對天然地基承載力計算公式的理解和應用

第第頁對天然地基承載力計算公式的理解和應用自然地基

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上海地質(zhì)/I-JKI-L2MNONKP

總第50期

對自然地基承載力計算公式的理解和應用

毛群芳〔上海振華工程詢問公司!#$〕徐四一〔中船勘察設計討論院!#$〕

摘

要

文章就新老國標和上海標準對地基承載力的計算公式進行了分析比較，并認為在上海地區(qū)巖土工程勘察報告中提供自然地基承載力設計值%更適合。

關鍵詞

臨塑荷載’()界限荷載’*+,

概率極限狀態(tài)設計

地基承載力特征值%-地基承載力設計值%

*引言

自然地基承載力多是巖土工程勘察文件中不可缺少的一個內(nèi)容，也是自然地基淺基礎設計的基本依據(jù)，一般狀況下多依據(jù)有關公式按土的室內(nèi)試驗強度指標計算取得。為此，各地、各部門有關規(guī)范中均有相應的計算公式。隨著人類對巖土工程認識的不斷提高，各規(guī)范在不同時期均升級換版。在上海地區(qū)主要運用全國規(guī)范和上海規(guī)范：

全國規(guī)范按時間先后依次為：《工業(yè)與民用建筑地基基礎設計規(guī)范》〔以下簡稱0,規(guī)范〕、./010,

《建筑地基基礎設計規(guī)范》〔以下簡稱56規(guī)2340156范〕《建筑地基基礎設計規(guī)范》、〔以下23701!!簡稱!規(guī)范〕；

上海市規(guī)范按時間先后那么依次為：《上海市建筑物結構設計試行標準》〔其中第六章為*67,年**月地基基礎設計，規(guī)定要求地基設計需要滿意安全要求，同時規(guī)定上海地區(qū)自然地基的容許承載力為58+木樁的容許摩阻力為*8+9!〕、《上海市地基基礎9!，

設計規(guī)范》〔試行草案〕〔以下簡稱市#$規(guī)*6#$年范〕《上海市地基基礎設計規(guī)范》、〔試行〕〔以*607年下簡稱市07規(guī)范〕、上海市工程建設規(guī)范《地基基礎設計規(guī)范》〔以下簡稱市56規(guī)范〕、上:2451**156海市工程建設規(guī)范《地基基礎設計規(guī)范》:2451**〔以下簡稱市66規(guī)范〕、上海市工程建設規(guī)范1*666

《巖土工程勘察規(guī)范》〔以下簡稱市:2451$01!!。!規(guī)范〕

依據(jù)有關規(guī)定目前上海地區(qū)巖土工程勘察應執(zhí)行!*、市標及市66地基規(guī)范。!!版相關國標、

各種版本規(guī)范在按土的強度指標計算確定自然地基承載力方面有較多出入。對比各不同時期國標、市

標有關計算公式和相應規(guī)定的轉(zhuǎn)變及其差別，似有助于對現(xiàn)行國標、市標的深入理解，有助于合理執(zhí)行有關規(guī)定，更照實地反映勘探場地的巖土工程特征以服務于工程設計。本文擬就此提出一點粗淺的看法，供同行切磋、探討。

!

!;

有關計算公式和相應規(guī)定的比較和理解

國家標準

三個不同時期的國標中，自然地基承載力計算

公式在實質(zhì)上幾乎完全相同，比較三個計算公式即可知：

0,規(guī)范56規(guī)范

地基土容許承載力=?3@!@3A

〔8+9!〕?:@!:@:A?(@B

地基承載力設計值%CDE@!@EA

〔D@!@AD(@BFF’-〕

!規(guī)范地基承載力特征值%-DE@!@EA

〔D@!9@AD(@BFF’-〕

計算公式的全都性，是各規(guī)范均以相應于取理論上的基礎底下地基土的塑性破壞區(qū)深度為基礎寬雖然其度的*+,的界限荷載’*+,為地基承載力之故，和名稱略有改變，但由值所確定的承載力系數(shù)〔共$個〕除0,規(guī)范中寬度系數(shù)DE在G$H時較其余均相同。究其名56規(guī)范和!規(guī)范略有改變外，———————————————

收稿日期：!##$%#%’

第一簡介：毛群芳，女，(’年生，()$年畢業(yè)

于華東地質(zhì)學院工程地質(zhì)水文地質(zhì)

專業(yè)，高級工程師，從事巖土工程專業(yè)工作。

自然地基

$##7年第7期毛群芳等：對自然地基承載力計算公式的理解和應用$*

稱的改變〔容許承載力!承載力設計值!承載力特征值〕，主要是由于國際上工程設計原那么由確定性設計向牢靠度設計轉(zhuǎn)變。為符合概率極限狀態(tài)設計形勢，“設計值”；新版#$規(guī)范!規(guī)范將承載力改名為

意識到%’(界限荷載公式不能滿意概率極限狀態(tài)設計計算的基本要求，與“設計值”的概念不符，將“設計值”改名為“特征值”。

三個規(guī)范對所計算引用的土的強度指標)、!有較大改變，“粘性土的抗剪強度值可*(規(guī)范規(guī)定：依據(jù)詳細狀況采納不同試驗儀器和方法確定。如加荷速率較快時，宜用不排水快剪，一般可采納固結快剪，…”。在**年全國勘察規(guī)范〔+,$-**〕那么規(guī)定“)、須要時可依據(jù)不同地區(qū)的閱歷，將!的計算值，剪應力的峰值平均值乘以#.*/#.的折減系數(shù)確計算時應用標定”。!規(guī)范依據(jù)牢靠度設計要求，準值)0、“對于一級建筑物當采納剪0。同時規(guī)定!切試驗時…，并應采納不固結不排水三軸壓縮試驗，對于其他等級建筑物如為可塑狀粘性土與飽和度不可采納徑直剪切試驗；”。新版大于#.1的粉土時，

那么進一步#$規(guī)范在仍規(guī)定應用標準值)0、0同時，!

明確在承載力計算時所引用的土的抗剪強度指標“當采納室內(nèi)剪切試驗確定時，應選擇三軸壓縮試驗中的不固結不排水試驗”，即)0、“室內(nèi)2組0值為!三軸壓縮試驗的結果”，否定了在地基承載力計算中固結快剪試驗結果的運用。由于所引用的強度參數(shù)的改變，按新老規(guī)范計算得承載力值有較大改變，尤其在用*(規(guī)范取)、所得承載力!的七折值狀況下，。較小〔見后表〕!.!

上海市標準

作為地方標準，上海市起步較早，起點依據(jù)是當時的蘇聯(lián)標準《房屋和工業(yè)建筑物自然地基設計標準和技術規(guī)范》即34+5$*-11規(guī)范。作為國內(nèi)第一本地方規(guī)范，67年上海規(guī)范中土的強度計算采納的也是和國標相同的臨界荷載%’(公式。在其后的工程實踐中發(fā)覺相應的基礎沉降量過大，因而*1版規(guī)范就以不容許基礎底面下地基土涌現(xiàn)塑性變形區(qū)的公式取代了%’(臨界荷載公式。!規(guī)范公式亦為與之相同的臨塑荷載公式，僅將成果由地基土強度8〔9’:$〕更名為地基土容許承載力;〔0%〕。規(guī)范那么是依據(jù)上海地區(qū)工程閱歷將承載力計算按概率極限狀態(tài)設計原那么轉(zhuǎn)軌的結果，據(jù)此要求以=2?2公式取代了不適于牢靠度設計的界限荷載

公式，因此可以說解放以來上海規(guī)范發(fā)生了二次大的變革：界限荷載!臨塑荷載!牢靠度設計。

市67規(guī)范市*(規(guī)范)〔9’:$〕

地基土容許承載力;@4DBBD

C4EB)〔0%〕

市規(guī)范地基承載力設計值;F@;FGF

〔0%〕

〔@F’$B4HB#JBBIC4JB#

BEB)F〕#BFC4EB#市67、*1、!規(guī)范的承載力系數(shù)表幾乎完全相同，市規(guī)范那么有較大改變，由!F確定的三項承載力系數(shù)均有不同幅度的增大。而計算公式引用的土的強度參數(shù))、!在前三個規(guī)范公式中均規(guī)定為土的直剪固結快剪峰值強度七折修正后的直線回來值。唯市新規(guī)范要求依據(jù)直剪固快峰值強度指標平均值)0.!處理公式0經(jīng)處理后的設計值)F、F，!為：。并規(guī)定：)F@$B)0’0’$為土E，F(xiàn)@$B!!!

的抗剪強度指標標準值修正系數(shù)為#.*；E為土的為土的內(nèi)摩擦角分項凝集力的分項系數(shù)取$.#；!系數(shù)取.7。$系數(shù)的修正處理事實上是將土的)、

使之與早期規(guī)范用值相全都；而分項系!值打七折，

數(shù)那么使承載力計算符合概率極限狀態(tài)設計原那么變?yōu)樵O計值。由于荷載設計參數(shù)采納了.$/.(的分

項系數(shù)，按市規(guī)范計算的地基承載力設計值較常值提高了$#K左右〔見表〕。

現(xiàn)以上海地區(qū)基本土層條件按各種公式進行試算比較：

基礎埋深.假定條形基礎，基礎寬度.1:，

地下水位埋深#.1:#:，

三種地基土狀況：

狀況：%層褐黃色粉質(zhì)粘土)、!實測平均值

直剪固快峰值

市!規(guī)范

地基土容許承載力%’(@4ABA地基土強度8@4DBBDC4EB

BAC4DBBDC4EB)〔9’:$〕

):@$(0%，:@L；三軸快剪)0@*#0%，0@#；!!@.#04’:$

狀況$：%$層灰黃色粉質(zhì)粘土直剪固快峰值)、:@6L；三軸快剪)0!實測平均值):@*0%，!

$

@1#0%，@!.#04’:0@#；!

狀況7：層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土直剪固快峰

自然地基

1D

上海地質(zhì)MN(:?N(8B;949?O

試算結果見表$。

總第D,期

值!、#$)*；三軸快剪!實測平均值!#$%’(，!

1!#)+’(，#$,-./0#+；!

表$2(3-$

規(guī)范

國家標準

2@,A,%

地基土容許承載力〔701〕HI視狀況定

!、!取值

〔直固快剪七折值!、〕!

承載力

狀況$狀況1狀況)

$+-E,-,F-%

BC@,ADE地基承載力設計值〔K’(〕J直剪固快標準值!、!$F,$$1D,

承載力比較計算表

!(4564(789:7(34;9=59(=8:?

上海市標準

$EF)年容許承載力’$0〔%70〕直剪固快七折值!、!$+-E,-,F-%

1

BC.+++,A1++1地基承載力特征值(〔K’(〕

$E,.年地基強度〔701〕H

GB@+DA$$ADEGB@+DA$$A$EEE地基土容許承載力〔K’(〕直剪固快七折值!、!$+%,.F$

地基承載力設計值L〔K’(〕

承載力名稱

三軸快剪標準值!、!$,1$1,D$

直剪固快七折值!、!$+-%,-.F-$

直剪固快設計值!L、L!$1%E.D1

!應用分析

1++1國家標準考慮到作為國家標準的掩蓋面

和應用習慣，繼續(xù)引用’$0%臨界荷載的計算公式。但依據(jù)國家統(tǒng)一設計技術標準規(guī)定和貫徹牢靠度設計原那么，承載力應定義為地基極限承載力標準值和地基承載力設計值。為避開沖突改用“地基承載力特征值”的命名，以(表示。按該規(guī)范術語1-$-)款，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(nèi)規(guī)定的變形所對應的壓力值，其最大值為比例界限值”。按此定義，(是一套系列值，不是一個定值；而其最大值即比例界限值應是基底下地基土即將發(fā)生塑料破壞的臨界值，即臨塑荷載值’5=。它與+1規(guī)范(公式是不吻合的，后者為臨界荷載’$0%公式，此時變形曲線已不呈線性，地基土呈彈塑性變形。此外，從漢語名辭理解“特征值”可有多種狀況解，用于本規(guī)范似欠準確。此外，該公式要求計算運用的土的強度指標!、!值均應由三軸試驗測得，是留意到國際上在土的強度試驗中普遍采納三軸試驗方法，基本上舍棄了徑直剪切試驗的動向，但忽視了我國眾多的工程勘察單位缺乏甚至不具備足夠的三軸試驗設備及相應的取土設備、取土工藝和試驗閱歷的現(xiàn)狀，該現(xiàn)狀的扭轉(zhuǎn)有待時日。而定義中強調(diào)承載力測定手段以載荷試驗為基準，這對于一般規(guī)模工程又是一項難以辦到

的事情，而對于設計人員(又是一個承載力新值，

在已有眾多的的狀況下，(的涌現(xiàn)又給運用者增加了理解和運用的麻煩。市EE規(guī)范是在總結上海地區(qū).+余年來自然地基設計的閱歷和教訓的基礎上向國際標準靠攏的產(chǎn)物，巖土是一套非常非常的材料，有很大的離散性和地域性，不能和一般材料一視同仁。長期的工程實踐證明，上海地區(qū)由于其軟土的高壓縮性，制約地基承載力設計取值的主要因素不是強度而是變形。在九十時代對各種建筑物的沉降量掌握標準進一步從嚴修改的同時，較全都地認為用臨塑荷載以固結快剪強度七折值求得的!、!值計算得的地基承載力值較符合上海地區(qū)自然地基設計要求，這是一套非常珍貴的地區(qū)性巖土工程閱歷。市EE規(guī)范將這套事實上是由變形掌握的土的強度和承載力之間的關系式用適應于牢靠度設計計算的漢森極限承載力公式表示，既繼承了.+年來上海軟土地區(qū)的巖土工程閱歷，又滿意了工程設計向概率極限狀態(tài)牢靠度設計轉(zhuǎn)軌的要求，便于與國際接軌。

為迎合“當國標與地方標準有沖突時，以國標為準”的一般習慣，涌現(xiàn)了同時提供按+1國標計算的特征值(和按市EE規(guī)范計算的設計值L的做法，似也同時可滿意確定性設計和牢靠度設計二種設計需要，但對比計算可知〔表$〕，+1國標的(值要比市

不符合特征值小于設計值的EE規(guī)范的L值大得多，

自然地基

’E年第E期毛群芳等：對自然地基承載力計算公式的理解和應用’-

常規(guī)。這是由于除了所采納的計算公式〔!#$公式〕不全都外，還和計算引用的土的強度指標%、!值不

是七折值而是按三軸試驗測得的峰值的標準值等因素有關。為此，上海市’規(guī)范涌現(xiàn)了按原位測試成果求得地基承載力基本值(后按閱歷關系()*+,-從而滿(及市--規(guī)范計算(.值后按閱歷得出()*值，足’國標提供()*和()值的要求。因此，我們認為：上海地區(qū)巖土工程勘察報告按’國標要求提供()*和()值實際意義不大，為設計運用習慣和方便，用途更大的仍應是按市--規(guī)范提供的承載力設計值假設設計方要求提供確定性設計需要的承(.。當然，

載力值時，勘察報告可按不同方法提供地基承載力特征值()*，但同時應說明()值確定的方法、公式，以

便隨著設計要求的改變〔基礎類型、尺寸、埋深、地下水等〕進行修正。

人們普遍認識到，市--規(guī)范有其適用地層的局限性。對于粉性、砂性土層，按該公式所計算得到的(值偏小。這是計算公式的局限性所致?，F(xiàn)規(guī)范公式〔漢森公式〕適用于粘性土地基上，在肯定時間內(nèi)逐步形成的，一般建筑物外荷載是分級逐步施加的狀況。此時地基土涌現(xiàn)整體穩(wěn)定破壞，而粉性砂性土地層那么是局部剪破壞。早期上海規(guī)范那么多用臨塑

荷載公式以%、以滿意粘性土地基!的折扣值代入，從掌握沉降角度之發(fā)的地基承載力確定的要求。為此，上海--規(guī)范提出對于粉性、砂性土地基宜用各種原位測試方法確定(.?！嫔虾r土工程勘察

規(guī)范更明確對這類土宜由原位測試方法確定自然地基的地基承載力設計值，并列出了各種原位測試手段計算(/的公式和由(/計算(.的公式。

在巖土工程勘察報告編制中應留意到：依據(jù)--市標計算得到的(.值是在假定基礎寬度、基礎埋深和地下水位埋深的狀況下取得的一個特征參數(shù)。而在結論和建議一節(jié)中，那么是要依據(jù)已查明的場地地層分布條件結合詳細工程設計特性有針對性地提供擬建工程的自然地基承載力設計值(.。這對于層由地表向下土性漸漸變差的沿海平原地基土而言，尤其重要。如擬建場地第#層土厚度約,01，假設以第層為自然地基持力層，那么應當計算基礎埋深.

并且需要考+,01時的自然地基承載力設計值(.，

慮下臥層，即采納雙層地基計算〔實際(.值可能小

于標準狀況下的(.值〕。當基礎砌置深度大于,而褐黃色土層埋藏偏深時，實際計算得到的01，

(.會大于標準狀況下的(.值?？辈靾蟾娌粦淹列员碇械?.值與結論建議中的(.值簡約地等同起來。

!#$%’(#)*(#+,,-).(’)//0(-.1-(’)/2/%31-(

4/%5$(%)*0(,(.)’6/47(’1%(-2/1#(’)/

2)/345()56

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自然地基

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上海地質(zhì)/I-JKI-L2MNONKP

總第50期

對自然地基承載力計算公式的理解和應用

毛群芳〔上海振華工程詢問公司!#$〕徐四一〔中船勘察設計討論院!#$〕

摘

要

文章就新老國標和上海標準對地基承載力的計算公式進行了分析比較，并認為在上海地區(qū)巖土工程勘察報告中提供自然地基承載力設計值%更適合。

關鍵詞

臨塑荷載’()界限荷載’*+,

概率極限狀態(tài)設計

地基承載力特征值%-地基承載力設計值%

*引言

自然地基承載力多是巖土工程勘察文件中不可缺少的一個內(nèi)容，也是自然地基淺基礎設計的基本依據(jù)，一般狀況下多依據(jù)有關公式按土的室內(nèi)試驗強度指標計算取得。為此，各地、各部門有關規(guī)范中均有相應的計算公式。隨著人類對巖土工程認識的不斷提高，各規(guī)范在不同時期均升級換版。在上海地區(qū)主要運用全國規(guī)范和上海規(guī)范：

全國規(guī)范按時間先后依次為：《工業(yè)與民用建筑地基基礎設計規(guī)范》〔以下簡稱0,規(guī)范〕、./010,

《建筑地基基礎設計規(guī)范》〔以下簡稱56規(guī)2340156范〕《建筑地基基礎設計規(guī)范》、〔以下23701!!簡稱!規(guī)范〕；

上海市規(guī)范按時間先后那么依次為：《上海市建筑物結構設計試行標準》〔其中第六章為*67,年**月地基基礎設計，規(guī)定要求地基設計需要滿意安全要求，同時規(guī)定上海地區(qū)自然地基的容許承載力為58+木樁的容許摩阻力為*8+9!〕、《上海市地基基礎9!，

設計規(guī)范》〔試行草案〕〔以下簡稱市#$規(guī)*6#$年范〕《上海市地基