基础工程第三章地基承载力及确定

第3章地基承载力3.1基本概念3.2设计理论3.3地基承载力的确定3.4地基承载力的修正3.1基本概念地基承受荷载的能力。为了满足地基强度和稳定性的要求，设计时必须控制基础底面最大压力不得大于某一界限值，这一界限值称为地基承载力。地基承载力有容许值、特征值、极限值等。1、地基承载力2、地基承载力特征值fa：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。sp~spcrpufasap33、地基承载力特征值fa的特点：1.地基承载力特征值实质就是容许承载力2.按正常使用极限状态原则确定3.以地基的变形作为控制标准4afpKppu/RS0重要性系数分项系数kSS分项系数1）容许承载力理论2）极限承载力理论－安全系数法3）极限承载力理论－分项系数法RkRR/3.2设计理论51)容许承载力理论•承载力：塑性区开展范围：Pcr，P1/4，s/b=0.01-0.02（载荷试验）、计算公式•荷载：标准值（组合）F塑性区容许承载力:确保地基不发生剪切破坏而失稳，同时又保证建筑物的沉降不超过允许值的最大荷载。61)容许承载力理论•在载荷试验中可以由其比例界限确定；•按一定沉降比人为规定，例如s/b0.002•在理论计算中可以由塑性区发展理论中的临塑荷载pcr、p1/4、p1/3确定。•按容许承载力理论确定的承载力，其沉降一般也会满足要求，常常不需进行沉降验算。•在这种设计中，工程的安全性和可靠性是无定量的概念。因而是一种经验的设计方法。•其设计荷载可取为标准值或标准组合。72)极限承载力理论—安全系数法•承载力：极限承载力理论公式、平板载荷试验极限值/安全系数（2~3）•荷载：采用标准值（组合）8在这一理论方法中，其安全程度用单一的安全系数K表示，但这一安全系数反映多大的失事概率是不得而知的。Kppu/•对于地基承载力问题，单一安全系数法的一般表达式为：93)极限承载力理论－分项系数•承载力（抗力）：采用极限承载力标准值除以抗力分项系数•荷载：荷载效应组合的代表值×分项系数kSSRkRR/RS010•基于可靠度理论的分项系数设计方法是一种极限状态设计方法。•由于工程中的荷载和抗力都是随机变量，有多少可能使荷载大于抗力而失事是一个随机事件。•破坏的概率（可能性）决定于两个随机变量的均值（众值，中值及某个分位值）及其分布。3)极限承载力理论－分项系数113.3地基承载力的确定•按土的抗剪强度指标以理论公式计算•载荷试验•按规范提供的承载力表确定（地方规范）•经验方法1）理论公式：pcr、p1/4、p1/3以及极限承载力理论计算公式,如太沙基、普郎德尔、斯肯普特、汉森、魏西克公式等。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：fa=Mbγb+Mdγmd+McckKpfua以p1/4=NB/2+Nqd+Ncc为理论依据1、按土的抗剪强度指标确定2）规范推荐的公式k≥24°时，Mb实际比理论大13fa——由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值；Mb、Md、Mc——承载力系数，按规范GB50007-2002查表确定；b——基础底面宽度，大于6m按6m取值，对于砂土小于3m按3m取值ck——基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值。γ——基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；γm——基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；注意：上式计算结果不再进行宽度和深度的修正。应进行地基变形验算。14承载力系数Mb、Md、Mc表3-1土的内摩擦角标准值ψk(°)MbMdMc024681012141618202224262830323436384000.030.060.100.140.180.230.290.360.430.510.610.801.101.401.902.603.404.205.005.801.001.121.391.551.731.942.172.432.723.063.443.874.374.935.596.357.218.259.4410.843.143.323.513.713.934.174.424.695.005.315.666.046.456.907.407.958.559.229.9710.8011.73注：ψk---基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角标准值.152、载荷试验法载荷试验：包括浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验，浅层平板载荷试验适用于浅层地基，深层平板载荷试验适用于深层地基。1617浅层平板载荷试验载荷板的测试范围：在现场通过0.25～0.50m2的载荷板对扰动较少的地基土体直接施荷，所测得的成果一般能反映相当于1～2倍荷载板宽度的深度以内土体的平均性质。规范要求:对地基基础设计等级为甲级的建筑物采用载荷试验、理论公式计算及其他原位试验等方法综合确定。20•载荷板试验的主要优缺点：•载荷试验可靠性高；•费时、耗资；试验只能反映浅层地基的承载力。图载荷板与实际基础对地基的影响深度比较(a)载荷试验(b)实际基础21确定地基承载力特征值的方法(一)p-s曲线“陡降型”——取值主要由地基强度控制，常出现于低压缩性土（二）p-s曲线“缓变型”——取值主要由地基允许变形控制，常出现于中、高压缩性土akif22(一)p-s曲线“陡降型”取图中的比例界限荷载作为承载力特征值akf对于少数呈“脆性”破坏的土，Pb与极限载荷很接近，当Pu2Pb时，取Pu/2作为承载力特征值。23（二）p-s曲线“缓变型”当压板面积为0.25～0.50m2时，规定取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。akf24同一层土，应选择三个以上试验点，得到则取akakakakakakffffff3.0minmax321akakff253、岩石地基承载力确定方法•按岩基载荷试验方法确定。按GB50007-2002附录H进行。•对完整、较完整、较破碎的岩石地基承载力特征值，可根据室内饱和单轴抗压强度按下式计算：rkraff式中：fa——岩石地基承载力特征值（kPa）；frk——岩石饱和单轴抗压强度标准值（kPa）,按下式计算：26frk=ψ×frmψ=1-(1.704/√n+4.678/n2)δψ、δ、n——分别为统计修正系数、变异系数和统计个数。frm——岩石饱和单轴抗压强度平均值；该值是以每组六个φ50mm*100mm的饱和岩样（对于粘土质岩，在确保施工期及使用期不致遭水浸泡时，可采用天然湿度的式样，不进行饱和处理）以每秒500~800kPa的加载速度加载直至试样破坏，作为一组试样试验值计算其平均值。ψr——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，由地区经验确定。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；该折减系数值未考虑施工因数及建筑物使用后风化作用的继续。27在ψr的确定中，关键的是要确定岩体的完整性，岩体的完整程度划分为完整、较完整、较破碎、破碎和极破碎。可按下表定量划分：完整程度完整较完整较破碎破碎极破碎完整性指数＞0.750.75~0.550.55~0.350.35~0.15＜0.15令完整性指数为ζ，则ζ=(VPY/VPK)2，式中：VPY为岩体纵波波速，VPK为岩块纵波波速。选定岩体、岩块测定波速时应有代表性。当缺乏试验数据时可按GB50007~2002附录A.0.2执行。28静力触探；动力触探；标准贯入试验等当地基基础设计等级为甲级和乙级时，应结合室内试验成果综合分析，不宜单独应用。其他原位测试方法3.4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，从荷载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，尚应按下式修正：)5.0()3(dbffmdbaka（7.9）af——修正后的地基承载力特征值（kPa）；akf——地基承载力特征值（kPa）；30ηb、ηd——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数。按基础下土的类别查表取值。γ——基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；γm——基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；b——基础底面宽度（m），当基宽小于3m时按3m取值，大于6m时按6m取值；d——基础埋置深度（m），一般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，自室内地面标高算起。3132akf和af的区别af——地基承载力特征值：由理论公式法、岩石地基的现场和室内试验法直接取得。akf——未经深宽修正的地基承载力特征值：由土质地基的现场载荷试验和静力触探、动力触探、标准贯入试验等原位测试法取得，经深宽修正后方得到af。33例1：如图所示地质土性和独立基础尺寸，使用承载力公式计算持力层的承载力特征值。若地下水稳定下降1m至1.7m，问承载力特征值有何变化？0.6m1.3mγsal=18.0KN/m3,Ck=1Kpae=1.10,φk=20°34解：由φk=20o,查表得Mb=0.51、Md=3.06、Mc=5.66。持力层地基承载力的特征值为：若地下水稳定下降1—1.7m，则地基承载力特征值增加至：abmckf=Mγb+Mγd+Mc0.511.721.83.0613.01.35.66173.16kpa3mabmck17.20.7(18.01.0)0.6γ13.0KN/m1.3f=Mγb+Mγd+Mc0.5118101.83.0613.01.35.6617.345.715.6664.74Kpa35例2：某柱基，作用在设计处的荷载特征值、基础尺寸、埋置深度及地基条件如图所示，计算修正后的地基承载力特征值。图5-3Q=67KNM=105KN·m褐黄色粉质粘土；γ=19.0KN/m3,e=0.80IL=0.74,fak=200KpaEa1=5600KN/m2淤泥质粘土；γ=17.5KN/m3,ω=45%fak=78Kpa，Ea2=1860KN/m2填土；γ=16KN/m33.0mx3.5m1.5m0.8m3.5mF=1050KN360.740.85,L解：因b=3m,d=2.3m,e=0.800.85,Ibd0.3,1.63m161.5190.817.0KN/m2.3bdm(b3)(d0.5)2000.3(1910)(33)1.617(2.30.5)200048.96249Kpafa=fak+可以查得承载力特征值修正系数：基底以上的土加权平均重度为：持力层承载力特征值修正后为：37例3：某建筑物基础宽度b=3.5m，埋深d=3m.承受上部结构荷载F=2800KN，M=80KN。M。其地基土层的分布如图所示。现在粉质粘土层中取土原状土样进行三轴试验，测得抗剪强度参数如表所示。试确定粉质粘土层的地基承载力。38根据抗剪强度指标的确定方法可得：3940（2）根据条件，可用规范推荐的理论公式来确定地基承载力特征值，由φk=25.470查表用内插法