地基承载力

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摘要地基承载力的表达,不同的行业有所不同,尽管表达方式有所不同,但其内涵基本上是一致的。 关于地基承载力,首先有必要叙述两个基本概念:(1)地基承载力是指地基土单位面积上所能承受荷载的能力;地基承载力问题属于地基的强度和稳定性问题。(2)地基允许承载力是指同时满足地基强度、稳定性和变...

地基承载力

地基承载力的表达,不同的行业有所不同,尽管表达方式有所不同,但其内涵基本上是一致的。

关于地基承载力,首先有必要叙述两个基本概念:(1)地基承载力是指地基土单位面积上所能承受荷载的能力;地基承载力问题属于地基的强度和稳定性问题。(2)地基允许承载力是指同时满足地基强度、稳定性和变形要求时的承载力;它是一个变量,是和建筑物允许变形值密切联系在一起的。

地基承载力计算

1.承载力计算

(1)当既有建筑地基基础加固或增加荷载时,地基承载力计算应符合下式要求:1)当轴心荷载作用时:

p≤f(1-1)

式中 p——基础加固或增加荷载后基础底面处的平均压力设计值;

f——地基承载力设计值。应根据地基承载力标准值,按国家现行标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)确定。

对需要加固的地基应在加固后通过检测确定地基承载力标准值;对于增加荷载的地基应在增加荷载前通过地基检验确定地基承载力标准值;对于沉降已经稳定的既有建筑直接增层地基,可进行荷载试验直接测定地基承载力。

2)当偏心荷载作用时,除符合式(1-1)要求外,尚应符合下式要求:

pmax≤1.2f (1-2)式中

pmax——基础加固或增加荷载后基础底面边缘的最大压力设计值。

(2)基础加固或增加荷载后基础底面的压力,可按下式确定:

1)当轴心荷载作用时:p=(F+G)/A

式中 F——基础加固或增加荷载后上部结构传至基础顶面的竖向力设计值;

G——基础自重和基础上的土重设计值,在地下水位以下部分应扣去浮力;

A——基础底面面积。

2)当偏心荷载作用时:

pmax=(F+G)/A+M/W

pmin=(F+G)/A-M/W

式中 M——基础加固或增加荷载后作用于基础底面的力矩设计值;

W——基础加固或增加荷载后基础底面的截面模量;

pmin——基础加固或增加荷载后基础底面边缘的最小压力设计值。

2.地基承载力标准值的确定原则

(1)对于需要加固的地基应在加固后通过检测确定地基承载力标准值。

(2)对于增加荷载的地基应在增加荷载前通过地基检验确定地基承载力标准值。

(3)对于沉降已经稳定的既有建筑直接增层时,其地基承载力标准值,可根据增层工程的要求选用下列方法综合确定。

1)试验法

①载荷试验。

建筑物增层前可在基础下进行载荷试验直接测定地基承载力。

a.适用于地下水位以上既有建筑地基承载力和地基变形模量的测定。

b.试验压板面积宜取0.25~0.50m2,基坑宽度不应小于压板宽度或压板直径的三倍。试验时应保持试验土层的原状结构和天然湿度。在试压土层的表面,宜铺20mm厚的中、粗砂层。

c.试验位置应在承重墙的基础下,加载反力可利用建筑物的自重,使千斤顶上的测力计直接与基础下钢板接触。钢板大小和厚度可根据基础材料强度和加载大小确定。

d.在含水量较大或松散的地基土中挖试验坑时,应采取坑壁支护措施。

e.加载分级、稳定标准、终止加载条件和承载力取值应按国家现行标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)规定执行。

f.在挖试验坑时,可同时取土样检验其物理力学性质。以便对地基承载力取值和地基变形进行综合分析。

g.当既有建筑基础下有垫层时,试验压板应埋置在垫层下的原土层上面。

h.试验结束后应及时用低强度等级混凝土将基坑回填密实。

②室内土工试验。

建筑物增层前,可在原建筑物基础下0.5~1.5倍基础底面宽度的深度范围内取原状土,进行室内土工试验,根据试验结果按现行的有关规范确定地基承载力标准值。

2)经验法

建筑物增层时,其地基承载力标准值可考虑地基土的压密效应而予以提高,提高的幅度应根据既有建筑基底平均压力值、建成年限、地基土类别和当地成熟经验确定。

3.其他要求

(1)当地基受力层范围内有软弱下卧层时,尚应进行软弱下卧层地基承载力的验算。

(2)对建造在斜坡上或毗邻深基坑的既有建筑,应验算地基稳定性。

地基承载力单位

地基承载力是用于评价地基稳定性的一个综合指标,通常以千帕(kPa)为单位表示。它代表了地基土在单位面积上随荷载增加而能够承受的负荷能力。在实际工程应用中,常使用静载试验来检测地基承载力,通过测试确定地基在抗压、抗拔或水平承载方面的能力。此外,地基承载力的检测还可以包括复合地基承载力和锚杆(锚索、土钉)承载力等其他项目的测试。

地基承载力检测规范

《建筑地基检测技术规范》JGJ 340-2015

根据住房和城乡建设部《<关于印发2010年工程建设标准规范制订、修订计划>的通知》(建标[2010]43号)的要求,规范编制组经过广泛调查研究,认真总结实践经验,参考有关国际标准和国外先进标准,并在广泛征求意见的基础上,编制本规范。

本规范的主要技术内容是:1总则;2术语和符号;3基本规定;4土(岩)地基载荷试验;5复合地基载荷试验;6竖向增强体载荷试验;7标准贯入试验;8圆锥动力触探试验;9静力触探试验;10十字板剪切试验;11水泥土钻芯法试验;12低应变法试验;13扁铲侧胀试验;14多道瞬态面波试验。

地基承载力检测方法

1、平板荷载试验可适用于各类土壤、软质岩和风化岩体的测试。

2、螺旋板荷载试验适用于软土、一般粘性土、粉土以及砂类土的测试。

3、标准贯入试验适用于一般粘性土、粉土以及砂类土的测试。

4、动力触探适用于粘性土、砂类土和碎石土的测试。

5、静力触探适用于软土、粘性土、粉土、砂类土以及含少量碎石的土层的测试。

6、岩体直剪试验适用于具有软弱结构面的岩体和软质岩的测试。

7、预钻式旁压试验适用于确定粘性土、粉土、黄土、砂类土、软质岩石以及风化岩石。

8、十字板剪切试验适用于测定饱和软粘性土的不排水抗剪强度以及灵敏度等参数。

地基承载力不同的表达

工程设计中,对于地基承载力的表达,不同的行业有所不同。水利行业有关规范采用的都是地基允许承载力[R];建筑行业有关规范采用的都是地基承载力特征值fa;公路桥梁设计中采用的是地基允许承载力[σ]。

1.地基允许承载力

地基允许承载力是指地基稳定并且有足够安全度的承载能力,它相当于地基极限承载力除以一个安全系数,此即定值法确定的地基承载力。

地基允许承载力应同时满足地基强度、稳定性和变形要求时的承载力;它是一个变量,是和建筑物允许变形值密切联系在一起的。

地基允许承载力,是需要同时满足两个条件时的地基承载力。第一个条件是地基要有一定的强度,而且应有必要的安全储备;地基允许承载力[R]为极限荷载pu除以安全系数K,即[R]=pu/K。第二个条件是地基沉降不应大于相应的允许值[s]。

2.地基承载力特征值

地基承载力特征值是指地基稳定且具有保证可靠度的承载能力,它作为随机变量是建立在概率理论基础上的,用分项系数表达的极限状态设计法确定的地基承载力。用以表示正常使用极限状态计算时采用的地基承载力和单桩承载力的值,其含义即为在发挥正常使用功能时所允许采用的抗力设计值。

地基允许承载力和地基承载力特征值,两者相同点是在保证地基稳定的条件下,要求建筑物基础沉降的计算值不超过允许值。不同点有两点:一是确定地基承载力的方法不同,前者是采用定值法确定的地基承载力,后者是采用极限状态设计法确定的地基承载力;二是地基承载力所要求的基础底面的压力值不同。前者基底压力为设计值,后者为相应于荷载效应标准组合时,基础底面处的平均压力值。

因为采用的计算方法不同,两者在数值上不具有可比性。因此,在水工建筑物设计中,不能将地基允许承载力等同于地基承载力特征值。

地基承载力存在的误区

在工程勘察设计中,当只从地基强度提出地基承载力时,往往有人认为地基承载力是一个定值。例如,某些勘察报告中所提供的地基承载力,没有针对具体建筑,使人错误地认为地基承载力是一个定值。

在枢纽工程中,有多座建筑物时,如果用一个地基承载力是不合适的,不同位置和不同形式的水工建筑,其地基承载力是不相同的。

上海市为软土地基,过去,工程中通常有“老八吨”之说,即地基承载力为8t/m2;似乎地基承载力是一个定值,认识上存在误区。

地基承载力的确定方法

a.常用方法

水工建筑地基允许承载力的确定,常用以下4种方法:

(1)根据塑性开展区深度确定地基承载力。

(2)根据地基承载力的理论公式计算。

(3)根据原位试验确定。

(4)根据规范确定地基承载力。

应当指出,上述这些方法各有长短、互为补充,必要时可以按多种方法综合确定。设计时宜按建筑物安全等级以及地基岩土条件,结合当地经验适当选择。如果掌握了这些方法,在实践中又能充分调查并合理利用当地已有的经验,往往只需通过不多的勘察工作,就能比较正确地确定地基承载力。

b.综合考虑因素

地基承载力的确定,应根据建筑物的重要性、设计等级,采用一种方法,或采用几种方法综合确定。同时,确定地基承载力时,尚应结合当地工程经验按下列方法综合考虑:

(1)对1级水工建筑物,应采用公式计算及原位测试试验方法综合确定。

(2)对2、3级水工建筑物,应采用公式计算确定。

(3)对4、5级水工建筑物,有勘察资料时,可采用公式计算确定;无勘察资料时,可根据邻近建筑物(50m以内)的经验确定。

实际工程设计中,对于大、中型工程,应采用两种不同的方法来计算地基承载力,如果两种方法计算值相差较大,则还应采用第3种计算方法。多种方法计算时,可采用地基承载力的算术平均值。

目前,地基承载力的表达形式各行业均有所不同,因此,地基承载力的确定方法也同样有所不同。在水利工程中,水工建筑物天然地基的允许承载力,可以大于临塑荷载,因为在地基中出现范围不大的塑性区,并不危及水工建筑物的安全,所以,一般按塑性开展区深度确定地基允许承载力。而在建筑行业中,常采用从载荷试验或其他原位测试、试验值等方法确定的地基承载力特征值,并经深度修正后计算地基承载力。

确定地基承载力应考虑的因素

地基承载力不仅决定于地基土的性质,还受到以下影响因素的制约:

a.基础的埋深、宽度、形状

在用极限荷载理论公式计算地基承载力时是按条形基础考虑的,对于非条形基础应考虑形状不同对地基承载力的影响。

b.荷载倾斜与偏心的影响

在用理论公式计算地基承载力时,均是按中心受荷考虑的。但荷载的倾斜和偏心对地基承载力是有影响的。

c.覆盖层抗剪强度的影响

基底以上覆盖层抗剪强度越高,地基承载力显然越高,因而基坑开挖的大小和施工回填质量的好坏对地基承载力有影响。承载力公式中未考虑基底以上覆盖层抗剪强度,以保证承载力计算更安全。

d.地下水位的影响

地下水位以上,地基土受地下水的浮托作用,土的天然重度减小为浮重度;同时土的含水率增高,则地基承载力会降低。

e.下卧层的影响

确定地基持力层的承载力应对下卧层的影响作具体的分析和验算。

此外,还有基底倾斜和地面倾斜的影响、地基土压缩性和试验底板与实际基础尺寸比例的影响、相邻基础的影响、加荷速率的影响以及地基与上部结构共同作用的影响等。在确定地基承载力时,应根据建筑物的重要性及结构特点,对上述影响因素作具体分析。

地基承载力取决于地基土的抗剪强度

地基承载力取决于地基土的抗剪强度,在外荷载作用下,地基土体中将产生剪应力τ,当土中某点的剪应力达到土的抗剪强度τf时,该点就处于极限平衡状态。随着外荷载增大,当地基土中τ>τf时,土体将发生剪切破坏;随着荷载的继续增大,地基中剪切破坏的区域逐渐扩大;当破坏区扩展到极大范围,并且出现贯穿到地表面的滑动面时,整个地基即失稳破坏;土就沿着剪应力作用方向产生相对滑动,该点便发生剪切破坏。当地基中达到强度破坏的点越来越多,即地基中的塑性变形区范围不断扩大,最后形成一个连续的滑动面,这时建筑物的地基或土坡就会失去整体稳定而发生土体滑动破坏。

工程实践和室内试验都证实了土是由于受剪而产生破坏,剪切破坏是土体强度破坏的重要特点,土的强度问题实质上就是土的抗剪强度问题,因此,地基承载力的实质是地基土抗剪强度的宏观表现。土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力,是土的重要力学性质之一。工程中的地基承载力、挡土墙土压力、土坡稳定等问题都与土的抗剪强度直接相关。

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