對(duì)地基承載力特征值取值問題的探討

李蘊(yùn)鐳 暢秀俊

(華北有色工程勘察院有限公司，河北石家莊 050021)

0 引言

目前在勘察、設(shè)計(jì)實(shí)際工作中，都是采用并進(jìn)行深寬修正承載力設(shè)計(jì)值，很少利用抗剪強(qiáng)度指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算承載力設(shè)計(jì)值，所以承載力特征值的確定尤為重要，由于對(duì)巖土工程勘察經(jīng)驗(yàn)、勘察質(zhì)量、安全、經(jīng)濟(jì)效益或認(rèn)識(shí)理解的原因，往往會(huì)在勘察報(bào)告中提供一個(gè)比較小的承載力特征值。

1 承載力概念的變化和理解的偏差

20世紀(jì)70年代之前建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)沒有國(guó)標(biāo)，當(dāng)時(shí)是引用的蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。TJ 7-74工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)是我國(guó)第一部國(guó)標(biāo)，采用的是容許承載力，定義為保證地基穩(wěn)定的條件下，房屋和構(gòu)筑物的沉降量不超過容許值的地基承載能力。對(duì)于一般建筑物和構(gòu)筑物，按表4～表15查表即可，對(duì)于乙級(jí)建筑應(yīng)進(jìn)行沉積驗(yàn)算。

GBJ 7-89建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范是在《74規(guī)范》基礎(chǔ)上修訂的，承載力概念變更為承載力標(biāo)準(zhǔn)值，其地基承載力表中的數(shù)值基本沿用《74規(guī)范》，只作了局部調(diào)整。

GB 50007-2002，GB 50007-2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范，均取消了承載力表，承載力概念改為承載力特征值，定義:由載荷試驗(yàn)測(cè)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(duì)應(yīng)的壓力值，其最大值為比例界限值。

現(xiàn)行規(guī)范取消了承載力表，比例界限值是承載力特征值的最大值，規(guī)范或設(shè)計(jì)人員沒有要求提供承載力特征值最大值，是否意味著巖土工程勘察在承載力特征值最大值的范圍內(nèi)提多少都是正確的。不仔細(xì)考慮看起來是對(duì)的，如果考慮了“規(guī)定的變形”，并不是說只要小于最大值都是正確的。從《74規(guī)范》到《2011規(guī)范》承載力的名稱雖然做了改變，但實(shí)質(zhì)內(nèi)容并未改變，如用載荷試驗(yàn)確定承載力，均取比例界限點(diǎn)，各種規(guī)程規(guī)范承載力的經(jīng)驗(yàn)值(表格)都是和載荷試驗(yàn)的比例界限值建立的，也就是說經(jīng)驗(yàn)值表是承載力特征值最大值。規(guī)范沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψs的表5.3.5中的fak是從《89規(guī)范》繼承過來的，《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》中的fak應(yīng)與《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》相對(duì)應(yīng)，也就是說應(yīng)該是承載力特征值的最大值。

另外在勘察階段，設(shè)計(jì)人員不可能提出最終的基礎(chǔ)尺寸，承載力、基礎(chǔ)尺寸和變形需要反復(fù)試算才能最終確定;勘察人員也不可能在此階段提出符合“規(guī)定的變形所對(duì)應(yīng)”的承載力值，而隨意給出小于最大值的承載力特征值對(duì)沉降變形估算是有影響的，甚至是不利的。

2 工程實(shí)例

某工程辦公樓1棟，地上26層，高度97.8 m;住宅樓2棟，呈“L”形布置，地上32層，高度99.8m，筏型基礎(chǔ);商業(yè)樓為裙樓，地上4層，高度18.9 m，獨(dú)立基礎(chǔ)。所有建筑物均為地下2層，基礎(chǔ)尺寸及荷載待定，基礎(chǔ)埋深約為11.00 m。

勘察場(chǎng)地位于石家莊市內(nèi)，屬于太行山東麓山前微傾斜平原，沖洪積扇群上部，滹沱河一級(jí)階地上。地基土層為晚更新統(tǒng)的粉質(zhì)粘土、粉土、砂類土及碎石類土，強(qiáng)度較高，抗變形能力較好，無濕陷性。各地基土層的物理力學(xué)指標(biāo)及設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 地基土層的物理力學(xué)指標(biāo)及設(shè)計(jì)參數(shù)一覽表

設(shè)計(jì)等級(jí)為甲級(jí)的建筑物應(yīng)提載荷試驗(yàn)、抗剪強(qiáng)度指標(biāo)、變形參數(shù)指標(biāo)和觸探資料。根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)該建筑高層部分不能采用天然地基，天然地基的承載力特征值可以不通過載荷試驗(yàn)確定，可根據(jù)DB13(J)/T 48-2005河北省建筑地基承載力技術(shù)規(guī)程(試行)確定，按室內(nèi)土工試驗(yàn)物性指標(biāo)承載力特征值最大值為220 kPa;原位測(cè)試承載力特征值最大值為320 kPa;綜合取承載力特征值最大值為220 kPa。

2.1 復(fù)合地基變形估算的影響

對(duì)于高層建筑天然地基強(qiáng)度不能滿足上部結(jié)構(gòu)要求，需要進(jìn)行地基處理，采用CFG樁復(fù)合地基，設(shè)計(jì)提出的要求是復(fù)合地基承載力特征值為540 kPa，沉降值不大于50 mm，整體傾斜允許值為0.001 5。按河北省地方標(biāo)準(zhǔn)DB13(J)31-2011長(zhǎng)螺旋鉆孔泵壓混凝土樁復(fù)合地基技術(shù)規(guī)程復(fù)合地基承載力計(jì)算公式為:

其中，α為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，可取 α=0.7～1.0，實(shí)際計(jì)算取0.9;β 為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，可取 β=0.9～1.0，實(shí)際計(jì)算取0.9;m為面積置換率;R為單樁承載力。

復(fù)合土層的壓縮模量計(jì)算公式為:

復(fù)合地基樁端持力層選擇⑨粗砂，計(jì)算單樁承載力特征值取850 kN，面積置換率6.9%，復(fù)合地基承載力特征值545 kPa;復(fù)合土層的壓縮模量提高系數(shù)為3.63。如果按同樣的單樁承載力特征值、面積置換率參數(shù)，而持力層承載力特征值采用最大值，則復(fù)合地基承載力特征值604 kPa;復(fù)合土層的壓縮模量提高系數(shù)為2.75;復(fù)合地基壓縮模量見表2。

表2 復(fù)合土層壓縮模量表 MPa

按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行沉降估算，其沉降變形結(jié)果見表3。

表3 角點(diǎn)、中心點(diǎn)估算沉降表 mm

從表3中計(jì)算可以看出，持力層承載力不采用最大值，復(fù)合地基的承載力變化不大，但是復(fù)合土層的壓縮模量變化很大，盡管沉降估算可以滿足設(shè)計(jì)的要求，但還是相差很多的。如果按照變形控制設(shè)計(jì)，勘察報(bào)告不提供承載力特征值最大值反而變得不安全。

2.2 天然地基沉降變形估算的影響

當(dāng)多層建筑采用天然地基，獨(dú)立基礎(chǔ)，采用《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》5.3.5 公式進(jìn)行計(jì)算:

其中，ψs為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)地區(qū)沉降觀測(cè)資料和經(jīng)驗(yàn)確定，無地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)可根據(jù)變形計(jì)算深度內(nèi)的壓縮模量的當(dāng)量值、基底附加壓力按規(guī)范表4取值。

表4 沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψs

石家莊市沒有成熟的地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，只能按規(guī)范表5.3.5取值，當(dāng)基底附加壓力:P0≥fak，P0≤0.75fak或在兩者之間均有不同的取值(當(dāng)量值小于15 MPa)，該工程基底附加壓力不大于0.75×150 kPa或不小于220 kPa，沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)是一致的，基底附加壓力在0.75×(150～220)kPa之間時(shí)沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)是不一致的，沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)ψs取值偏大，沉降估算值也相應(yīng)的偏大。

3 結(jié)語

1)復(fù)合地基的沉降變形估算，其值小于按承載力特征值最大值估算的沉降變形值;

2)天然地基在一定條件下沉降變形估算，其值大于按承載力特征值最大值估算的沉降變形值;

3)巖土工程勘察宜向設(shè)計(jì)提供地基土層承載力特征值的最大值，設(shè)計(jì)人員可以在此基礎(chǔ)上反復(fù)試算以最終確定滿足變形要求的承載力特征值。

［1］JGJ 79-2002，建筑地基處理技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］DB13(J)/T 48-2005，河北省建筑地基承載力技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］GB 50007-2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］顧寶和.地基承載力的來龍去脈［J］.工程勘察，2004(3):9-12.