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1、关于地基承载力特征值若干问题的探讨2011年3月第6期总第232期内蒙古科技与经济InnerMongoliaScienceTechnology&EconomyMarch2O11No.6TotalNo.232关于地基承载力特征值若干问题的探讨周晓晶,张沿明(中冶东方控股有限公司包头钢铁设计研究院,内蒙古包头014O10)摘要:探讨了现行建筑地基基础设计规范中规定的地基承载力特征值的若干问题,阐释了其含义:地基承载力设计取值必须保证地基变形在控制的要求内,根据不同的变形控制条件,最大取值不得大于荷栽变形曲线的比例界限值;地基承栽力设计值应保证基础下地基土的工作状态,不得产生过大的塑性区,保
2、证建筑物在长期荷载作用下,上部结构对地基变形的适应能力和建筑物的正常使用条件.关键词:地基;承栽力;特征值中图分类号:TU4文献标识K-4:A文章编号:1OO76921(2011)O6一OO77一O3我国规范关于地基承载力术语使用比较混乱,新规范的颁布使用,承载力特征值的采用,承载力表的取消使我们对承载力特征值从概念的根本认识到取值评价都出现了不少问题,为此本文从以下几个问题加以讨论.在荷载作用下,地基产生变形,初始阶段荷载较小时,地基处于弹性平衡状态(sP线直线段)当然是安全的,随着荷载的增加,变形增大,并在小范围内产生剪切破坏,即塑性区,塑性区较小时,地基尚能稳定,仍具有安全的承载能力.随
3、着荷载继续增加,塑性区不断扩展,变形迅速增加,塑性区贯通地基承载力达到极限,失去稳定.因此,变形和强度是耦合在一起的,在解决工程问题时其实质我们往往从变形角度分析考虑,地基承载力可视为地基土抗剪强度的宏观表现,虽然地基承载力建议值一般由勘察单位提出,但绝对不同于岩土特性指标,地基承载力的取值不仅与土的工程特性有关,还与基础的埋置深度,基础形状,尺寸及其上部结构的刚度,荷载分布,结构对地基变形的敏感性等许多因素有关,其本质是地基基础的设计问题.1关于地基承载力标准值,特征值,允许承载力的关系标准值和特征值涉及到两个不同的概念,前者是统计的概念,是一种数学描述,包括:特征值,公称值,名义值和标定值
4、,都是用个中方法选取的代表性数值,他适用于上部结构材料,也适用于地基土.但后者并不是统计的概念,而是对载荷试验结果的一种物理描述.岩土承载力可靠度问题是十分复杂的,还不能真正做到概率计算.因为岩土计算断面及研究对象的均一性,可变性,每一个点上都是不同的,不是一定值.而承载力职能通过载荷试验确定单位值,试验点的不同,客观实际值本身不同,其差值往往大于随机误差,再则场地载荷试验的次数有限,不能满足统计式样本数.载荷试验是一种原位测试,虽然也可以通过统ft-分析求得某一分值,新规范中也是取几次载荷试验的平均值作为承载力特征值的基本取值,但不具收稿日期:2OlOl228有实质性统计原则.地基承载力标准
5、值是由89规范而来,是套用上部结构设计原则而采用的术语.下面我们就从历年规范关于承载力的规定来分析一下承载力的特征值,与允许承载力,地基承载力标准值的关系.74规范采用允许承载力设计,载荷组合荷载分项系数为1.o,基本与2002规范荷载效应标准组合一致,只不过2002荷载规范调整了部分结构何在的取值.89规范采用地基承载力设计值设计,地基承载力标准值作为基本取值的取值方法与74规范允许承载力相同,只增减几个承载力表并规定了标准值经深,宽修正边为设计值,荷载组合采用基本组合,关于深度修正系数取值与74,2002版规范有所不同.2002版地基规范采用修正后的地基承载力特征值设计,对应荷载组合采用荷
6、载效应标准组合值,同89规范基本组合相比要小,从而取消了f<1.1fk,f取1.1fk的规定.另外2002版规范强调按变形控制,满足建筑物正常使用原则,对中高压缩性土的地基承载力特征值取值更加严格,s/D取值范围由0.o2d,o.Ol5.综上所述,关于地基承载力特征值的确定,地基承载力特征值fak是由荷载试验直接测定或由其与原位试验相关关系间接确定和由此而累积的经验值.它相应于载荷试验时地基土压力一变形曲线上线性变形段内某一规定变形所对应的压力值,其最大值不应超过该压力一变形曲线上的比例界限值.修正后的地基承载力特征值fa是考虑了影响承载力的各项因素后,最终采用的相应于正常使用极限状态下
7、的设计值的地基允许承载力.对于勘察单位其原位测试方法,取值基本方法和以前规范的标准值,允许值没有大的区别.可以理解为特征值就是容许承载力,而在89规范中的标准值也是容许承载力,在机理上是一样的,只不过在取值标准上严格程度有些差异.2地基承载力特征值的确定与评价问题2.1正确利用承栽力表的问题?77?总第232期内蒙古科技与经济从74地基规范77勘察规范89地基规范94勘察规范,经过20多年使用完善的承载力表,所有工作均以载荷试验资料为基础,不仅做了认真细致回归分析,建立经验关系,而且与用土的抗剪强度计算进行了比较,与前苏联规范进行了比较,与建筑物沉降实测和变形分析进行了比较.本地区对承载力表应
8、用情况的反映也是满意的,与本地区载荷试验资料对比偏于保守.虽然承载力表仍可根据情况加以利用.但使用的同时应充分考虑其局限性.土的物理性指标或静力触探,动力触探标准贯入试验锤击数,与地基承载力之间不存在任何理论关系或函数关系,只有经验关系,统计关系.虽然对统计参数进行了筛选,对相关性进行了检验.况且子样来源不包含本地区,但总有一些子样偏离回归曲线.地基承载力本来是相当复杂的设计问题,规范有了承载力表,客观上把复杂问题简单化了.似乎用不着土力学知识,查表和简单计算就可确定地基承载力.过去地基设计主要对象是体型简单的多层建筑,简便的承载力表尚适应;现在地基设计的对象大多是高层建筑,形体复杂或要求特殊
9、的建筑,承载力表就更难适应了.对于地基承载力理论公式还是规范的承载力表都不一定可靠,要依靠岩土工程师综合判断.判断是否正确与岩土工程师的理论水平和工程经验有关,带有一定风险性.在市场经济国家,这种风险责任由岩土工程师负责.我国注册岩土工程师体制已经启动,由规范承担确定地基承载力的责任已经不适应了.2.2地基承载力经验取值问题在全国规范中取消了地基承载力表,但并不说明地基承载力表本身有问题,它所提供的经验关系在技术上仍然是有用的,总结本地区使用地基承载力表经验,对原来规范提供的地基承载力表的数据进行检验,只要经过验证证明这些地基承载力表的数据是符合当地实际情况的,就可以供工程师参考.在地方规范中
10、采用经验方法来确定地基承载力不仅是允许的,而且应当加以鼓励,当然也同样不能将其绝对化了.如果地基规范的地基承载力表不符合本地区的情况,条件成熟时可以组织编制本地区的地基承载力表.这种编制工作应当建立在载荷试验数据的基础上,通过与土工试验数据的对比或者与原位测试数据的对比,建立经验关系.采用地基承载力表的形式是有一定条件的,指标需要有一定的分布范围.否则在作回归分析时,散点不具有规律性的分布,所拟合的统计关系没有使用的价值.在这种情况下,就不能一定要用经验公式和地基承载力表的形式.作为标准化的结果,不论是经验公式或承载力表,其原始数据必须是直接测定值,而不能用计算的结果进行统计,这和回归方程不能
11、移项计算一样,因为统计公式中的变量不是纯数,而是带有一定误差的物理量.如果原始数据是载荷试验的结果和地基的物理力学指标,或者是原位测试的指标,则可以对数据的组合进行统计.如果没有作载荷试验而仅有?78?土的抗剪强度指标,则不能把用抗剪强度指标计算得到的地基承载力去进行统计而建立地基承载力表.在这种情况下,只能对地基承载力计算公式的适用性作出评价,规定其适用范围,对指标的试验方法和取值方法作出规定,这也是地区经验的一种总结.2.3如何正确使用平板载荷试验总结地区性地基承载力表的主要依据是载荷试验,这就需要讨论如何正确使用平板载荷试验的问题.平板载荷试验是确定地基承载力和土的变形模量的一种原位测试
12、方法,也可以看作为基础的一种模型试验,他的优点是比较简单直观,但其局限性也比较明显.对于地下水位以上的均质土,是载荷试验内的最佳适用条件,这就意味着不适用于地下水位以下,也不适用于-t-层厚度比较薄的层状土.从理论上说平板载荷试验的结果反映了半无限体的承载性状,从工程实践的角度看,很深部土层的影响是可以忽略的.一般认为压板影响的深度人体为压板宽度的3倍,对于层状土,试验结果则反映了3倍压板宽度范围内各土层的综合性状,因而其结果便不能在总结地区性经验中使用.载荷试验的强制性使用是十分必要的,承载力表的取消在内蒙古不仅没有使我们的承载力特征值取值更加严格,正好相反,相当一部分工作承载力特征值的取值
13、成为拍脑袋数字,为了减轻责任,降低成本,往往造成基础设计的浪费,包头近几年有一部分工程采用人工地基,原因就是承载力不能满足要求,其地基承载力几乎都不是通过载荷试验确定,其准确性,合理性是没有保证的.为此在决定采用人工地基时,可以通过载荷试验准确确定地基承载力,节省大量的投资是完全有可能的.在将载荷试验结果用于地基基础设计时,尚应注意下面3个问题:2.3.1虽然可以在基础底面标高处的土层上做载荷试验,但为了将Boussinesq课题的解析解用于分析试验资料,也为了试验条件的归一化,有关标准规定了试抗的宽度必须不小于压板宽度的3倍这样,试验是在无超载的条件下进行的,所得的试验结果是在相当于基础埋置
14、深度为0的条件下的地基承载力,用于工程设计时必须按实际的埋置深度进行修正.2.3.2地基承载力的大小与基础底面积有关,载荷试验的压板尺寸越接近基础底面积尺寸,试验的结果越能反映实际情况.但过大的压板尺寸将使试验的总荷载很大而难以实现,一般规定压板面积0.5m.,边长70.7ram.将这种标准尺寸压板的试验结果用于实际工程时,需要进行宽度的修正.2.3.3深层岩土地基承载力特征值的确定问题,在实际勘察工作中,不论其土层多深,包括地下水位以下地层,勘察人员必须提供每一层土的承载力指标.现在规范取消了用孔隙比,液性指数查表得承载力的方法,规定用C,西值计算.c,西值是可以从土工试验那里得到的.用C,
15、值计算承载力的方法规定只有公式fdMb*7*b+M+d*d+Mc*kc(土力学中还有其他的公式),但对于埋藏较深的土层d值该如何取?在设计没有提供基础宽度时,b值周晓晶,等?关于地基承载力特征值若干问题的探讨2011年第6期该如何取?只能通过螺旋板试验现行规范中规定的不明确,试验条件(0.5m板)和数据分析就本地区的实施非常困难,或者说无法实施.就本区市场条件和技术条件浅层板与普通深层板推广使用无法保证,何况螺旋板载荷试验.因此这一问题的解决目前有效的办法只能依靠以前规范的地基承载力表,但需要搜集资料总结经验.3关于地基承载力特征值的超载效应问题随着城市建设规模的扩大,建设用地紧张,建筑设计对
16、功能要求因素显得更加突出.大量的高层建筑群,主裙楼一体结构,地下广场式建筑开始设计,施工.该类212程进行承载力验算时,由于超载效应的影响关于深度修正问题现行规范已不能满足使用要求.现行地基基础设计规范已不能满足使用要求.现行地基基础设计规范只对超载为正值时,做如下说明:对于主体结构地基承载力的深度修正,宜将基础底面以上范围内的荷载,按基础两侧的超载考虑,当超载宽度大于基础宽度两倍时,可将超载折算成土层厚度作为基础埋深,基础两侧超载不等时,取小值.集中体现为以下集中条件:超载值为正值,即低级土侧向荷载增加;超载作用宽度大于基础宽度的2倍;基础两侧地基超载不等时取小值.由此可以理解为当前超载时深
17、度修改时d值可适当增加,但受超载作用宽度和超载差的限制,其限制因素可以边为安全储备.对于裙楼一体结构,地下广场建筑,往往出现超载效应为负值,这时关于超载效应的取值验算应如何考虑,规范没有规定.但从安全角度出发,设计必须考虑基础超载效应的影响地基承载力的超载效应,不仅仅是深度修正的问题,超载越大,承载力就越大,承载力系数Md反映了土的内摩擦角对深度效应的影响.同样大小的基础,埋置深度大,超载高时承载力就可以取值高一些,其限制条件是超载作用有一定的宽度,基础两侧埋深或超载值相等,包头地区的岩土32程条件一般高层建筑就适用箱形和筏形基础,当裙楼结构荷载,地下广场结构荷载小于基础底面-t-的自重压力时
18、,超载为负值,此时,进行深度修正时同样应当折算成土层厚度从其基础埋深中扣除,即减小d值,如果基础两侧埋深不一致,例如非整体底板的地下室的外墙条件基础外侧超载可以从室#1-地坪算起.埋深就很大,而内侧从室内地坪算起,埋深就比较小.但外侧的超载实际上对于基础的稳定是不利的,是一种单侧向荷载,只能用室内埋深计算.近年来包头出现多处不规则高层建筑,地下建筑面积大,整个建筑场地开挖深度12.Om以下,包括主楼和中心广场.高层建筑部分设计结构要求地基承载力(修正后)不考虑超载效应负效应往往能够满足承载力要求,可是设计地基承载力不能满足结构要求,就是充分考虑其负效应的影响.1f-23345F-6(上接第76
19、页)经-g-j生接头扣件折断或是掉下去扣不住钢轨的现象,究其原因有以下几种情况:接头处空吊,当列车通过时,接头处宽枕上下剧烈振动,致使扣片折断无法扣住钢轨;挡座与宽枕挡肩,钢轨轨底接触不够密帖有空隙,导致扣片扣不住钢轨;扣片质量问题;夹板与钢轨轨腰不密帖,这样扣片就无法扣住轨底.主要还是接头处暗坑是扣片掉落的根本原因.因此如何消灭接头处暗坑是关键所在.以前宽枕垫砂程序是先垫接头靠外侧轨枕,撤出起道机,接头靠内侧轨枕用橇棍抬起进行垫砂,这样做的后果是靠接头内侧轨枕还是暗坑,也就是以前接头垫板垫不住的原因所在.经过我们现场实践,观察,接头垫砂应改变以前的垫砂程序,松开接头四根轨枕螺栓,起道机放置于
20、接头处起道,达到所需垫砂高度,用垫板垫在接头外侧轨枕上,撤出起道机,进行接头靠内侧轨枕的垫砂,然后撤出接头外侧轨枕上的垫板进行垫砂.这就能够保证接头内侧轨枕不空吊,经过一段时间观察,效果非常明显,线路质量稳步提高.3.2宽枕中部折断的原因宽枕中部折断的原因(2#隧道K228+1O0处折断四根宽枕)是道床板结,垫砂材料目前是石灰石材料,因而容易发生粉化板结,再加上排水不畅,宽枕几乎就等于放在水泥面上,道床几乎没有一点弹性,JBJ一77.s.JBJ一74.s.参考文献工业与民用建筑工程地质勘察规范工业与民用建筑地基基础设计规范JBJ789.建筑地基基础设计规范S.GB500212001.岩土工程勘
21、察规范r-s3.GBSO0092001.建筑结构荷载规范Es3.GB5oO072oo2.建筑地基基础设计规范S.如果养护维修不当,垫砂时把碎石串入轨枕中部,加上过车时道床的急剧振动,串动碎石蠕动,致使宽枕中部原有的空隙被串动的石碴充实,导致宽枕中部承受较大的负弯矩.养护作业中机具不配套,使宽枕受力状态发生变化,宽枕断面荷载弯矩大于轨枕抗裂强度,致使轨枕产生裂纹最终折断.3.3防治宽枕折断的方法宽枕在设计时其使用寿命大约50年左右.从这几年养护维修中发现,为了防止宽枕伤损,延长其使用寿命,除生产厂家制造出高强度宽枕之外,主要还是改善维修养护作业方法.改善道床支承条件,垫砂时不准使用石灰石碎碴而改用花岗岩作为碎石材料,做好排水防止道床板结,在线路中心道床处挖一凹槽长度大约5OOmm600mm,深度5Omrn左右,使宽枕中部不产生负弯矩,如果有条件应把宽枕间空隙进行封闭,防止碎石,脏物,尘土由轨枕缝间再次串人道心中央;大量推广使用调高扣件,以垫板代替垫砂,减少扰动道床,使宽枕保持良好的支承;对较厚的垫板如需撤板垫砂时,尽量不使用散砂,尽可能使用胶凝砂垫板,使枕底垫层薄厚均匀,有良好的支承,保持宽枕的最佳受力状态;还要投入大量精力研究简便,易行,省力,不损坏宽枕设备的作业机具和方法,真正发挥宽枕的优越性.?79?