[分享]地基承载力特征值的综合确定

发表于2019-01-29     1756人浏览     1人跟帖     总热度:188  

【摘要】回顾了地基承载力基本概念,分析了地基承载力的本质,就地基承载力特征值综合确定中的几个问题进行探讨分析,提出建议。

 

1、前言

综合确定地基承载力特征值,是岩土工程师的基本功。当前进行岩土工程勘察,尤其是涉及地基基础,对主要受力层内的每层土提供地基承载力特征值fak,是必须的工作内容。

确定地基承载力特征值fak,目前的方法有:载荷试验法、其他原位测试法、理论计算法、经验查表法和现场鉴别法。在具体工程上,岩土工程师在使用这几种方法时,往往出现用各种方法确定的结果不同,甚至相去甚远。如何分析这确实是刚入门,甚至是很资深的岩土工程师必须面对的问题。

本文本文对此进行了探讨,供各位岩土工程师和专家参考,不妥之处,请指正。

 

2、地基承载力的本质

要不断研究和感悟地基承载力的概念、内涵,这有助于对地基承载力的深刻理解和面对具体工程问题时的综合确定。

(1)地基承载力研究简史

不断考察地基承载力基本理论的发展史,可以感悟不同时代、地区的工程技术发展需求,更多地注意其研究假定和适用范围。详见文献[1]。

(2)中国使用过的几个历史阶段的地基承载力概念

地基容许承载力[R]:确保地基不产生剪切破坏而失稳,同时又保证建筑物的沉降不超过允许值的最大荷载。

地基极限承载力R:使地基发生剪切破坏,失去整体稳定时的基础底面最小压力,即地基能承受的最大荷载强度。地基极限承载力和地基容许承载力是一对承载力概念。

地基承载力基本值f0:用某一方法确定的相应于标准基础(载荷板)宽度和埋深时的地基容许承载力代表值。

地基承载力标准值fk:考虑了土性指标变异影响后的相应于标准基础(载荷板)宽度和埋深时具有某一特定置信概率的地基容许承载力代表值。

地基承载力设计值f:是指地基承载力标准值fk经基础宽度和埋深修正,或直接用地基抗剪强度指标标准值,考虑实际基础宽度和埋深,采用承载力理论公式计算得到的地基容许承载力值。地基承载力标准值和地基承载力设计值是一对承载力概念。

地基承载力特征值fak :相应于标准基础(载荷板)宽度和埋深时的地基容许承载力代表值。

深宽修正后地基承载力特征值fa :是指地基承载力特征值fak经基础宽度和埋深修正得到的地基容许承载力值,或直接用地基抗剪强度指标标准值,考虑实际基础宽度和埋深,用承载力理论公式计算得到的地基容许承载力值。

(3)地基破坏的三种形式(引自文献[2])

整体破坏:

地基承载力特征值的综合确定_1

局部破坏:

地基承载力特征值的综合确定_2

刺入破坏:

地基承载力特征值的综合确定_3

(4)美国地基承载力几个概念

见下图。


地基承载力特征值的综合确定_4

(5)地基承载力的本质

地基承载力不是地基的固有参数,是综合反应地基、基础及地基基础共同作用的一个参数。这一点,早已为业界共识。即便如此,因目前进行地基基础设计时,先是依据地基承载力特征值的大小进行承载力验算,进而根据工程需要,进行地基变形控制。因此,虽说地基承载力不是地基的固有参数,但是在工程上,仍是当做一个地基的固有参数来对待。只是,明白了地基承载力的本质,在确定地基承载力特征值以及进行基础深宽修正求取相应于实体基础条件下的地基承载力时,要事先考虑这些影响因素,以便后来的地基基础设计符合岩土特性和工程实体的实际。

地基承载力的研究和确定,基本都是从小尺寸(相对于工程实体而言)的载荷板试验结果对比来的。对于工程实体基础条件,地基承载力应该是指工程实体基础荷载-地基变形曲线(p-s曲线)上相应于某一特征(曲线特征、荷载控制特征、变形控制特征、地基基础稳定特征及其综合确定的特征)时的荷载值。未来随科技发展,将来如有一天,依据勘察的岩土特性和基础及其上部结构设计、施工、使用条件,能够智慧给出实体基础荷载-地基变形曲线(p-s曲线),工程实体地基承载力确定和工程实体地基变形控制,将真正获得突破,至此岩土工程发展将进入智慧岩土工程新阶段。

(6)地基承载力确定的难点

无论是采用载荷试验,还是采取其他原位测试、理论计算和经验查表,都涉及到一个以点代面的问题。工程实体基础坐在一个和工程实体基础相适应的岩土介质空间体上,而勘察得到的岩土性质指标是从勘探点的位置得到的。如何从有限的勘探点位置得到的岩土性质指标,来评价推断整个实体工程地基空间体的地基承载力,是难点。为此,岩土工程师要善于总结经验并熟悉基本理论,理通法自明,将理论和实践相结合,做好具体问题具体分析。


3、载荷试验法

载荷试验法有平板载荷试验、深井载荷试验和螺旋板载荷试验,这些都有规范规定,都是经验的总结,具体试验时应当执行。有一点需要注意,就是深井载荷试验和螺旋板载荷试验,注意试验的深度和未来的工程实体基础埋深两个可能的不同,这牵涉到超载的影响问题。甚至还要注意地基承载力检测时的埋深问题,这些都是因超载的影响而可能导致地基承载力不同的重要方面。


4、其他原位测试法、经验查表法和现场鉴别法

其他原位测试法是针对地层的不同,可选用动力触探试验、标准贯入试验、静力触探试验、旁压试验(自钻式和预钻式)、扁铲侧胀试验、十字板试验、波速试验等其他原位测试法,根据原位测试指标代入经验公式计算地基承载力。选用经验公式计算地基承载力特征值,要注意经验公式的适用地层、地质成因和适用范围。

经验查表法,是指采用室内试验指标,比如孔隙比、含水量、液性指数、相对密实度等,查经验表计算地基承载力特征值。

现场鉴别法,是针对碎石土等不宜采用其他方法确定地基承载力的土,进行现场挖掘鉴别其密实度、成分、级配等,根据经验确定其地基承载力特征值。

上述三种方法,很重要的一点是,使用的测试指标、试验指标和密实度鉴别情况,要注意其代表性,应能代表整个工程实体的地基空间体。这牵涉到了岩土指标的空间分布和可靠性。从这个角度看,过去历史上使用了地基承载力标准值这个概念,其中要考虑地基岩土指标的可靠性,是有道理的。地基的复杂性、变异性和随机性,除其成因、成分等客观因素外,尚与岩土工程勘察测试人、装备、管理等主观因素有关,如此看,在这一点上,地基远比上部结构,要复杂得多。现行标准不再使用地基承载力标准值概念,而改用了地基承载力特征值,是符合实际的。使用地基承载力特征值,表面上未提到地基的可靠性,但实际上是把考虑地基可靠性这个问题,交给岩土工程师针对具体工程,进行因地制宜来解决。这符合实际。

另有两点需要注意:一是标准贯入试验的标准钻杆直径为42mm,现在工程上不少是采用了直径为50mm的钻杆,注意其对标贯击数的影响,先进行杆长、杆径修正后,再代入经验公式计算。

聂庆科等人在山西孝义某工程用两种直径的钻杆进行了标贯试验结果对比,在0~30 m范围内,φ42钻杆与φ50钻杆测得标贯击数N值的平均值比值在0.85~0.87之间,30~40 m范围内φ42钻杆与φ50钻杆测得标贯击数N值的平均值比值为1.09。在粉质黏土和粉土中φ50钻杆所测得标贯击数N值大于φ42钻杆,在密实砂土中,两种钻杆所测得标贯击数N值较为接近。详见文献[3]。根据范建好论文(详见文献[4]),同一场地,埋深11m以上的珊瑚砂层,采用Φ42钻杆进行标贯试验的击数与采用Φ50钻杆进行标贯试验的击数之比值为0.93~0.95。

二是采用钻孔取土时,钻孔取土的孔隙比,比探井取土的孔隙比要小,要先进行修正,再查经验表确定地基承载力特征值。

5、理论计算法

作者于2001年通过研究认为,地基承载力特征值可以用土的抗剪强度指标代入太沙基等学者公式,取q=0,B=0.707m后计算确定。详见文献[1]。


6、地基承载力特征值的综合确定

对于既定的地基,其地基承载力特征值是一定的,不应因测定方法不同而不同。由此可见,用多种方法确定地基承载力特征值,应该是一致的。“多种方法一致,互相印证” 是确定地基承载力特征值的最高境界。如果出现不一致,一定会有原因,一定是某个方法、参数选取、经验公式或经验表等,不符合这个场地实际。

综合确定的第一步,是要解决好参数的选取,解决好其真实性、标准性、代表性;第二步就是选好适合的经验公式、经验表和理论公式;第三步,分析工程实体基础的设计施工情况,确保最终确定的地基承载力特征值用于每一个基础,都能确保安全合理。

地基承载力特征值的最终确定,既有测试的成分,也有分析 “猜” 的成分,作者曾给出口诀 “连猜带算看经验” ,在这里奉献给各位岩土工程师,供参考。

7、结束语

地基承载力是老课题了,但每个工程都需要测试确定,并且每次都是对岩土工程师的考验,同时也是经验积累。本文对此进行了探讨,供各位岩土工程师和专家参考,不妥之处,请指正。

参考文献:

[1]  王长科主编. 工程建设中的土力学及岩土工程问题-王长科论文选集. 北京:中国建筑工业出版社,2018

[2] Braja M. Das.  Shallow Foundations Bearing Capacity and Settlement.  CRC Press,1999

[3] 聂庆科、贾向新、秦禄盛、王英辉、梁书奇. 钻杆直径对标准贯入试验N值影响的试验研究. 岩土工程学报,2017年增刊1

[4] 范建好. 对标贯击数杆径换算的探讨. 全国工程勘察大会论文集,2014


来源于:岩土工程学习与探索

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