改進規范地基承載力確定方法的建議

改進規范地基承載力確定方法的建議

楊光華

（廣東省水利水電科學研究院/廣東省巖土工程技術研究中心，廣東 廣州 510610）

摘要：壓板載荷試驗是確定地基承載力最可靠的方法。我國現行地基基礎設計規范和地基基礎檢測規范中對壓板載荷試驗確定地基承載力特征值時采用的是沉降與壓板寬度之比這一沉降比來確定，用沉降比確定的地基承載力特征值并不能保證實際基礎在小于這一特征值作用下的沉降安全。另一方面按沉降比確定地基承載力特征值也可能偏小而保守，限制了對地基承載力的利用。文中提出改進規范確定地基承載力特征值的方法，認為可以把地基承載力分為強度承載力特征值和變形承載力特征值，強度承載力特征值保證地基的穩定安全，可以取載荷試驗極限荷載或最大試驗荷載的50%，變形承載力特征值則依據地基基礎沉降控制要求確定，實際的允許地基承載力或修正承載力特征值則取兩者的小值，這樣既保證了地基的強度和變形安全，也能更合理利用地基的承載力，使工程設計更科學合理。

1. 引言

我國現在采用的是地基承載力特征值的方法，特征值最可靠和直接的方法就是壓板載荷試驗，但如何由壓板載荷試驗確定地基承載力的特征值，地基設計規范給出了確定的方法，1.當能確定比例界限，極限荷載大于對應比例界限的2倍時，取該比例界限，極限荷載小于對應比例界限的2倍時，取極限荷載的50%。2.當不能確定比例界限時，按沉降與壓板寬度的比值為0.01~0.015取值，但不大于極限荷載的1/2。建筑地基檢測技術規范（JGJ340-2015）的8.4.3條則給出了更詳細的按沉降比取定地基承載力特征值的標準，如下面規范的表8.4.3所示。按此沉降比取定承載力特征值，目的應該是為控制基礎的沉降，但按此確定的承載力并不能保證對應的沉降是安全的，這樣按沉降比取定承載力對控制沉降意義不是很大，有時還易造成誤用，另一方面也會經常造成取值保守，不能充分發揮地基承載力。例如上海展覽館，基礎底壓力少于地基承載力特征值，但沉降達160cm，顯然是沉降過大了。如圖1所示是一個實際工程的壓板載荷試驗曲線，壓力做到了900kPa，工程要求地基承載力特征值為300kPa，檢測報告按沉降比0.01時承載力特征值為247kPa，認為地基承載力不夠，但最大試驗壓力超過了特征值的3倍，地基強度富裕很大。 但如果按檢測規范8.4.3表注3說明：對不需要做變形驗算的地基基礎，當不能確定比例界限時，也可以取極限荷載的50%，即最大試驗壓力的一半450kPa，這就造成地基承載力取值差異很大了。另一方面，如果按廣東省的地基基礎設計規范，沉降比取為0.015~0.02，則對應的地基承載力特征值分別為310kPa和400kPa，與國標也不同，這也造成按不同的標準得到不同的承載力特征值，但也都不能保證實際基礎的沉降安全。這種按沉降比確定承載力特征值的方法想用變形控制地基承載力取值，但并不保證真實基礎按此承載力下的沉降安全，同時又限制了地基承載力的發揮，并不很合理，值得改進。

圖1.不同沉降比對應的壓力

2. 改進地基承載力特征值確定的建議方法

把地基承載力特征值分為強度特征值和變形特征值，壓板試驗取極限荷載的50%作為強度特征值，變形特征值由基礎的沉降控制確定，實際取用的特征值是強度特征值和變形特征值的小值，這樣確定的地基承載力特征值可保證強度安全和變形安全，又能充分利用地基的承載力。例如上面圖1的試驗案例，強度特征值可取為450kPa，變形特征值則由地基基礎的變形控制確定，如不需做變形驗算，則地基承載力特征值即為強度特征值。

對于一個邊長2m無埋深的方形基礎，依據圖1的試驗，以試驗的最大荷載900kPa作為極限荷載反算土的強度指標20°，c=59kPa，土的初始切線模量為25MPa，按切線模量法可以計算這個基礎的荷載沉降p~s曲線如圖2所示，由于基礎寬度小于3m，無埋深，按規范無深寬修正，則最大可能的強度承載力特征值可取為試驗最大荷載的一半，即450kPa，對應基礎的沉降由圖2可知約為39mm，470kPa時對應的沉降為40mm。如果基礎沉降允許，則這個基礎的地基承載力特征值可取為450kPa，但如果基礎允許沉降為25mm，則由圖2可知其對應的變形特征值為315kPa，比強度特征值450kPa小，這樣地基承載力特征值或稱為修正地基承載力特征值就可以取為315kPa，如果基礎底壓力為300kPa則地基承載力是夠的。但如果按現有規范的方法按沉降比0.01取定的承載力特征值247kPa時，由于這個基礎無深寬修正，則修正承載力特征值也是247kPa，此時對應的基礎沉降是20mm，如果基礎底壓力為300kPa則就會出現地基承載力不夠的問題，相比于試驗都做到了900kPa的情況顯然是不合理的和保守的。當然沉降也可以用?規范方法或其他可靠方法進行計算。這樣用地基的強度承載力特征值和變形承載力特征值的方法，就可以實現強度和變形雙控，由此確定的地基承載力保證了地基強度和變形的安全，同時也更科學合理。

圖2.切線模量法計算2m方形基礎，無埋深的荷載與沉降關系的P~S

3. 結語

1.規范現有方法確定的地基承載力特征值只保證了地基的強度安全，并不能保證基礎的沉降安全，如果不進行變形驗算，容易引起誤用，以為滿足這個承載力就可以了，以致一些工程中出現變形過大，影響上部結構正常使用的情況。而另一方面規定了地基承載力特征值按壓板載荷試驗的沉降比取值又可能限制了地基承載力的充分利用，造成保守和不合理。

2.建議把地基承載力分為強度承載力特征值和變形承載力特征值，強度承載力特征值保證地基的穩定安全，變形承載力特征值保證上部結構的變形滿足使用安全，由上部結構的變形控制確定。

3.壓板載荷試驗確定地基的強度承載力特征值，不確定變形承載力特征值，強度承載力特征值可考慮用極限荷載或最大試驗荷載的50%，不按現規范的沉降比確定。

4.勘察和現場載荷試驗只提供強度承載力特征值，變形承載力特征值由變形計算，按變形控制確定，設計取強度承載力特征值和變形承載力特征值的小值作為允許的承載力特征值，這樣可以保證地基基礎的強度和變形安全，又能充分利用地基的承載力，使設計更科學合理。

5.為提高基礎沉降計算的準確性，可以考慮依據壓板載荷試驗建立的切線模量法進行沉降計算。

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