地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值、特征值、允許值的辨析

張孝松 福州第七建筑工程有限公司 福州 350001

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50007 -2011 (以下簡(jiǎn)稱“2011 《地基規(guī)范》”)與GB 50007 -2002”相比，2011 版有了多處補(bǔ)充和完善。如在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)分類表中增加了基坑工程的內(nèi)容(雖然基坑工程既非地基工程也非基礎(chǔ)工程);明確了“抗浮驗(yàn)算”屬于基礎(chǔ)穩(wěn)定性的內(nèi)容而非地基穩(wěn)定性，并給出了驗(yàn)算公式和控制條件(雖然被安排在第5 章第4 節(jié)“(地基)穩(wěn)定性計(jì)算”中而非第8 章“基礎(chǔ)(設(shè)計(jì))”中);對(duì)巖石地基設(shè)計(jì)也補(bǔ)充了一些新的規(guī)定等等。盡管如此，在“2011 《地基規(guī)范》”中仍有一些不足之處。例如在地基巖土抗力性能基本代表值的術(shù)語及其參數(shù)的表達(dá)上，規(guī)范及其條文說明多有疑似悖論之處。其中之一就是，“地基承載力允許值是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四個(gè)含義之一”，或者說“地基承載力允許值就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值”。

本文擬就地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值、特征值和允許值之間的關(guān)系，臚陳二三，供有關(guān)部門參考并冀以能收到裨補(bǔ)闕漏之效。

1 規(guī)范之說法

在“2011 《地基規(guī)范》”第2. 1. 3 條的《條文說明》中，對(duì)我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范中的“標(biāo)準(zhǔn)值”做出了如下解釋:“根據(jù)國(guó)外有關(guān)文獻(xiàn)，相應(yīng)于我國(guó)規(guī)范中‘標(biāo)準(zhǔn)值’的含義可以有特征值、公稱值、名義值、標(biāo)定值四種，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)可靠性總原則》ISO 2394 中相應(yīng)的術(shù)語直譯為‘特征值’(Characteristic Value)，該值的確定可以是統(tǒng)計(jì)得出，也可以是傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)值或某一物理量限定的值”。這條解釋是針對(duì)“標(biāo)準(zhǔn)值”所做出的通用性解釋，即適用于所有被稱之為“標(biāo)準(zhǔn)值”的物理量。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，主要有三個(gè)物理量，作用(荷載)、材料性能和幾何參數(shù)，它們的基本代表值，都是用標(biāo)準(zhǔn)值表述的(見文獻(xiàn)1 第2. 9.1 條第45 款、第2. 10. 1 條第29 款、第32 款)。而地基承載力是材料性能(巖土強(qiáng)度)中的重要性能，所以該《條文說明》的解釋也適用于地基承載力。依據(jù)該《條文說明》的解釋，地基承載力特征值就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四個(gè)含義之一，或者說，地基承載力特征值就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，也是地基承載力的基本代表值。

同時(shí)，在該規(guī)范的第4. 2. 2 條的《條文說明》中又認(rèn)為，“地基承載力特征值是指由載荷試驗(yàn)地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形對(duì)應(yīng)的壓力值，實(shí)際即為地基承載力的允許值”。文獻(xiàn)2 第5 頁也認(rèn)為，“本次規(guī)范對(duì)地基設(shè)計(jì)采用正常使用極限狀態(tài)這一原則，所選定的地基承載力是在地基土的壓力變形曲線線性變形段內(nèi)相應(yīng)于不超過比例界限點(diǎn)的地基壓力值，即允許承載力?！庇纱丝梢?，“2011 《地基規(guī)范》”采用的地基承載力特征值就是地基承載力的允許值。

綜上兩《條文說明》的解釋即可推出，地基承載力允許值即為地基承載力特征值，而地基承載力特征值又是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一，所以地基承載力允許值理所當(dāng)然地就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一。簡(jiǎn)言之，地基承載力允許值就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

2 兩者之差別

地基承載力允許值果真是標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一嗎?果真等同于它的標(biāo)準(zhǔn)值嗎?答案應(yīng)當(dāng)是否定的。將兩者對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)，兩者之間至少存在著以下三點(diǎn)差別。

2.1 產(chǎn)生背景和使用條件不同

上世紀(jì)70年代的一系列建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，其中包含《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》TJ 7 -74。在這部規(guī)范中，表征地基抗力的術(shù)語是地基容許承載力，而該規(guī)范“是按著安全系數(shù)法制定的，地基設(shè)計(jì)承載力允許值的安全系數(shù)采用2. 0” (文獻(xiàn)2 第1 頁)。由此可見，地基承載力允許值只適用于安全系數(shù)法(或容許應(yīng)力法)。在該規(guī)范中既未出現(xiàn)也沒使用“地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值”或“地基承載力特征值”等術(shù)語。

由于上世紀(jì)70年代的設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)構(gòu)的可靠性理論仍停留在“定值設(shè)計(jì)方法”階段，一些規(guī)范如《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》TJ 17 -74、《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)》GBJ 5 -73 及《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》TJ 7 -74 等，采用容許應(yīng)力法的設(shè)計(jì)表達(dá)式，材料抗力采用容許應(yīng)力值或容許承載力;另外一些規(guī)范如《磚石結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(試行)》GBJ 3 -73、《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》TJ 10 -74 等，采用安全系數(shù)法的設(shè)計(jì)表達(dá)式，材料抗力采用強(qiáng)度或設(shè)計(jì)強(qiáng)度，但在構(gòu)件截面強(qiáng)度設(shè)計(jì)表達(dá)式中荷載效應(yīng)要乘以安全系數(shù)K。在以上所有的規(guī)范中也都不使用“強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值”或“承載力標(biāo)準(zhǔn)值”等術(shù)語。

所以，“材料的容許應(yīng)力”、“荷載效應(yīng)乘以安全系數(shù)”(即材料的強(qiáng)度除以安全系數(shù))、“地基土的容許承載力”等術(shù)語，都是定值設(shè)計(jì)方法階段的產(chǎn)物，與當(dāng)前廣泛采用的以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法沒有關(guān)系，在極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法提出之前即已廣泛用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中。

《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GBJ 68 -84 發(fā)布之后又陸續(xù)發(fā)布了《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50153 -92 和《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50068 -2001、 《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50153 -2008 等統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，作為建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范以及鋼結(jié)構(gòu)、薄壁型鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)規(guī)范編制時(shí)應(yīng)遵守的規(guī)定和原則，在制定建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)也宜遵守這些統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)所制定的原則。這些統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)都要求，結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)具有足夠的或適當(dāng)?shù)目煽慷龋煽慷炔捎靡愿怕世碚摓榛A(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法分析確定，并用可靠指標(biāo)β 度量?？煽恐笜?biāo)β 與失效概率Pf的關(guān)系為β= -φ-1(Pf)，其中φ-1(Pf)為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布函數(shù)的反函數(shù)。此時(shí)，“結(jié)構(gòu)構(gòu)件宜根據(jù)規(guī)定的可靠指標(biāo)，采用由作用的代表值、材料性能的標(biāo)準(zhǔn)值、幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值和各相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)構(gòu)成的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)” (文獻(xiàn)4 第4.3. 8 條)。從此以后，術(shù)語“標(biāo)準(zhǔn)值”才逐漸使用在各專業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范中。由此可見，材料性能標(biāo)準(zhǔn)值特別是材料抗力標(biāo)準(zhǔn)值，是伴隨極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法而衍生出來的概念，是結(jié)構(gòu)可靠度理論發(fā)展到以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)階段的產(chǎn)物，只適用于以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，在極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式中，都不再使用容許應(yīng)力或安全系數(shù)等參數(shù)。

所以，當(dāng)采用定值設(shè)計(jì)方法計(jì)算地基承載力時(shí)，地基(巖土)抗力采用地基承載力允許值;當(dāng)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法計(jì)算地基承載力時(shí)，則采用地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。兩者的使用條件是不同的。

在“2011 《地基規(guī)范》”中，一方面稱地基設(shè)計(jì)采用的是，極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法中的“正常使用極限狀態(tài)”(第3. 0. 5 條)，一方面又使用地基承載力特征值(即允許值)作為地基土的抗力指標(biāo)，并使用容許應(yīng)力方法的設(shè)計(jì)表達(dá)式，顯然是不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

2.2 數(shù)學(xué)處理方法不同

文獻(xiàn)3、4 都規(guī)定，材料性能標(biāo)準(zhǔn)值為“符合規(guī)定質(zhì)量的材料性能概率分布的某一分位值”。并明確指出，“材料和巖土的強(qiáng)度、彈性模量、變形模量、壓縮模量、內(nèi)摩擦角、黏聚力等物理力學(xué)性能，應(yīng)根據(jù)有關(guān)的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)試驗(yàn)確定”，并“采用隨機(jī)變量概率模型描述”和“運(yùn)用參數(shù)估計(jì)和概率分布的假設(shè)檢驗(yàn)方法確定。檢驗(yàn)的顯著性水平可取0.05”。事實(shí)上，很多材料如鋼筋、混凝土、鋼材、砌體，乃至于巖土的內(nèi)摩擦角、黏聚力的標(biāo)準(zhǔn)值都是按上述要求確定的。就連《巖土工程勘察規(guī)范》GB 50021 -2001 (2009年版)第2. 1. 13 條也認(rèn)為，巖土參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，即“巖土參數(shù)的基本代表值，通常取概率分布的0.05 分位值”。這就是說，標(biāo)準(zhǔn)值的數(shù)學(xué)特征就是概率分布的0.05 分位值。

在“2011 《地基規(guī)范》”中，有些稱為標(biāo)準(zhǔn)值的巖土參數(shù)，如巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frk、黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值ck和內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值φk等，都是取試驗(yàn)破壞時(shí)的平均值乘以統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)而得出，統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)是按概率分布的0.05 分位值確定的;另有一些巖土參數(shù)，如地基承載力等，被稱之為特征值(即允許值)，則是取載荷試驗(yàn)時(shí)與比例界限點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的承載力(且不大于破壞時(shí)的極限荷載的一半或1/3)，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)處理(如剔除異常數(shù)據(jù)并取其平均值)而得出，與概率分布毫無關(guān)系。

由此可見，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，必須是概率分布的0.05 分位值。而地基承載力特征值(即允許值)，只進(jìn)行簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)處理甚至不進(jìn)行數(shù)學(xué)處理(如第5. 2. 4 條規(guī)定的經(jīng)驗(yàn)值法)即可。兩者使用的數(shù)學(xué)處理方法是不相同的。

一方面認(rèn)為地基承載力特征值(即允許值)是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一，一方面又不用概率分布的方法來確定，不僅不符合文獻(xiàn)3、4 的規(guī)定，也從另一角度說明了地基承載力特征值(即允許值)，并不是標(biāo)準(zhǔn)值的四個(gè)含義之一。

2.3 力學(xué)的物理量不同

文獻(xiàn)3、4 都明確規(guī)定，結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用材料性能標(biāo)準(zhǔn)值，若材料性能為抗力時(shí)，應(yīng)采用材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，亦即材料強(qiáng)度概率分布的0.05 分位值。所謂強(qiáng)度，應(yīng)是材料抵抗破壞的能力，即材料所能承受的最大應(yīng)力，而不是材料所能承受的最大應(yīng)力的若干份之一(最大應(yīng)力的若干份之一應(yīng)稱之為允許應(yīng)力不能稱之為強(qiáng)度或強(qiáng)度允許值)。同理，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值也是指地基所能承受的最大荷載即極限值，而不是地基所能承受的極限值的若干份之一。實(shí)際上，巖土的單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值frk、黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值ck、內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值φk等都是指試驗(yàn)時(shí)得出的最大值或極限值并經(jīng)數(shù)學(xué)處理得出的。所以地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值必須是強(qiáng)度或極限值的0.05 分位值。

地基承載力允許值(即特征值)則不同，它是取地基土的比例界限值或極限值的若干份之一，而不是取極限值。標(biāo)準(zhǔn)值和允許值(即特征值)的力學(xué)特征是不同的。這再一次證明，地基承載力允許值(即特征值)不是它的標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一，甚至都不能稱之為承載力，因?yàn)槌休d力或承載能力有“結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所能承受的最大內(nèi)力”之含義，所以“2011 《地基規(guī)范》”中地基承載力特征值(即允許值)的準(zhǔn)確稱呼應(yīng)是地基(巖土)的容許應(yīng)力。

采用材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值或地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(極限值)而不采用容許應(yīng)力或地基承載力允許值進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法和定值設(shè)計(jì)方法最根本的差別。所謂承載能力乃是指“結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所能承受的最大內(nèi)力，或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形時(shí)的內(nèi)力” (文獻(xiàn)1 第2.10.1 條第14款)，只有采用材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值或地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(極限值)，并按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的可靠指標(biāo)和失效概率符合文獻(xiàn)3、4 的規(guī)定。而采用材料的容許應(yīng)力或地基承載力允許值并按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)是無法知曉其可靠指標(biāo)和失效概率的。

在“2011 《地基規(guī)范》”中，一方面認(rèn)為地基承載力特征值(即允許值)就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，一方面又用地基容許應(yīng)力(第2. 1. 3 條)來定義地基承載力特征值(即允許值)，這不僅混淆了兩者的力學(xué)概念，也不相符合文獻(xiàn)3、4 的規(guī)定。

綜合以上三點(diǎn)差別可知，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和地基承載力允許值(即特征值)的差別是極其明顯的，將地基承載力允許值視為地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一是非常不恰當(dāng)?shù)?。?zhǔn)確地說，用地基承載力特征值來表征地基承載力允許值是非常不恰當(dāng)?shù)摹?/p>

3 細(xì)節(jié)之討論

前面分析了地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和允許值的三點(diǎn)差別，現(xiàn)在就它們的幾個(gè)細(xì)節(jié)問題進(jìn)行深入的討論。

(1)“2011 《地基規(guī)范》”第2. 1. 3 條《條文說明》中提到的“我國(guó)規(guī)范中‘標(biāo)準(zhǔn)值’的含義可以有特征值、公稱值、名義值、標(biāo)定值四種”的說法，基本上是沒錯(cuò)的。需要解釋的是，其中的公稱值、名義值、標(biāo)定值等三個(gè)術(shù)語的概念是完全相同的。這在國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中都有據(jù)可查。如名義值，在文獻(xiàn)4 第2. 1. 30 條的定義是“用非統(tǒng)計(jì)方法確定的值”。它的英文術(shù)語是nominal value;公稱值，在《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009 -2012 第3. 1. 2 條的《條文說明》中的解釋為，“目前，并非對(duì)所有荷載都能取得充分的資料，為此，不得不從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)已有的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過分析判斷后，協(xié)議一個(gè)公稱值(nominal value)作為代表值”，這就是說，公稱值是依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)協(xié)議得出的值;標(biāo)定值，則在文獻(xiàn)1 第9 節(jié)《條文說明》中有明確的解釋，其概念與上述公稱值相同，其英文術(shù)語也是nominal value。所以，公稱值、名義值、標(biāo)定值的準(zhǔn)確含義可采用文獻(xiàn)3 的定義，即“用非統(tǒng)計(jì)方法確定的值”。這樣一來，我國(guó)規(guī)范中“標(biāo)準(zhǔn)值”的含義，只有兩種:Characteristic Value 和nominal value，而不是四種。其中nominal value 可譯成名義值，或公稱值，或標(biāo)定值。

(2)誠(chéng)然，Characteristic Value 直譯為特征值，但在我國(guó)，幾乎所有的規(guī)范都譯為標(biāo)準(zhǔn)值，同時(shí)把漢語中的標(biāo)準(zhǔn)值也譯為Characteristic Value (只有“2011 《地基規(guī)范》”譯為Standardized Value)。標(biāo)準(zhǔn)值和特征值雖然詞源相同，其概念的內(nèi)涵有細(xì)微區(qū)別。上一節(jié)中關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)值的概念，準(zhǔn)確地說應(yīng)當(dāng)是特征值的概念。此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值就是特征值，標(biāo)準(zhǔn)值的概念和就是特征值的概念，都是概率分布的0.05 分位值。若因某種原因無法通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)得出特征值時(shí)，才取名義值作為標(biāo)準(zhǔn)值。這是一種無奈的選擇，所以文獻(xiàn)3 只將概率分布的0.05 分位值作為標(biāo)準(zhǔn)值的定義，而略去了名義值的存在。只是稍后，在制定文獻(xiàn)4 時(shí)，才將標(biāo)準(zhǔn)值的含義擴(kuò)展到名義值，使標(biāo)準(zhǔn)值的定義更符合我國(guó)國(guó)情。

雖然標(biāo)準(zhǔn)值有特征值和名義值兩種含義，但在確定標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，特征值要優(yōu)先于名義值，只有堅(jiān)持“特征值優(yōu)先于名義值”的原則，才能體現(xiàn)出極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法是以概率理論為基礎(chǔ)的重要特性。把特征值、公稱值、名義值、標(biāo)定值并列而不分主次，嚴(yán)格說來是不確切的，會(huì)給人一種誤解，似乎是特征值和名義值都可以毫無條件的稱為標(biāo)準(zhǔn)值。實(shí)際上用名義值充當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)值是有條件的，其條件是無法計(jì)算出特征值。

(3)在我國(guó)規(guī)范中，特征值和無法確定特征值時(shí)的名義值，都可稱之為標(biāo)準(zhǔn)值。但是在確定材料強(qiáng)度或地基承載力(巖土強(qiáng)度)名義值時(shí)，必須是材料強(qiáng)度或地基承載力(巖土強(qiáng)度即巖土極限承載力)的真實(shí)反映，如果反映的是材料強(qiáng)度或地基承載力(巖土強(qiáng)度)的一半或三分之一，還是不能稱之為名義值，也不能稱之為材料強(qiáng)度容許值或地基承載力容許值，只能稱之為容許應(yīng)力值(permissible stress value)。

(4)之所以采用特征值(即允許值)作為地基承載能力設(shè)計(jì)時(shí)的地基抗力指標(biāo)，是為了“避免過去一律提‘標(biāo)準(zhǔn)值’時(shí)所帶來的混淆”。這一解釋很令人費(fèi)解。當(dāng)前，幾乎所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，材料的抗力(強(qiáng)度)指標(biāo)，如混凝土、鋼筋、磚石砌體、鋼材等等，都使用標(biāo)準(zhǔn)值作為基本代表值，似未聽說有什么混淆，就是在“2011 《地基規(guī)范》”中，有些巖土性能，如黏聚力和內(nèi)摩擦角等也都采用標(biāo)準(zhǔn)值作為基本代表值，似也未有混淆之說。尤其是在使用室內(nèi)飽和單軸抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方法來確定完整、較完整和較破碎巖石的地基承載力特征值的計(jì)算公式(5.2.6)中同時(shí)出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)值和特征值，并且是由標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算出特征值，也都沒帶來混淆。相反的是，用特征值表達(dá)允許值后，反而混淆了標(biāo)準(zhǔn)值、特征值、允許值三者之間的關(guān)系，甚至推演出允許值等于標(biāo)準(zhǔn)值的疑似悖論。進(jìn)而將容許應(yīng)力法視為極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法中的正常使用極限狀態(tài)，又混淆了兩類設(shè)計(jì)方法的概念。

4 更改之建議

通過上述分析和討論，不難得出“地基承載力允許值等于它的標(biāo)準(zhǔn)值”這一疑似悖論的原因，那就是在“2011 《地基規(guī)范》”中，實(shí)際存在兩個(gè)不同的特征值，其一是“標(biāo)準(zhǔn)值四個(gè)含義之一”的特征值，由試驗(yàn)的極限值(破壞值)概率分布的0.05 分位值確定;其二是“實(shí)際即為地基承載力允許值”的特征值，由載荷試驗(yàn)時(shí)的比例界限且不大于極限值一半或1/3 來確定。兩個(gè)概念不同的特征值的并存，不僅混淆了標(biāo)準(zhǔn)值和允許值的關(guān)系，也不符合術(shù)語名稱單一性的原則。所謂術(shù)語名稱單一性，就是“在一個(gè)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，一個(gè)術(shù)語只有一個(gè)概念，一個(gè)概念只用一個(gè)術(shù)語來表達(dá)”［5］。

正是由于兩個(gè)內(nèi)涵完全不同的概念用一個(gè)術(shù)語來表述，才出現(xiàn)了“地基承載力允許值就是它的標(biāo)準(zhǔn)值”這種疑似悖論的結(jié)果，解決這一問題的最簡(jiǎn)單的方法就是將“2011 《地基規(guī)范》”第2.1.3 條所定義的壓力值，即將“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”改稱為容許應(yīng)力值。同時(shí)在規(guī)范條文中坦誠(chéng)而明確地說明，地基承載能力的計(jì)算采用的是容許應(yīng)力法而非極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法中的正常使用極限狀態(tài)。

這種更改是有根據(jù)的，也是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。固然，在文獻(xiàn)3 第1.0.3 條對(duì)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的制定提出了較苛刻的要求:“宜遵守本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的原則”。但在稍晚發(fā)布的GB 50153 -2008第1.0.3 條卻放寬了要求: “當(dāng)缺乏統(tǒng)計(jì)資料時(shí)，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可根據(jù)可靠的工程經(jīng)驗(yàn)或必要的試驗(yàn)研究進(jìn)行，也可采用容許應(yīng)力或單一安全系數(shù)等經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行”。同時(shí)在《條文說明》中不僅挑明了，“2011 《地基規(guī)范》”中地基設(shè)計(jì)采用的是容許應(yīng)力法和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用的是極限狀態(tài)法的事實(shí)，還對(duì)這一做法給予了肯定。認(rèn)為積極推廣和廣泛采用以概率理論為基礎(chǔ)以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，并不意味著排斥其它有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。

5 結(jié)語

通過上述分析和討論，可知地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和允許值，是兩個(gè)不同的概念，兩者完全不相同。而特征值則是標(biāo)準(zhǔn)值的兩種含義之一，同允許值是兩個(gè)不同的概念。

地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值即特征值是表征地基巖土強(qiáng)度的基本代表值，它的內(nèi)涵是地基巖土強(qiáng)度概率分布的0.05 分位數(shù)。在這一點(diǎn)上，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)都是相同的。由于它是結(jié)構(gòu)可靠度理論發(fā)展到極限狀態(tài)設(shè)計(jì)階段的產(chǎn)物，且源于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)，比較客觀，如按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以知曉結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載能力的失效概率大致在什么范圍內(nèi)。

地基承載力允許值(實(shí)際為地基的容許應(yīng)力值)，其內(nèi)涵為載荷試驗(yàn)的極限值除以安全系數(shù)的商且不大于比例界限值，安全系數(shù)是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定的，是結(jié)構(gòu)可靠性理論在定值設(shè)計(jì)方法階段的產(chǎn)物，與極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法無關(guān)。

在“2011 《地基規(guī)范》”中，之所以產(chǎn)生地基承載力允許值為它的標(biāo)準(zhǔn)值的四個(gè)含義之一的疑似悖論，其原因在于，把地基承載力允許值稱之為地基承載力特征值。若將“2011 《地基規(guī)范》”中的特征值改為容許應(yīng)力值，正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法改為容許應(yīng)力法，問題就將獲得圓滿的解決。

1 GBJ I32 -90，工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本術(shù)語和通用符號(hào)［S］

2 本書編委會(huì)，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范理解與應(yīng)用 (第二版)［M］. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社. 2012，1 -5.

3 GB 50068 -2001，建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［S］

4 GB 50153 -2008，工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)［S］

5 住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部標(biāo)準(zhǔn)定額司，工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)編制指南［M］. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009，25.