地基容许承载力与承载力特征值.docx
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地基容许承载力与承载力特征值
地基容许承载力与承载力特征值
所有建筑物和土工建筑物地基基础设计时，均应满足地基承载力和变形的要求，对经常受水平荷载作用的咼层建筑咼耸结构、咼路堤和挡土墙以及建造在斜坡上或边坡附近的建筑物，尚应验算地基稳定性。
通常地基计算时，首先应限制基底压力小于等于地基容许承载力或地基承载力特征值（设计值），以便确
定基础的埋置深度和底面尺寸，然后验算地基变形，必要时验算地基稳定性。
地基容许承载力是指地基稳定有足够安全度的承载能力，也即地基极限承载力除以一安全系数，此即定值法确定的地基承载力；同时必须验算地基变形不超过允许变形值。
地基承载力特征值是指地基稳定有保证可靠度的承载能力，它作为随机变量是以概率理论为基础的，分项系数表达的极限状态设计法确定的地基承载力；同时也要验算地基变形不超过允许变形值。
因此，地基容许承载力
或地基承载力特征值的定义是在保证地基稳定的条件下，使建筑物基础沉降的计算值不超过允许值的地基承载力。
地基容许承载力：
定值设计方法
承载力特征值：
极限状态设计法
按定值设计方法计算时，基底压力P不得超过修正后的地基容许承载力•按极限状态设计法计算时，基底压力P不得超过修正后的承载力特征值。
理论公式确定地基承载力均为修正后的地基容许承载力和承载力特征
值•
原位法和规范法确定地基承载力未包含基础埋深和宽度两个因素理论公式法确定地基承载力特征值在国标《建筑地基基础设计规范》GB50007）中采用地基临塑荷载P14的修正公式：
九之理沁测b
b:
大于6m,按6m考虑，对于砂土小于3m,按3m考虑
基本承载力与承载力特征值勤有什么关系■许多公式中出现承载力特征值而未出现
基本承载力，基本承载力主要用来衡量什么的？
承载力基本值与承载力的标准值，是一对，属于89规范中的术语，指按土试指标或测试指标确定的承载力值，叫承载力基本值，经过统计修正以后就叫承载力标准值了。
不过这套名词对于岩土工程界来说，非常不适合，不象结构专业中研究的工程材料一样，可以确定其标准值，地质体的标准值是很难确定，或者说是根本就不存在了。
从这个角度来看，承载力标准值的说法，应该是前一版规范中的一个最大错误了。
现行的2001版规范中就修正了这个错误，改称为承载力特征值，即表述地质体一个特征状态的数值，并不具有严格的数学含义，与77规范中的容许（允许）承载力是基本一致的，等于是现行规范又回到了过去的77规范体系中来了。
1.天然地基的承载力标准值，按下列方法和步骤分别予以确定：
1由静载试验得出的地基承载力基本值，经数理统计后可作为地基承载力的标准值采用。
2由土的抗剪强度指标的标准值©k和ck,经过式的计算，所得结果即为地基承载力标准值；
3按查表法确定地基承载力标准值（适用于一般多层建筑）
4由现场抗剪强度试验确定地基承载力标准值。
2.地基承载力的使用
对于一级建筑物，地基承载力的标准值应按第一、二款或第一、二、四款综
合确定。
对于一级建筑物的初步设计和二级建筑物的施工图设计，可由第二款，结合
共它几种方法综合取值。
一般多层建筑可由第三款查表法选定。
浅谈地基承载力特征值的确定
地基承载力直接影响建筑物的安全和正常使用。
因而在选用确定承载力方法时，应本着准确而又合理的方法综合确定，做到即安全可靠，有经济合理。
关键词：
地基承载力；特征值；确定
1概述。
建筑物因地基问题引起的破坏主要有两种：
一由于建筑物荷载过大，超过了持力层所能承受的能力，而使地基产生滑动破坏；二是由于外荷载作用产生的压缩变形，引起基础过大的沉降量或沉降差，使上部结构倾斜、开裂毁坏。
因此，在确定地基承载力时，除应保证地记得强度和稳定性，还应保证建筑物的沉降量和不均匀沉降。
其确定复杂，影响因素极多，如地基土的特性，外荷载，基础的形式，埋深以及地下水等都将影响承载力的大小。
2地基承载力的概念。
所谓的地基承载力就是指地基所能承受荷载的能力。
在不同的状态下，地基具有不同的承载力，如极限承载力，临塑承载力等。
在设计建筑物基础时，为了保证建筑物的安全和正常使用，既保证地基稳定性不受破坏，而且具有一定的安全度，同时还应满足建筑物的变形要求（即正常使用状态），常将基底压力限制在某一允许的范围之内，该容许值即地记的容许承载力，常以［P］表示。
《建筑地基基础设计规范》（GBTJ-89用承载力标准值取代了习惯用的容许承载力［P］，而现行的《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002采用地基
承载力特征值fak表示，正常使用极限状态计算时的地基承载力，其涵义是发挥正常使用功能时所允许采用的抗拉设计值。
影响地基承载力特征值的因素较多，它不仅与地基的形成条件和性质有关，而且与基础的结构类型、荷载大小及施工深度等因素密切相关。
3确定地基承载力的方法。
地基承载力的确定目前常用的方法有理论计算，现场原位测试以及承载力经验数据表等三大类方法。
3.1理论计算确定。
理论计算公式中，一类是根茎土体极限平衡条件推导的临塑荷载和荷载计算公式；另一类是根据土的刚塑性假定推到的极限承载力公式。
3.1.1按塑性开展深度确定，适软弱地基可采用临塑荷载计算公式：
Pcr=Nc-C+Nq・值偏于保守）。
3.1.2临界
荷载计算公式
fa1=N-y3+NId•-丫・d+Nc-C;fa24+Nq•丫丫••bd+Nc•C;fa3=Mb•丫•b+Mc•《建0-d+Mc-Ck筑地基基础设计规范》（GB5007-2002建议当偏心距e<0.03331时，可根据土的
抗剪强度由fa3确定地基承载力特征值。
3.1.3按极限承载力确定：
fa=PU/KP地基极限荷载，单位kpa；K――安全系数，一般取2〜3;fa――地基承载力特征值；3.2现场原位试验确定。
3.2.1标准贯入试验确定；根据轻型动力触探（N10）,重型动力触探（N63.5）,超重型动力触探（N120）,利用一定的锤击动能，将一定规格的圆锥探头打入土中，依据贯入击数，经过杆长修正值，确定地基土的承载力。
3.2.2静力触探试验确定；地基土的静力触探试验所测得的数据，可作出Z（层
厚）――Ps贯入阻力）曲线，按此曲线确定地基承载力。
3.2.3其他原位试验资料确定；现场原位试验除标贯、静力触探、还有载荷试验、十字板剪切试验、旁压试
验等。
3.3查承载力经验数据表确定。
由室内土工试验得出的数据，归纳出层的物理力学性质指标的平均值，查承载力的表确定地基的承载力的基本值fO或标
准值fk,经折减后作为地基承载力特征值。
若有当地的规范可直接查出承载力特征值。
3.4由经验确定。
我国地域辽阔地质条件复杂，各地的岩土工程性质差异很大。
对当地的土（岩）层分布和物理性质，若积累了较为丰富的工程经验，可由经验值确定。
4地基承载力方法的确定原则。
地基承载力直接影响建筑物的安全和正常使用。
因而在选用确定承载力方法时，应本着准确而又合理的方法综合确定，做到即安全可靠，有经济合理。
第五节天然地基的容许承载力
天然地基的容许承载力是天然地基所能承受建筑物基础作用在地基单位面
积上容许的最大压力。
在这个压力下，地基的强度和变形都满足设计的要求，建筑物安全和正常使用不会受到不利的影响。
确定地基的容许承载的基本要素是：
（1）地基土性质；
（2）地基土生成条件；（3）建筑物的结构特征。
一、按限制塑性变形区的范围来确定地基的容许承载力
根据建筑物的结构及使用性质，分别将临塑荷载Per和临界荷载P1/3、P1/4作为初步确定的地基的容许承载力［R］。
对于框架结构
團二Ar
（8-26）
对于砖墙民用建筑
中心受压基础囲二戸
（8-27）
偏心受压基础囲二巴
（8-28）
、根据极限承载力确定地基容许承载力
极限承载力是地基土体所能承受的最大荷载。
在进行地基设计时，必须保证基底压力不超过地基的极限承载力，并且有足够的安全度，以防止地基破坏。
因此，必须将极限承载力除以一定的安全系数Fs,才能作为地基的容许承载力，即
卩］=乎（8冋
式中：
Fs—安全系数，它与地质条件、地基勘察详细程度、抗剪强度试验方法及指标选用、建筑物种类及特征、设计荷载组合情况、建筑物的破坏所带来的危害性等许多因素有关。
三、按地基规范承载力表确定地基容许承载力
根据地基土的物理力学指标，或原位测试试验的结果，按《建筑地基基础设计规范》（GBJj89）确定地基承载力。
由规范中的表格所查得的一般为地基承载力基本值f0或标准值fk。
如表8-
3、表8—4、表8—5、表8—6表8—7、表8—8、表8—9、表8—10、表8—11和表8-12。
基本值乘以反应土工试验离散性的修正指标回归修正系数后，就成为标准值，具体方法参见有关规范。
中华人民共和国国家标准，建筑地基基础设计规范（GBJ7-89），中国建筑工业
出版社，1989
经过查表及修正后的承载力标准值fk是指基础宽度小于3m埋置深度等于
0.5m时的承载力。
承载力的设计值f是由宽度和深度修正后得到。
宽度和深度的修正公式为：
"加讪卩吗切肌AH（8-30）
式中：
f――地基承载力设计值；fk――地基承载力标准值；
Y1――基底以下土的天然容重，地下水位以下用浮容重；
丫o――基底以上土的加权平均容重，地下水位以下取浮容重。
B――基础宽度（m，当宽度小于3m时按3m计，大于6m时按6m计；D基础埋置深度；
nb,nd——相应于基础宽度和埋置深度的承载力修正系数，按表8—13查
用。
可以认为，承载力的设计值就是地基容许承载力的初值。
按f设计基础，经
过地基变形验算若满足要求，它就是地基的容许承载力。
四、原位试验求地基的容许承载力
在饱和软粘土和砂、砾等粗粒土中，取原状土样困难。
为避免取原状土样，地基容许承载力的另一种确定方法就是用原位试验。
主要方法有下列几种：
（一）载荷试验
通常将试验测得的p—s曲线上的极限荷载pu除以安全系数，或取临塑荷载Per作为地基承载力的基本值。
每层土的试验数就不少于3个，取各个试验结果的平均值作为承载力的标准值，再经过基础的宽度和深度的修正后就得到地基承载力的设计值。
（二）静力触探试验
静力触探试验时测得将探头贯入土中时所受的阻力Ps,用下列诸式确定地基承载力的设计值。
1•梅耶霍夫公式
r鲁（哙（5
式中：
Ps--静力触探试验的贯入阻力（kPa）；
B--基础宽度（m；
d--基础埋深（m。
2•国内建议公式
爪58庞-46曾）（8-32）
式中：
Ps的单位为kg/cm2,式（8-32）的标准值fk再用公式（8-30）修正后即得到承载力的设计值。
（三）标准贯入试验
标准贯入试验根据试验测得的标准贯入击数N635，用下列方法评价地基的承载力：
1.GBJ7-89规范
由表8-9,表8-10确定地基土的承载力标准值。
2.太沙基和皮克（R.Peek）公式
太沙基和皮克在控制建筑物总沉降不超过25mm勺前提下，建议根据标准贯
入击数用下列公式求地基的容许承载力。
当基础宽度
5<1.3m时
B>+0.3/5）
〔8-33）
显然，因为对沉降量控制很严格，所以上式将给出过于安全的结果3.梅耶霍夫公式
丁冷（1+皿）
以上公式中，f以kg/cm2为单位，埋置深度D和基础宽度B均以m为单位。
（四）旁压试验
根据旁压试验测得的P-V曲线可以确定旁压器深度处周围土体的横向（水平
向）极限承载力Puho考虑地基土体的不等向性，把用旁压试验测得的横向极限承载力Puh经过修正，并除以安全系数Fs后，才能作为地基承载力的设计值f，有
（8-35）
式中：
po--试验高程处的静止土压力；
q--基础埋置深度处的侧面荷载；
K--与土的性质、基础形状和埋深有关的系数。
天然地基的容许承载力的确定方法可参见例题8-4
表8-3碎石土承载力标准值（kPa）
实度
土的
稍密
中密
密实
卵石
300-500
500-800
800-1000
碎石
250^00
^00-700
700-900
圆砾
200-300
300-500
500-700
角砾
200-250
250-400
400-600
注：
①表中数值适用于骨架颗粒空隙全部由中砂、粗砂或硬塑、坚硬状态的粘性土或稍湿的粉土
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。
本表格来自《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）
表8-4粉土承载力基本值（kPa）
二扌旨标含水量、CO（%）
第一指标、\孔隴比e\、
10
15
20
25
30
35
40
0.5
410
390
（365）
06
310
300
280
（270）
0.7
250
240
225
215
（205）
08
200
190
180
170
（165）
0.9
160
150
145
140
130
1.0
130
125
120
115
110
105
（100）
注：
①有括号者仅供内插用；
2折算系数Z为o；
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8-5粘性土承载力基本值（kPa）
二扌旨标k
第一指标
0
0.25
0.50
0.75
1.00
1.20
0.5
475
430
390
（360）
0.6
400
360
325
295
（265）
0.7
325
295
265
240
210
170
0,8
275
240
220
200
170
135
0.9
230
210
190
170
135
105
10
200
ISO
160
135
115
1.1
160
135
115
105
注：
①有括号者仅供内插用；
2折算系数z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性土，其工程性能通常较好，这些土均应根据当地实践经验取值。
8-6沿海地区淤泥和淤泥质土承载力基本值（kPa）
天然含水量w（%）
36
40
45
50
55
65
75
fo（kPa）
100
90
80
70
60
50
40
注：
对于内陆淤泥和淤泥质土，可参照使用
表8-7红粘土承载力基本值（kPa）
第二指标
液塑比
一指标含水比
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
2
红粘土
<1.7
380
270
210
180
150
140
>2.3
230
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z为0.4。
表8-8素填土承载力基本值
压缩模量Es1-2（MPa）
7
5
4
3
2
fo（kPa）
160
135
115
85
65
注：
①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；
②压实填土地基的承载力，可按《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）第632条采用
表8-9砂土承载力标准值（kPa）
土类
10
15
30
50
中、粗砂
180
250
340
500
粉、细砂
140
180
250
340
表8-10粘性土承载力标准值（kPa）
N3.5
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8-11粘性土承载力标准值（kPa）
N0
15
20
25
30
fk（kPa）
105
145
190
230
注：
N10指锤重为10kg的轻便触探试验贯入击数
表8-12素填土承载力标准值（kPa）
Nk
10
20
30
40
fk（kPa）
85
115
135
160
注：
本表只适用于粘性土与粉土组成的素填土。
表8-13承载力修正系数
土的
类
别
nb
nd
fk<50kPa
0
1.0
淤泥和淤泥质土
fk>50kPa
0
1.1
人工填土
e或Il大于等于
0.85
的粘性土
0
1.1
e>0.85或S>0.5的粉土
红粘土
含水比aw>0.8
含水比aw^0.8
0
0.15
1.2
1.4
e及Il均小于0.85的粘性土
ev0.85及Sr<0.5的粉土
粉砂、细砂（不包括很湿与饱和时的稍密状态）
中砂、粗砂、砾砂和碎石土
0.3
0.5
2.0
3.0
1.6
2.2
3.0
4.4
注：
①强风化的岩石，可参照所风化形成的相应土类取值；
②Sr为土的饱和度，Sr<0.5稍湿；0.5VS-<0.8很湿；Sr>0.8,饱和。
【例题8-4】地基为均匀中砂，容重尸16.7kN/m3,条形基础宽度B=2.0m,
埋深D=1.2m，基底下滑裂面范围内土的平均标准贯入击数N63.5=20,静力触探
试验的贯入阻力Ps=3500kPa,试估算地基土的容许承载力。
解：
1.根据标准贯入击数N63.5=20,求地基的容许承载力
（1）用规范承载力表查表8—9,求承载力标准值
按式（8—30）求承载力设计值
/=A05）
=280+4.4xl6.7x（1.2-05）=3314kN/m
（2）太沙基公式（8—33）
20
+0.3/5）=^（1+善）=U2kg/cm3-^.SkN/rn1
12
（3）用梅耶霍夫公式（8—34）
/=^（l+jD/F）=2x（l+1.2/2）=3.2kg/cni2=313.5kN/m:
丄iU
根据三种方法计算结果，GBJ7-89规范与梅耶霍夫公式比较接近，太沙基公式偏低很多，因为它对沉降量控制很严格。
2.根据贯入阻力ps，求地基容许承载力
（1）用梅耶霍夫公式（8-31）
警（1+。
/5＞兰尹（1+1加2,0）—11」田饰
（2）国内建议公式
按式（8-30）,求承载力设计值
f■ft+侦①-0.5）=300.6+44x15.7（1.2-0.5）=352.0kPa
根据上述两公式计算结果相差不是很大。
综合以上结果，除太沙基公式因对沉降要求比较严格，故承载力偏低外，其它计算公式、结果比较接近。
综合考虑，地基承载力可取为300kN/m1。
本人从事地基承载力研究四十余年，做过多年平板载荷试验，系统地做过：
不同宽度，埋深的砂土平板载荷试验。
主编过铁路桥规地基承载力表及有关条文，和周镜院士等主编地基承载力试验文集（铁道出版社1978），对桥规地基可靠度进行过研
究。
对地基承载力进行了多年的思考：
深感当今土力学教课书和有关地基承载力的多种规范需要更新。
本人四十余年研究，有几点认识：
1在土力学教课书中，不论是太沙基的地基极限承载力公式（按强度指标计算地基极限承载力再除以安全系数确定地基容许承载力），还是其它各种三项地基承载力公式，包括规范中的，是不可信的，列在规范中也不可信的，不要再研究了。
2现行地基规范取消了地基承载力表，是很对的，但不彻底。
3按变形确定地基容许承载力概念清楚，最可取，上海孙更生先生的见解是对的，
最有成就，是国内许多先行者的代表。
（详见孙更生、郑大同主编的软土地基与地下工程”
4建议按触探土力学的方法用连续的触探指标计算变形确定地基容许承载力。
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902005年05月23日,星期一22:
12
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