淺談地基承載力特征值確定的幾個途徑
【摘要】地基承載力特征值表示的是正常使用極限狀態計算時采用的地基承載力和單樁承載力的值。在確定地基承載力時，除應保證地基的強度和穩定性外，還應保證建筑物的沉降量和不均勻沉降。這方面的影響因素極多，有地基土的特性、外荷載的、基礎的形式、埋深及地下水等，都對承載力大小有直接影響。地基承載力直接影響到建筑物的安全和使用。本文就是基于安全和使用的考慮就確定地基承載力的途徑進行了分析和探討。
【關鍵詞】地基承載力特征值 確定 應用
地基承載力特征值是指由荷載試驗測定的地基土壓力變形曲線線性變形段內規定的變形所對應的壓力值，其最大值為比例界限值。但對于大多數的工程來講，不可能都有足夠資金進行載荷試驗來確定地基承載力特征值，而且對于下臥層承載力的確定采用載荷試驗更加困難。因此按照變形控制的思想，提出一種切實可行的辦法來計算地基承載力特征值成為一種需要。
一、地基承載力的基本含義
所謂的地基承載力就是指地基所能承受荷載的能力。在不同的狀態下，地基具有不同的承載力，如極限承載力、臨塑承載力等。在設計建筑物基礎時，為了保證建筑物的安全和正常使用，即保證地基穩定性不受破壞，而且具有一定的安全度，同時還要滿足建筑物的變形要求（即正常使用范圍），常蔣基底壓力限制在某一允許的范圍之內，該容許值即地基的允許承載力，經常以（p）表示?！督ㄖ鼗A設計規范》（GBTJ—89）用承載力標準值取代了習慣用的容許承載力（p），而現行的《建筑地基基礎設計規范》（GB5007—2002）采用地基承載力特征值fak表示，正常使用極限狀態計算時的地基承載力，其涵義是發揮正常使用功能時所允許采用的抗拉設計值。影響地基承載力特征值的因素較多，它不僅與地基的形成條件和性質有關，而且與基礎的結構類型、載荷大小及施工深度等因素有密切關系。與鋼、混凝土、砌體等材料相比，土屬于大變形材料，當荷載增加時，隨著地基變形的相應增長，地基承載力也在逐漸加載，很難界定出下一個真正的“極限值”，而根據現有的理論及經驗的承載力計算公式，可以得出不同的值。因此，地基極限承載力的確定，實際上沒有一個通用的界定標準，也沒有適用于一切土類的計算公式，主要依賴根據工程經驗所定下的界限和相應的安全系數加以調整，來考慮一個滿足工程要求的地基承載力值。它不僅與土質、土層埋藏順序有關，而且與基礎基底面的形狀、大小、埋深、上部
結構對變形的適應程度、地下水位的升降、地區經驗的差別等等有關，不能作為土類工程特性指標。另一方面，建筑物的正常使用應滿足其功能要求，常常是承載力還有潛力可挖，而變形已達到可超過正常使用的極限值，也就是變表控制了承載力。因此，根據傳統習慣，地基設計所用的承載力，通常是在保證地基穩定的前提下，使建筑物的變形不超過其允許值的地基承載力，即允諾承載力，其安全系數已經包括在內。無論對于天熱地基或是樁基礎的設計，原則均是如此。隨著《建筑結構設計統一標準》（GBJ 68—84）施行，要求抗力計算按承載能力極限狀態，采用相當于極限值的“標準值”，并將過去的總安全系數一分為二，由荷載分項系數和抗力分項系數分擔，這給傳統上根據經驗積累，采用允許值的地基設計帶來了困擾。《建筑地基基礎設計規范》（GBTJ—89）以承載力的允許值作為標準值，以深寬修正后的承載力值作為設計值，引起的問題是，抗力的設計值大于標準值，與《建筑可靠度設計統一標準》（GB50068—2001）規定不符，因此，本次規范進行了修訂。
二、確定地基承載力的途徑
地基承載力的確定目前常用的方法有理論計算、現場原位測試以及承載力經驗數據表等三
大類方法。1、理論計算的確定。理論計算公式中，一類是根莖土體極限平衡條件推導的臨塑荷載和荷載計算公式，另一類是根據圖的鋼塑性假定推導的極限承載公式。（1）按塑性開展深度確定，適軟弱地基可以采用臨塑荷載計算公式：pcr=nc.d（值偏于保守）。（2）臨界荷載計算公式：b/d+Nc.C；b/d+Nc.C；b+Md.r0.d+Mc.Ck?！督ㄖ鼗A設計規范》（GB5007—2002）建議當偏心距e≤0.0333b時，可以根據土的抗剪強度由fa3確定地基承載力特征值。（3）按極限承載力確定：fa=pu/k；pu—地基極限荷載，單位kpa；k--安全系數，一般取2—3；fa—地基承載力特征值。2、現場原位試驗確定。（1）標準貫入試驗確定，根據輕型動力融探（N10），重型動力觸探（N63.5），超重型動力觸探（N120），利用一定的錘擊動能，將一定規格的圓錐探頭打入土中，依據貫入擊數，經過桿長修正值，確定地基土的承載力。（2）靜力觸探試驗確定，地基土的靜力觸探試驗所測得的數據，可以做出厚層（z）—貫入阻力(ps)曲線，按照此曲線確定地基承載力。其它原位試驗資料確定，現場原位試驗除標貫、靜力觸探 、還有荷載試驗、十字板剪切試驗、旁壓試驗等。3、通過查承載力經驗數據表確定。由室內土工試驗得出的數據歸納出層的物理力學性質指標的平均值，查承載力的表確定地基的承載力的基本值f0或標準值fk，經過折減后作為地基承載力特征值。
如果有當地的規范可以直接查處廠子里特征值。我國地域遼闊，地質條件復雜，各地的巖土工程性質差異很大，對當地的土巖層分布和物理性質，如果累積了較為豐富的工程經驗，可以由經驗值確定。
三、地基承載力方法的確定原則
地基承載力直接影響建筑物的安全和正常使用，因而在選擇確定承載力方法時，應該本著準確而又合理地方法綜合確定，做到既安全合理可靠、又經濟合理。
四、地基特征值的應用
用作抗力指標的代表值有標準值和特征值。當確定巖土抗剪強度和巖石單軸抗壓強度指標時用標準值；由荷載試驗確定承載力時取特征值，荷載試驗包括深層、淺層、巖基、單樁、錨桿等，詳見有關規范附錄。地基承載力特征值fak是由荷載試驗直接測定或由其與原位試驗相關聯系間接確定和由此而累積的經驗值。它相當于荷載試驗時地基土壓力—變形曲線上線性變形段內某一規定變形所對應的壓力值，其最大值不應超過該壓力—變形曲線上的比例界限值。修正后的地基承載力特征值fa是考慮了影響承載力的各項因素后，最終
采取的相應于正常使用極限狀態下的設計值的地基允許承載力。單樁承載力特征值Ra是由荷載試驗直接測定或由其與原位試驗相關關系間接推定和由此而累積的經驗值。它相當于正常使用極限狀態下允許采用單樁承載力設計值。當按地基承載力計算以確定基礎底面積和埋深或按單樁承載力確定樁的數量時，傳至基礎或承臺底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態采用標準組合，相應的抗力限值采用修正后的地基承載力特征值或單樁承載力特征值。此時的特征值即為正常使用極限狀態下的抗力設計值。當根據材料性質確定基礎或樁臺的高度、支擋結構截面、計算基礎或支擋結構內力、確定配筋和驗算材料強度時，上部結構傳來的荷載效應和相應的基底板應按承載能力極限狀態下荷載效應的基本組合，即r0s≤R計算，此時地基反力、樁頂下反力、主動土壓力等相應為荷載設計值，要采用相應的分項系數。因此閱讀地質報告時，若為“特征值”則為允許值，安全系數已包括在內；若為“標準值”則為極限值，應考慮相應的抗力分項系數。
注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。
