第08章 地基评价.docx
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第08章地基评价
第八章 地基评价
在建筑场地岩土工程勘察资料系统整理和综合分析研究的基础上，结合建筑物上部结构特点和施工条件对建筑地基作出综合评价，为建筑设计提供可靠地工程地质依据。
第一节 地基评价的任务和内容
地基评价的任务主要是：
确定地基类型；选择合适的持力层；评价地基的均匀性、变形特性和地基的承载力。
地基评价的主要内容有：
（1）正确划分地基土的类型
（2）确定地基土（含特殊性质土）的物理力学性质，并研究其均匀性及评价其特殊性（如黄土湿陷性评价）。
（3）针对地基基础类型，确定地基土的承载力
（4）评价地下水位变化情况及其侵蚀性
（5）地基的变形验算
（6）场地地震效应的评价
（7）研究地基土在勘察、施工、工程运营中可能产生的变化，并提出应采取的措施。
第二节岩土参数的分析与选定
一、试验数据统计的准备工作
岩土参数统计应符合下列要求：
1岩土的物理力学指标，应按工程地质单元、区段及层位分别统计。
2对每一统计单元所取得的试验数据逐个进行检查，对某些明显错误或试验方法有问题的数据应抽出复查或将其舍弃。
异常数据的舍弃可采用三位标准差方法或用Grubbs（格拉布斯）准则来判别。
（1）三位标准差法（极限误差法）
大样本时x-3s＞异常值＞x+3s
式中：
x--样本平均值
s--样本标准差，3s称为极限误差
3s/sqrt（2（N-1））样本标准差的标准差，当样本较大时，可近似写成3s/sqrt（2N），其正负号按指标不利值考虑。
（2）Grubbs法
该法适用于小样本，其步骤如下：
第一将样本数据按大小顺序排列成x１，x2，…xn，判断时自两端依次逐个进行。
第二计算待判数据T的统计量Ti：
式中：
xi--待判数据的测定值
x--样本平均值（已判为异常者除外）
s--样本标准差（计算时已判为异常者除外）
第三选定显著性水a，即给定犯第一类错误（判断的是，实际为不是）的概率，一般取a为0.01或0.05。
并按给定的a与样本容量N（已判为异常者除外），查表确定T统计量的临界值Ta.N，见表7—1。
表7—1临界值Ta.N
a
N
0.05
0.01
a
N
0.05
0.01
a
N
0.05
0.01
3
1.15
1.15
14
2.37
2.66
25
2.66
3.01
4
1.46
1.49
15
2.41
2.71
30
2.75
5
1.67
1.75
16
2.44
2.75
35
2.82
6
1.82
1.94
17
2.47
2.79
40
2.87
7
1.94
2.10
18
2.50
2.82
45
2.92
8
2.03
2.22
19
2.53
2.85
50
2.96
9
2.11
2.32
20
2.56
2.88
60
3.03
10
2.18
2.41
21
2.58
2.91
70
3.09
11
2.23
2.48
22
2.60
2.94
80
3.14
12
2.29
2.55
23
2.62
2.96
90
3.18
13
2.33
2.61
24
2.64
2.99
100
3.21
第四比较Ti与Ta.n若Ti≥Ta.N，则作为异常值而舍弃；反之，Ti与Ta.N，则视为正常值而保留。
从两端依顺序逐个判断，直至两端均判为正常值为止。
举例淤泥质粘土层，其孔隙比e的测定值为1.52、1.46、1.61、1.54、1.55、1.49、1.68、1.46、1.83、1.50，试用上述方法检验异常值判断
（1）三倍标准差法
计算平均值和标准差：
计算舍弃界限：
e+3S=1.56+3×0.12=1.92
e-3S=1.56-3×0.12=1.20
上列数据中没有大于0.92和小于1.20的值，故按此标准没有异常值。
计算舍弃界限：
e+3S+3S/sqrt（2（N-1））=1.56+3×0.12+3×0.12/（2（10-1））=2.01
e-3S+3S/sqrt（2（N-1））=1.56-3×0.12+3×0.12/（2（10-1））=1.29
上列数据中没有大于2.01和小于1.29的值，故按此标准没有异常值。
（2）Grubbs法
把数据由大到小排列成序：
序
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
指标e
1.46
1.46
1.49
1.50
1.52
1.54
1.55
1.61
1.68
1.83
先检查e1，为此计算统计量
给定显著者性水平a=0.05,查表7—1得Ta.10=2.18，因
T1=0.83＜Ta.10=2.18，故e1不是异常值
再检验e10,计算统计量T10=（｜1.83-1.56｜）/0.12=2.25，因T10=2.25＞Ta.10=2.18,故e10为异常值，应舍弃。
查检查e9，为此需计算舍去e10后的平均值和标准差，即：
计算统计量T9=（｜1.68-1.53｜）/0.07=2.14，因T9=2.14＞Ta.9=2.11,故e9为异常值应舍弃。
再检验e8，计算舍去e10、e9后的平均值和标准差，即
计算统计量T8=（｜1.61-1.52｜）/0.05=1.80,因T8=1.80＜Ta.8=2.03
故e8不是异常值。
检查至此结束。
3进行差异显著性检验。
每一统计单元中土的物理力学性质指标应基本相近。
试验数值所表现出来的离散性只能是由于土质不均匀或是试验误差等随机因素所造成的。
野外现场鉴别所划分的两层上，由于指标比较接近，经过差异显著性检验（u检验或t检验可参阅《岩土工程勘察数据统计分析》一书），若其平均值间无有显差异时，可作为一个力学层合并一个统计单元。
4编制有关的统计图表。
如土工试验数据分层统计表、各土层原位测试分层统计表等。
二、试验数据平均值的计算
1算术平均值x=Σxi/N
式中xI--各单个试验指标值
N--试验指标的总个数
2加权平均值
在统计计算中，有时由于各数据的精度不同或其它原因，对试验数据各赋有不同的权，这种平均值称加权平均值，按下式计算：
式中xi--各单个试验指标
wi--各指标对应的权值
三、标准差和变异系数
1标准差S
式中符号同上
2变异系数δ
式中符号同上
由表7—2评价岩土参数的变异性
表7—2变异性评价表
变异系数
δ＜0.1
0.1≤δ＜0.2
0.2≤δ＜0.3
0.3≤δ≤0.4
＞0.4
变异性
很低
低
中等
高
很高
四、最少试验数量的确定
1规范方法
《建筑地基基础设计规范》规定，以物理力学等指标确定地基承载力时，参加统计的样本数不得少于6个。
2按概率方法确定
最少数量N可由下式确定：
式中δ—指标的变异系数；
Δr—容许相对误差，Δr=Δ/X；
Δ—容许误差
tp—t分布的系数值，与置信水平和自由度（N-1）有关。
实际应用时可将该式改写成：
先根据给出的δ、Δr值，可算得tp/[KF（]N[KF）]值，再按照置信水平p查表7—6即可得N值。
建议的p、Δr、δ值可由表7—3，表7—4，表7—5查得。
例：
设δ=0.1（砂土中值），Δr=0.1（力学强度），
则
又设P=0.95（二级详勘），查表7—6得N≈6
表7—3建议的置信水平P值
勘察阶段
岩土工程等级
P
初勘
0.90
详勘
一级
0.99
二级
0.95
三级
0.90
表7—4建议的容许相对误差Δr值
指标
物理性质
力学强度
变表性质
Δr
0.10
0.10
0.30
表7—5变异系数δ的经验值
岩土参数
范围值
岩土参数
范围值
内摩擦角中砂土
0.05-0.15
标贯N
0.27-0.85
内摩擦角粘性土
0.12-0.56
无侧限抗压强度qu
0.06-1.0
粘聚力C（不排水）
0.20-0.50
孔隙比e
0.13-0.42
压缩性
0.18-0.73
重度r
0.01-0.10
液限WL
0.02-0.48
粘粒含量
0.09-0.70
塑限WP
0.09-0.29
表7—6tp=Δδ／δ表
N
P
Δr/δ
置信水平
N
P
Δr/δ
置信水平
0.99
0.95
0.90
0.99
0.95
0.90
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
4.512
5.730
2.921
2.059
1.646
1.401
1.237
1.118
1.028
0.955
0.897
0.847
0.805
0.769
0.737
0.708
8.984
2.484
1.591
1.241
1.050
0.925
0.836
0.769
0.715
0.672
0.635
0.604
0.577
0.554
0.533
0.514
4.465
1.686
1.177
0.953
0.823
0.734
0.670
0.620
0.580
0.546
0.518
0.494
0.473
0.455
0.438
0.425
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
40
60
120
0.683
0.660
0.640
0.621
0.604
0.587
0.573
0.559
0.547
0.535
0.524
0.513
0.503
0.428
0.344
0.239
0.479
0.472
0.468
0.455
0.443
0.432
0.422
0.413
0.404
0.396
0.388
0.380
0.373
0.315
0.256
0.180
0.410
0.398
0.387
0.376
0.367
0.358
0.350
0.342
0.335
0.328
0.322
0.316
0.310
0.267
0.216
0.151
五、岩土参数的可靠性估值
1岩土参数的标准值
岩土参数的标准值可按下式计算：
fk=rsfm
式中：
fk岩土参数的标准值
fm岩土参数的平均值
rs统计修正系数，其值为：
式中正负号按不利组合考虑，如C、φ取负号，Cc、a1-2取正号
统计修正系数rs也可按岩土工程问题的重要性和类型、参数的变异性和统计个数，根据经验选用
2岩土参数的设计值：
fd=rfk
式中fd岩土参数的设计值
fk岩土参数的标准值
r岩土参数的分项系数，可参考表7—7选用
表7—7岩土参数的分项系数
项目
岩土系数
分项系数
土工构筑物、挡土墙
粘聚力C
0.67
内摩擦系统tgφ
0.83
基础工程
粘聚力C
0.4-0.5
内摩擦系统tgφ
0.67-0.83
水压
渗透压力或孔隙水压力
1.0-1.2
土体自重
重度r
1.0-1.1
六、土的抗剪强度参数
土的抗剪强度参数C·φ的平均值和标准差，应按最小二乘法统计，直接用试验数据τ—P值，一次统计求出平均值和标准差。
不采用每组剪切试验求C·φ后再分别求这两参数的平均值和标准差方法。
抗剪强度参数，包括内摩擦角平均值，粘聚力平均值、相应的标准差、变异系数、统计修正系数，分别由以下各式计算。
（一）直剪试验
1、C·φ平均值的确定
利用各级压力下抗剪强度τ的平均值，采用最小二乘法原理或作用作图法确定，其最小二乘法公式为：
式中φm—内摩擦角φ的样本平均值；
Cm—内聚力C的样本平均值
n—垂直压力级数
pi—第i级垂直压力
τi—第i级垂直压力下的τ的平均值
2、C·φ可靠性估值的确定
（1）求出各级垂直压力下抗剪强度τ的样本平均值τi
（2）求出各级垂直压力下抗剪强度τ的样本标准差Si；
（3）计算选定的危险概率α下的各级垂直压力的抗剪强度τ的单侧置信区间εiα，并据此确定相应的可靠性估值τi.α（具体计算参见《岩土工程勘察数据统计分析》一书）。
（4）用最小二乘法公式，计算C·φ中的可靠性估值φa,Ca，其公式为：
式中τi·α表示第i级垂直压力下τ的可靠性估值；其它符号同前。
上述确定Cφ平均值和可靠性估值也可采用作图法，即根据τi或τi·α,在直角坐标上按误差三角形绘制抗剪强度线，如图7—1所示，该直线的纵轴截距即为内聚力的平均值Cm，或可靠性估值Ca，而抗剪强度线的斜率tgφ的正切角即为内摩擦角。
图7—1作图法研究c、φ示意图
3Cφ标准值的确定
Cφ标准值是在平均值的基础上进行统计修正求得的，即按下式计算：
φk=Ψφφm
Ck=Ψc.Cm
式中：
ΨφΨc分别为φ和C的统计修正系数，它的确定可直接按下式计算：
式中δφ,δc—分别为φc的变异系数
N—试验组数
上述统计修正，只限于某些类别的土的某种抗剪强度指标，而对有些类别的土的某种抗剪强度指标可不进行修正，而直接用其平均值作为标准值。
如：
粘性土φk=φmCk=Ψc.Cm
粉土当δφ＞δc时：
Ck=Cm,φk=Ψφ.φm
当δφ<δc时：
Ck=Ψm·Cm,φk=φm
砂土φk=Ψφφm
4Cφ标准差计算
式中Sτ—抗剪强度的剩余标准差，即为：
或者
式中各符号意义同前
5CΦ变异系数的确定
δψ=Sψ/ψm
δc=Sc/Cm
式中δψδc—ΦC的变异系数，其余同前
（二）三轴剪切试验
1Cψ平均值的确定
可借助于三轴试验应力园用几何方法导出平均值，如图7—2所示。
公式中的Pi，τi按下式确定：
Pi=（σ1,i+σ3,i）/2（i=1,2…n）
τi=（σ1,i-σ3,I）/2
式中σ1,i—第i级试验剪切破坏时最大主应力；
σ3,i—周围压力
2Cφ标准差的确定
图7—2三轴试验应力圆
第三节 确定地基承载力的原则和方法
正确地确定地基承载力的原则有两条：
1保证地基不发生强度破坏而丧失稳定性。
2保证建筑物不产生影响其安全与正常使用而产生过大的或不均匀的沉降。
关于地基土的变形和强度问题，如何给予一个正确的评价，需要根据特定的建筑物和特定的地基土质条件进行具体的分析确定。
一般地，对于硬塑的粘性土层及密实的砂土层，地基变形较小，其变形影响可忽略，主要是地基土的强度对确定地基承载力起控制作用；对于软的粘性土及淤泥质的粘性土，根据以往的实际建筑经验，发现中、小型建筑物大多无强度破坏的情况，主要是过大的沉降，特别是不均匀沉降造成建筑工程的事故发生。
另外，地基、基础和上部结构是一个共同作用的整体，它们是互相约束、互相影响的。
当然，地基在其中还是起主导作用的，特别是一些软弱地基和条件复杂的地基，地基土的特性是矛盾的主要方面。
同时尚需注意到，当基础和上部结构的整体刚度越大，建筑物差异沉降就越小，地基土的承载力就可以适当地用得高些；对于沉降很敏感的或要求很高的建筑物，则只能用较低的地基承载力。
在相同的地基土上，不同建筑物可以采用不同的承载力；在同一建筑物里，例如多跨工业厂房，对不同荷载要求的柱列线，可以采用不同的承载力设计，可以使各个基础之间的不均匀沉降减低到最小程度。
再者，地基土的特性随着施工方法，加荷特性也会产生变化，在某些人为的条件下，工程运行情况也可以作为评价地基承载力过程中考虑的条件。
总之，确定地基承载力是一项科学严谨、认真对待的大事。
既不能过于保守给值很低而浪费土地资源，也不能过于偏激给值太高，造成建筑物破损，使国家财产和人民生命受到损失和伤害。
确定地基承载力的方法有：
查表法，即根据岩土样的试验数据指标查规范中有关表格。
理论计算法，即用强度理论公式计算确定。
现场原位测试法，即用静力载荷试验、静力触探、旁压试验、动力触探等原位测试手段确定，不同的方法，其适用条件和精确程度是有差别的。
在实际工作中，应结合工程项目的具体情况，尽量采用多种手段综合分析评价，给出切合实际的地基承载力值。
地基承载力包括：
基本值（按有关规定查表所得到的值）；标准值（用查表法所得到的基本值乘以回归修正系数后之数值）；建议值（以标准值为依据结合当地实践经验向设计部门所提供的数值）；设计值（设计部门依据建议值再根据设计规范进一步计算出的数值，设计值是结构设计所用的数值）。
一、按有关规范中的查表方法确定承载力基本值和标准值
1当根据野外鉴别结果确定地基承载力标准值时，应符合表7—8、表7—9的规定。
表7—8岩石承载力标准值（Kpa）
风化程度
强风化
中等风化
微风化
硬质岩石
软质岩石
500—1000
200—500
1500—2500
700—1200
≥4000
1500—2000
注：
①对微风化硬质岩石，如取用大于4000时，应由试验确定。
②对强风化岩石，当与残积土难以区分时按土考虑。
表7—9碎石土承载力标准值（KPa）
密实度
土的名称
稍密
中密
密实
卵石
碎石
园砾
角砾
300—500
250—400
200—300
200—250
500—800
400—700
300—500
250—400
800—1000
700—900
500—700
400—600
注：
①表中数值适用于骨架颗粒空隙全部由中砾、粗砂或硬塑、坚硬状态的粘性土或稍湿的粉土所充填。
②当粗颗粒为中等风化或强风化时，可按其风化程度适当降低承载力；当颗粒间呈半胶结状态时，可适当提高承载力。
2当根据室内物理力学指标平均值确定地基承载力标准值时，应按规定将表7—10表、7—11、7—12、7—13、7—14中的承载力基本值乘以回归修正系数。
①回归修正系数按下式计算
式中：
φf回归修正系数（当φf小于0.7时，应分析过大的原因，如分层是否合理，试验有无差错）
变异系数
n土性指标参加统计的数据数
②当表中并列二个指标时，变异系数应按下式计算：
=1+ξ2
式中1、2分别为第一、第二指标的变异系数
ξ第二指标的折算系数，见有关承载力表的注示。
表7—10粉土承载力基本值（KPa）
第二指标含水量W（%）
第一指标孔隙比e
10
15
20
25
30
35
40
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
410
310
250
200
160
130
390
300
240
190
150
125
（365）
280
225
180
145
120
（270）
215
170
140
115
（265）
（165）
130
110
（125）
105
（100）
注：
①有括号者仅供内插用
②折算系数ξ为0
③在湖、塘、沟、谷与河漫滩地段，新近沉积的粉土，其工程性质一般较差，应根据当地实践经验取值。
表7—11粘性土承载力基本值（KPa）
第二指标液性指数lL
第一指标孔隙比e
0
0.25
0.75
1.00
1.20
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
475
400
325
275
230
200
430
360
295
240
210
180
160
390
325
265
220
190
160
135
（360）
295
240
200
170
135
115
（265）
210
170
135
115
105
170
135
105
注：
①有括号者仅供内插用
②折算系数ξ为0.1
③在湖、塘、沟谷与河漫滩地段新近沉积的粘性土，其工程性能一般较差。
第四纪晚更新世（Q3）及其以前沉积的老粘土，其工程性能通常较好。
这些土均应根据当地实践经验取值。
表7—12沿海地区淤泥和淤泥质土承载力基本值
天然含水量W（%）
36
40
45
50
55
65
75
f0（KPa）
表7—13红粘土承载力基本值（KPa）
土
的
名
称
第一指标含水比
aw=W/WL
第二指标液塑比
Ir=WL/WP
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
红粘土
≤1.7
380
270
210
180
150
140
≥2.3
280
200
160
130
110
100
次生红粘土
250
190
150
130
110
100
注：
①本表仅适用于定义范围内的红粘土
②折算系数ξ为0.4
表7—14素填土承载力基本值（KPa）
压缩模量E1（MPa）
7
5
4
3
2
f0（KPa）
160
135
115
85
65
注：
本表只适用于堆填时间超过10年的粘性土以及超过5年的粉土
3当根据标准贯入试验锤击数N、轻便触探试验锤击数N10用表7—15、7—16、表7—17、表7—18确定地基承载力标准值时，现场试验锤击数应经下式修正：
Nk（或N10k）=Nm-1.645S（取整）
式中Nk（N10k）、Nm贯入击数标准值和平均值
S标准差
表7—15砂土承载力标准值（KPa）
N
土类
10
15
30
50
中、粗砂
180
250
340
500
粉、细砂
140
180
250
340
表7—16粘性土承载力标准值
N
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
fk（KPa）
105
145
190
235
280
325
370
430
515
600
680
表7—17粘性土承载力标准值
N
15
20
25
30
fk（KPa）
105
145
190
230
表7—18素填土承载力标准值
N
10
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