

f_a=ψ_r·f_rk

式中：

f_a——岩石地基承载力特征值(kPa)；

f_rk——岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa），可按地基规范附录J确定；

ψ_r——折减系数。根据岩体完整程度以及结构面的间距、宽度、产状和组合，由地方经验确定。无经验时，对完整岩体可取0.5；对较完整岩体可取0.2～0.5；对较破碎岩体可取0.1～0.2。（更多资料可关注微信公众号“地基与基础”）

注: 1上述折减系数值未考虑施工因素及建筑物使用后风化作用的继续；

　 2对于粘土质岩，在确保施工期及使用期不致遭水浸泡时，也可采用天然湿度的试样，不进行饱和处理。

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