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地基承载力特征值计算梳理


1   地基承载力特征值的概念

关于地基承载力的概念,应当从地基土和结构两个方面来认识。


“地基承受荷载的能力称为地基的承载力。通常区分为两种承载力,一种称为极限承载力,它是指地基即将丧失稳定性时的承载力。另一种称为容许承载力,它是指地基稳定有足够的安全度并且变形控制在建筑物容许范围内时的承载力”。地基极限承载力不仅与地基土的性质有关,还与基础的形式、形状、埋置深度、宽度等有关。“而容许承载力则还与建筑物的结构特性等因素有关”。


基础构建必须既要保证基底压力处于安全的应力水平,又要将沉降控制在容许的范围内。

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2   地基承载力特征值与地基设计的关系

基本建设程序是“先勘察、后设计、再施工”。勘察单位的工作成果是岩土工程勘察报告(以前是工程地质勘察报告)。设计单位依照勘察报告进行地基基础设计。勘察报告的地基评价内容包括地基承载力,这是设计人员最为关心的。


以天然地基上的浅基础为例,得到勘察报告当中的地基承载力建议值,经过计算就能得出深宽修正后的地基承载力fa值,据此就可以设计基础尺寸并展开基础设计的后续工作。


在这一设计流程当中,存在着某些不正确的倾向,有的设计人员认为勘察报告建议值可以放心大胆采用,反正出了问题是勘察单位负责。


对于勘察报告给出的包括地基承载力建议值在内的岩土设计参数,应当加以正确理解与使用,需要有一个再分析的过程,这个过程其实也是地基设计的一个过程。可以看出,前述的设计流程看似顺理成章,其实不然,主要的问题就在于容易忽视重要环节——地基设计。


地基评价和地基计算都属于地基设计的范畴。正如工程勘察大师顾宝和先生所指出的“地基承载力的建议值目前虽然一般由勘察报告提出,但不同于岩土特性指标,本质是地基基础的设计。”


3   fa计算方法的梳理

地基承载力fa(地基容许承载力)的计算方法主要计算方法有三类:一是经深宽修正计算得到fa的方法,这是最广为熟知的;再者是根据抗剪强度指标计算得出fa的方法;三是由地基极限承载力除以安全系数得到fa的方法。


3.1  fa的计算方法之一

从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值fak,当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时,尚应依据各地区地基基础规范进行深宽修正,无地区规范的可按下式修正:

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  (1)

式中fa为修正后的地基承载力特征值,其工程含义即容许值。


式(1)即为《建筑地基基础设计规范》(简称地基规范)式(5.2.4),所以基础宽度和埋深的地基承载力修正系数ηb,ηd(通常简称为深宽修正系数)根据基底下土的类别按地基规范查表5.2.4取值。


3.2  fa的计算方法之二

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fa可按下式计算,并应满足变形要求:

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  (2)

式中:Mb,Md,Mc为承载力系数,按地基规范表5.2.5确定;ck可取基底下一倍基础短边宽深度内土的粘聚力标准值。


3.3  fa的计算方法之三

地基承载力特征值(容许值)fa可按下式计算:

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(3)

式中:fu为地基承载力极限值;K为安全系数。


根据工况条件和地层土质,地基极限承载力fu的计算公式,可以采用Vesic公式或Hansen公式。根据建筑安全等级和土性参数的可靠性确定安全系数K的取值,一般在2~3之间选取,对于砂类土,一般取K=3。


由前面关于地基承载力概念的讨论可知,地基承载力与地基变形是对立统一的,因此在计算分析承载力的同时尚应进行地基变形的计算分析。


对于地基基础的勘察、设计,应尽可能减少人为割裂,勘察与设计人员应当更加密切地配合。地基评价和地基计算都属于地基设计的范畴。正确把握地基承载力特征值的设计取值,需要采用不同的计算方法,并结合工程判断,同时需要注意地基变形特征和地基变形(特别是差异沉降)的计算分析。


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