地基承載力特征值計算公式探討[1]

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算公式探討地基承載力特征值計算公式探討賈文華1【摘要】在現(xiàn)有的理論計算公式基礎(chǔ)上，結(jié)合我國現(xiàn)行的建筑勘察設(shè)計體制，推導(dǎo)出適用于巖土工程師的承載力計算公式，在基礎(chǔ)寬度和埋置深度未定情況下，直接計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計算公式適用條件1概述概述在巖土工程勘察中，確定地基土承載力是一個核心問題，也是勘察專業(yè)必須向結(jié)構(gòu)設(shè)計提供的重要設(shè)計

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：載荷試驗或其他原位測試、理論公式計算、工程實踐經(jīng)驗。其中載荷試驗最直接準確，對地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級的建筑是要求必須做的試驗項目，而對于其他大量勘察對象，由于試驗條件以及工期費用等因素，還不能普遍采用。另一方面，在新頒布的國標《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB50007－20

3、02）中，取消了與土的物理性質(zhì)指標相對應(yīng)的承載力表，這就使得理論計算這一傳統(tǒng)方法重新引起人們的重視。但是，在具體工程應(yīng)用時，巖土工程師注意到，現(xiàn)有的計算公式中存在若干不確定性，一些參數(shù)難以準確取值，計算結(jié)果可信度不高。本文試圖就這個問題進行探討，尋求適用于巖土工程師的理論計算公式。2計算公式推演計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)計規(guī)范》和《高層建筑巖土勘察規(guī)程》推薦的計算公式；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計算公式：fak=1K［0.3535NrγNcCk］…③公式③即為地基承載力特征值fak計算公式，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準值為10、20、30、40、50、60kPa時的承載力特征值。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)驗確定，取值范圍2～3。3公式的分析及對比公式的分析及對比在③式構(gòu)成中，Nr、Nc二項系數(shù)為內(nèi)摩擦角φk的函數(shù)，在φkNr，超過34則NrNc。對于一般粉土和粘性土層而言，φk34極為罕見。所以，正常情況下這兩項系數(shù)的對應(yīng)關(guān)系應(yīng)是NcNr。對典型的粉土和粉質(zhì)粘土，二者的關(guān)系大致為Nc=2～4Nr。由此可見，在公式③中，第二項的貢獻要比第一項大的多。另一方面，粘聚力標準值Ck與Nc互為倍數(shù)，但Ck的絕對值較大

7、，從這個意義上講，抗剪強度指標φk、Ck兩個參數(shù)值的大小，對計算結(jié)果影響非常大，這就要求剪切試驗結(jié)果準確可靠；對一般的土層，若出現(xiàn)φk30或Ck60kPa的異常情況，則計算出的承載力特征值就會出現(xiàn)失真。以石家莊市某商城地基土為例進行試算，該場地第②層黃土狀粉質(zhì)粘土中進行了一組載荷試驗，試驗前，在試坑的底部和兩側(cè)共采取9件Ⅰ級土樣，進行常規(guī)試驗和三軸剪切試驗（不固結(jié)不排水剪），主要試驗指標平均值如下：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。粘聚力標準值Ck=46kPa，內(nèi)摩擦角標準值φk=13；按公式③計算（K取3），承載力特征值fak=154kPa。載荷試驗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計算值與載荷試驗結(jié)果是比較接近的。作為對公式③適用性的檢驗，筆者曾對不同的抗剪強度指標進行試算，得出的初步結(jié)論是：該公式對山前沖洪積平原正常固結(jié)的非飽和土比較適用，其計算結(jié)果與地方經(jīng)驗基本相同或比較接近，