地基承载力(讲稿).

地基承载力卞昭庆二OO五年八月地基承载力是岩土工程勘察设计中的重要参数，是岩土工程师面临的基本问题。能否正确合理地确定地基承载力是确保建（构）筑物安全稳定的关键，同时也是影响整个建设项目成本的一个重要因素。我们长期习惯从规范中查表确定地基承载力，这是十分简便的方法。但《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002取消了地基承载力表，标志着依靠国家规范查表方法的结束。取消承载力表以后怎么办？？？一、地基承载力的各种名称及其与上部荷载的对应1、地基承载力的定义在保证地基稳定性和建筑物的沉降量不超过容许值的条件下，地基可能承受的最大压力——《建筑岩土工程勘察基本术语标准》JGJ84-922、地基承载力的各种名称▪容许承载力[R]、R.——7-74规范▪地基承载力基本值ƒ0、标准值ƒk、设计值ƒ—7-89规范▪地基承载力特征值ƒak、修正后的地基承载力特征值ƒa——5007-2002规范▪地基极限承载力pu(ƒu)▪地基临界承载力p1/4、p1/3(ƒa、ƒv)▪地基临塑承载力pcr3、地基承载力与上部结构的关系pk≤ƒa(p≤ƒ、p≤R)pkmax≤1.2ƒa(pmax≤1.2ƒ、pmax≤1.2R)pk=(Fk+Gk)/A(p=(F+G)/A)pkmax.min=(Fk+Gk)/A±Mk/W(pmax.min=(F+G)/A±M/W)Gk是基础重+土重，是固定值。Fk和ƒa就有直接对应关系，不同组合的Fk，就有不同的ƒa相对应。4、7-74规范的荷载组合与容许承载力R主要荷载（恒载）—结构自重、土重……附加荷载（活载）—使用荷载（人、物、设备重），风、雪荷载……特殊荷载—地震力、水灾的水压力、部分结构破坏引起的荷载……荷载组合（F）=1×（恒载）+组合系数（1）×（活载）+[特殊载荷]荷载的压力与力矩与构件的强度、抗力用安全系数法（大老K法）R×A/F≥K（K在各类构件在规范中规定，K≥1）基础压力与地基容许承载力采用K=1，R≥p5、7-89规范的荷载组合与地基承载力设计值ƒ按《建筑结构设计统一标准》采用以概率论为基础的极限状态设计方法，取消了以前的安全系数法。以分项系数来表达，分项系数≥1荷载效应×分项系数构件、材料抗力/分项系数规范规定了各类分项系数。永久荷载SG—结构自重、土压力、预应力……可变荷载SQ—楼面活载、屋面荷载、吊车荷载、风雪荷载……偶然荷载—爆炸力、撞击力、（地震作用）……荷载效应标准值SK=SG+荷载效应设计值S=+《建筑结构荷载规范》GB9-87规定：=1.2=1.4一般建筑SG占75%，SQ占25%，平均=1.25。ni1GSiQiSGQni1iQiSGQ荷载效应与构件的强度、抗力作用，设计值对应设计值S=+≤ƒR/γR（ƒR--极限强度）地基与基础也必须遵循这一原则，即基底压力设计值对应地基承载力设计值。以地基极限承载力ƒR/γR为设计值不妥（部分地方标准按此）采取不合理的对应方法。以ƒk（相当原来的容许承载力）为标准值以ƒ（修正后的容许承载力）为设计值设计值标准值ƒ•A≥S=+=1.2+1.4≈1.25（+）ni1iQiSGGSQGGSiQQiSni1GSni1iQiSGSni1QiSi与7-74规范比较，ƒ所对应的荷载增大1.25倍，解决的办法：（1）提高承载力表，粘性土提高5~20kPa,平均13kPa。粉土、红粘土承载力表重编，取高值。其它各表也略有上调。（2）深宽修正的标准埋深由1.5m减至0.5m，多了1m的深度修正，ƒ提高10~20kPa。最小深度修正系数为0.1，最少提高10%。（3）公式计算ƒv，将c、φ值的置信概率由0.95降为0.85ƒ（设计值）大约提高20~25%，接近荷载设计值的1.25倍。20.30.11nnc6、50007-2002规范的荷载组合与地基承载力特征值计算ƒa、ƒak(1)地基承载力特征值的定义指由荷载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。这是取值标准，不是定义。实际就是地基容许承压力（地基临塑承载力）准确定义请见《建筑结构荷载规范》GB50009-2001的条文说明。也可称为标准值。（2）各种情况对应的荷载组合▪地基承载力、单桩承载力对应的荷载效应按正常使用状态下的标准组合。Sk=+++……+—永久荷载标准值—各类可变荷载标准值—组合值系数（1）各项均未乘分项系数对应地基承载力特征值ƒa(深宽修正后)，修正前也叫特征值ƒak。KQS1GKS2cKQS2cnQnKSciQiKSGKS▪地基变形计算，对应荷载效应按正常使用状态下的准永久组合Sk=+++……+—准永久值系数楼面、屋面的为0.1~0.4，多数为0.2风荷载=0准永久组合标准组合为简化计算可以认为两者近似KQS1qnQnKSKQS2GKS1q2qqiqiciqq▪基础结构设计对应荷载效应按承载能力极限状态下的基本组合S=+++……+—永久荷载分项系数1.35—可变荷载分项系数平均1.40基本组合=1.35×标准组合▪挡土墙土压力、斜坡稳定、滑坡推力对应荷载效应为基本组合，但分项系数均为1.0。等于标准组合GKSG2c1QKQS12QKQS2QncnQnKSGQi▪对建（构）筑物的荷载应有个粗略概念，分清基本组合与标准组合。如：民用建筑。当整体基础时，每一层荷载传至基底压力约为15~18kPa。储煤筒仓：储煤量（kN）×2=筒仓全荷载。7、小结▪50007—2002规范地基承载力特征值ƒa(深宽修正后）及ƒak与7—74规范的地基容许承载力R(深宽修正后）及[R]，对应的都是标准组合，两者在数值上是接近的。▪50007—2002规范地基承载力特征值ƒa(深宽修正后）及ƒak与7—89规范的地基承载力设计值ƒ及标准值ƒk对应的荷载不同。相应ƒa.ƒakƒ.ƒk二、地基承载力特征值的确定地基承载力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。三、公式计算地基承载力1、地基土的变形性状oa段：直线段（线性变形段）压密阶段（拟弹性段）最大值pcr，拐点p0，临塑荷载ab段：曲线段局部剪切段（塑性段）地基边缘出现塑性变形区允许塑性变形区为基础宽度的1/4（p1/4均布荷载）或1/3（p1/3偏心荷载）临界荷载bc段：近似竖向直线段滑动破坏阶段地基极限承载力pu极限荷载2、地基承载力计算（1）临塑承载力pcr=Mdd+McckMd、Mc见5007-2002表5.2.5（2）临界承载力p1/4=ƒa=Mbb+Mdd+McckMb、Md、Mc见5007-2002表5.2.5Mb值当30°时有调整条件：偏心距e≤0.033b，满足变形要求。p1/3规范未推荐，指偏心距e0.033b时，公式同上，Mb增大Mb=mm2cot3（3）极限承载力：多种公式、规范推荐pu=承载力系数基础形状修正系数见《高层建筑岩土工程勘察规范》JGJ72-2004附录Aƒa=K=2~3kccqqcNdNbN021cqNNN,,cq,,Kpu（4）对抗剪强度c、φ的讨论50007—2002规定，室内试验应选用三轴压缩试验的UU法，预压固结的地基采用CU，（非强制性条文）。有的UU试验先用有效自重压力预固结，更为合理。按规范规定的计算程序，结果不令人满意，特别在非饱和粘性土中ƒa过大。▪直剪可以用吗？根据50年工程实践经验，完全可以用于非饱和粘性土及粉土。一些地方标准仍列入直剪法。对软土（饱和、软塑）土应采用三轴。但上海经验软土也用直剪。▪三轴在软土中φ值应较低，一般φ5°，φ值高表示取样或试验有问题。取值tgφ÷（1.2~1.25），c÷(1.5~1.8），先统计后打折。▪直剪在非饱和土中，c、φ都打0.7折（0.7~1折）。▪直剪一般采用固结快剪。在直剪成果中，同一层土常出现φ大c小，或φ小c大，统计时离散很大，但原始实验数据τ值则相差不大。由于个别τ点过大或过小，出现上述情况，建议采用p-τ统计法，将同一土层的所有τ值。按照4个p分别统计求出τki=ψτmi，再从4个p.τki用最小二乘法求出φk.ck，最后打0.7折。▪软土还可以采用无侧限抗压强度qu计算fa=γd+1.5qu(qu=2cuMc=3.14)四、原位测试确定地基承载力1、载荷试验最权威的地基承载力测定法，适用于各类土层，应大力提倡。▪在卵石、风化岩等承载力很高的地层中，承压板可以采用1000cm2▪深层荷载试验，适用于深部无水（少水）地层，为减少挖土量，应留外侧土h≥80cm，不能进行深度修正。▪螺旋板载荷试验，适用于深部饱和地层，权威性低于平板载荷试验。2、预压式旁压试验▪适用土层：一般粘性土、粉土、砂土、残积土、风化岩、软质岩石。其中饱和土钻孔需泥浆护壁，风化岩、软岩需用高压旁压仪。▪取值方法临塑压力法ƒak=λ（pf-p0）λ—临塑修正系数，按地区经验取值（0.7~0.9）极限压力法ƒak=ƒu=pL-p0K=2~4:粘性土K=2.0~2.4粉土K=2.3~3.3砂土K=2.7~4.0Kfu▪主要是成孔质量，凡不能保持孔径的土层，都不适用（如卵石、软土）。▪需特别注意操作。▪《高层建筑岩土工程勘察规范》JGJ72-2004对旁压试验做了大量对比工作。在上海、北京、西安各地对比了278组资料，证实其可靠性很高，据上世纪80年代全国大量资料证实也相当可靠。应大力提倡发展。3、标准贯入试验（1）最适宜的是砂土，承载力表见7－89规范，有一定权威性注意：N值需要杆长修正，N=αN’N土类10153050中、粗砂180250340500细、粉砂140180250340钻杆长度（m)≤36912151821α1.000.920.860.810.770.730.70（2）花岗岩残积土，深圳的大量经验，承载力表见《深圳地区建筑地基基础设计规范》注：①（）供内插②N值是杆长修正后（3）对粘性土不太适宜，（除地区规范有规定者外），7－89规范的附表可靠性不足。▪粘性土中砂粒、粉土粒含量直接影响N值，而与承载力相关不密。▪7－89、7－74规范的粘性土承载力与N的表变化很大，表示不成熟，摆动。（4）用N求粉土承载力是有发展的，结合液化判别，用粘粒含量来修正N。（5）操作必须标准化，保证孔底不涌砂。N4～010～1515～2020～30砾质粘性土（100）～250250～300300～350350～（400）砂质粘性土（80）～200200～250250～300300～（350）粘性土150～200200～240240～（270）4、圆锥动力触探（1）超重型动力触探（锤重120kg，落距100cm，贯入10cm的锤击数，N120)。最适用于卵石、砾石。综合7－89规范和《岩土工程勘察规范》50021－2001。注：①N120是杆长修正后（修正表见《岩土工程勘察规范》50021－2001附录B）②粗颗粒为中风化、强风化时，可按风化程度降低承载力。N120土名3～66～1111～14卵石300～500500～800800～1000碎石250～400400～700700～900圆砾200～300300～500500～700角砾200～250250～400400～600（2）重型动力触探（锤重63.5kg，落距76cm，贯入10cm的锤击数，N63.5)。最适用于松散～稍密的卵石、砾石。《工民建地质勘察规范》TJ21-77。也适用于中、粗、砾砂（TJ21-77）N63.5是杆长修正后（修正表见TJ21-77附录三）不适用于粘性土N63.5345681012ƒak140170200240320400480N63.53456810ƒak120150200240（200）320（300）400（380）（3）轻型动力触探（锤重10kg，落距50cm，贯入30cm的锤击数，N10)。适用于浅部的粘性土、粘性素填