地基承载力值

【摘要】天然地基承载力是工程建设中重要的工程地质设计参数。正确评价地基承栽力是保证工程建设安全、经济的前提，但现在的设计规范出现了许多关于地基承载力值的术语，不同的规范用不同的地基承载力值，就是同行业的同一本规范不同版本，地基承载力值也存在着不同，本文对工程中几种常见地基承栽力值的概念、定义和确定方法进行了阐述，以期对工程人员正确认识几种地基承载力有所帮助，并分析了几种地基承载力值及各种确定地基承载力方法的特点。

【关键词】地基承载力值；载荷试验；理论计算；原位测试

Abstract The natural bearing capacity of foundation engineering construction engineering geological design parameters. Correct evaluation of the foundation carrying capacity is to ensure construction safety, the premise of the economy, but now the design specifications of a number of terms on the value of bearing capacity of foundation, different rules with different values ​​of bearing capacity of foundation is the same in the same industry in this specification different versions, the foundation bearing capacity of the existence of different, this paper described the engineering of several common foundation of the concept of carrying capacity values​​, define and determine, with a view to a correct understanding of the engineering staff several bearing capacity of foundation help and analyze the characteristics of several foundation bearing capacity values ​​and various established foundation bearing capacity method.

Key words foundation bearing capacity value; load test; theoretical calculations; situ test

中图分类号:TV223文献标识码：A 文章编号：

1 前言

我国在以往工程建设中，较多地出现过以下几种地基承载力值：地基承载力基本值 ，承载力标准值 ，承载力特征值 ，地基容许承载力，地基极限承载力。由于各承载力概念上的差别，其确定方法也不同，这给岩土工程勘察、工程设计和施工人员造成很大的不便。本文详细介绍地基承载力的定义、概念及其确定方法，以期对工程人员正确认识几种地基承载力有所帮助。

2 几种承载力的定义

地基承载力基本值，是指按有关规范（铁路、公路行业规范常见）规定的一定的基础宽度和埋置深度条件下的地基承载能力，通常是根据室内试验及其它原位测试综合确定[1,2]，也可以根据室内试验测定的地基土的某些物理力学性质指标来查取承载力表来确定。《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）也曾使用过地基承载力基本值这个概念

地基承载力标准值与地基承载力设计值都是按概率极限状态原则设计提出的，标准值是指按有关规范规定的标准方法试验并经统计处理后的承载力值, 设计值等于标准值除以分项系数，按照概率极限状态设计的原理，抗力分项系数是大于1的[3]，因此设计值必然小于标准值。

地基承载力特征值是《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）提出的，指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值 ，但是规范中又提出地基承载力特征值可由其他原位测试、公式计算、并结合经验值等方法确定[4]，按其基本属性仍然是强度条件下的地基承载力，因此这种承载力并不一定满足建筑地基的容许变形值，还要根据建筑地基基础设计等级及与地基容许变形值配合使用。

地基容许承载力，是指作用在基底的压应力不超过地基的极限承载力，并且有足够的安全度，而所引起的变形又不超过建筑物的容许变形，同时满足强度和变形要求的地基单位面积上所能承受的荷载就定义为地基容许承载力，取极限荷载除以安全系数（一般为2）得到地基容许承载力。

地基极限承载力，是指使地基土发生剪切破坏而即将失去整体稳定性时相应的最小基础底面压力，一般是在钢塑体假定的基础上考考钢塑体的极限平衡条件得到的半理论半经验公式[5]，或是从原位的载荷试验得到。

3 地基承载力的确定

确定地基承载力的方法主要有三种：① 理论计算法；②现场原位测试法；③按规范查表法。

3.1理论计算法

理论计算法是以土的强度理论为基础，根据地基土中塑性变形区发展范围以及整体剪切破坏等不良情况在一定的假设条件下通过公式推导，主要有临塑荷载计算公式、控制塑性区计算公式、极限承载力计算公式三种。

3.1.1临塑荷载计算公式

临塑荷载fcr是指在外荷作用下，地基土刚出现剪切破坏（即开始由弹性变形进入塑性变形）时的临界压力[5]，由下式计算：

3.1.2控制塑性区计算公式

大量建筑工程实践表明，采用上述临塑荷载作为地基承载力往往偏于保守。当建筑地基中发生少量局部剪切破坏，但只要塑性变形区范围控制在一定限度（此塑性区一般规定为其最大深度不大于基础宽度的1/4），并不影响建筑物安全。这样还可以提高地基承载力，降低工程造价。当偏心距小于或等于0.033倍的基础底面宽度时，在满足变形要求的条件下，可根据土的抗剪强度指标按下式确定地基承载力特征值[4]：

式中 γ ――基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；

γm――基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；

d――基础埋置深度（m），一般自室外地面标高算起；

fa――由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值；

Mb、Md、Mc――承载力系数，按建筑地基基础设计规范GB50007-2002表5.2.5确定；

b――-基础底面宽度大于6m时按6m取值对于砂土小于3m时按3m取值

Ck――基底下一倍短边宽深度内土的粘聚力标准值

3.1.2极限承载力计算公式

作用在地基上的荷载较小时，地基处于稳定状态。随着荷载的增大，地基中产生局部剪切破坏的朔性区也越来越大。继而地基中的塑性区将发展为连续贯通的滑动面，地基丧失整体稳定性而破坏。此时地基承受的荷载达到极限值[5]：

式中 γ、γo――分别为基底以下和基底以上土的平均重度，地下水位以下取浮重度（KN/）；

d――基础埋置深度，一般自室外地面算起；

CK――基底下持力层内粘聚力标准值（KPa）；

Nr、Nr、Nr――承载力系数， 按高层建筑岩土工程勘察规程JGJ72-2004表A.0.1-1确定

ζr、ζq、ζc――基础形状系数，按高层建筑岩土工程勘察规程JGJ72-2004表A.0.1-2确定

3.2现场原位测试法

原位测试在确定地基土承载力方面有重要意义，无数实践经验和理论计算表明，原位测试的代表性好、测试结果精度较高，因而较为可靠。

3.2.1载荷试验确定地基承载力

用载荷试验确定地基承载力被认为是最可靠、有效的办法。它适用于各类地基土。规范规定，对于设计等级为甲级的建筑物，必须做现场载荷试验以确定其承载力特征值[4]。载荷试验相当于在工程原位进行的缩尺原型试验，能比较直观地反映地基土的变形特性，该法具有直观和可靠性高的特点。

地基静载试验主要应绘制p-s曲线，但根据需要，还可绘制各级荷载作用下的沉降和时间之间的关系曲线以及地面变形曲线。

例如图3.2-1所示：

图3.2-1某地基静载试验的荷载~位移曲线（p~s曲线）

OA段为弹性阶段，曲线特征为近似线性，基本上反映了地基土的弹性性质，A点对应的荷载称为临塑荷载；

AB段为塑性发展阶段，曲线特征为曲率加大，表明地基土由弹性过渡到弹塑性，并逐步进入破坏；

BC段为破坏阶段，曲线特征为产生陡降段，C点对应的荷载称为破坏荷载，C点荷载的前一级荷载（不一定是B点）称为极限荷载。

若绘出的p~s曲线的直线段不通过坐标原点，可按直线段的趋势确定曲线的起始点，以便对p~s曲线进行修正。

《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002附录C、D有对于确定地基承载力的相关规定[4]。

3.1.2静力触探试验确定地基承载力

静力触探法求地基承载力一般依据的是经验公式。这些经验公式是建立在静力触探和载荷试验的对比关系上。用静力触探法求地基承载力要充分考虑土质的差别，特别是砂土和粘土的区别。另外，静力触探法提供的是一个孔位处的地基承载力，用于设计时应将各孔的资料进行统计分析以推求场地的承载力，此外还应进行基础的宽度和埋置深度的修正。

图3.1-2 静力触探示意及其曲线

（a）静力触探示意及土层剖面（b）静力触探曲线

我国对使用静力触探法推求地基承载力已积累了相当丰富的经验，经验公式很多。在使用这些经验公式时应充分注意其使用的条件和地域性，并在实践中不断地积累经验。

铁路部门提出的经验公式（见《铁路工程地质原位测试规程》）如下[6]：

对于Ql~Q3沉积的老粘土地基，比贯入阻力ps在2700~6000kPa的范围内时采用如下公式计算地基的基本承载力0：

0=0.1ps

对于Q4一般粘性土地基的基本承载力0采用下式计算：

0=5.8ps0.5-46

对于软土地基的基本承载力0采用下式计算：

0=0.112ps+5

对于一般砂土及粉土地基的基本承载力0采用下式计算：

0=0.89ps0.63+14.4

上列各式的单位均为kPa。

相应的深、宽修正系数如下表：

表2-2由贯入阻力ps定宽、深修正系数k1和k2

3.3按规范查表法

该方法是根据室内土工试验测定的地基土的物理力学性质指标平均值，然后查取承载力表以确定其承载力。这一方法主要优点是使用方便，但存在很大的弊端。承载力表是用大量的试验数据，通过统计分析得到的，但我国幅员辽阔，不同地区的地质条件存在很大的差异，所以这种统计分析在全国范围内没有普遍适应性。利用查表法确定承载力，在很多地区可能会偏于保守，也可能会偏于不安全。前者会造成浪费，后者可能会造成工程隐患。随着设计水平和对工程质量要求的提高，变形控制已是地基设计的重要原则，所以新规范（2002规范）取消了承载力表，勘察单位可根据试验和地区经验确定承载力。目前，大部分城市和地区都根据地区岩土特点编制了地方规范。

4 结束语

在实际工作时，我们可能会用到许多不同的勘察设计规范，而在不同的规范中又有不同的地基承载力值的定义，仅仅是名称的不同还是有实质性的差别？不同的地基承载力值的定义反映了我国岩土工程标准化存在的问题。

比较以上三种确定地基承载力的方法，理论计算法有成熟的理论基础，但存在参数选取方面的问题，并且这些计算公式是在一定的假设条件下建立的，这也造成了计算值与实际值不符；载荷试验直接在原位测试地基土承载力，但是载荷试验的局限性在于费用较高，周期较长和压板的尺寸效应等；静力触探方便、快捷，对土层的扰动小，测试连续进行，测试成本低，数据的重现性好，但是静力触探的除了对于硬土层难以穿越外，主要的还在于测试手段较为单一，无法控制应力路径和应变路径，测试过程和对测试结果的解释对经验的依赖性过强因而较难把握等等；查表法由于在全国范围内没有普遍适应性，已被新规范（2002规范）取消，只是在如：铁路规范，公路规范中还在运用。总的来说，在地基土比较均匀时，以载荷试验得到的地基承载力较为可靠，若采用其他方法配合使用，则可以较准确的提供地基设计参数。在工程建设中，一般由勘察单位提供设计单位地基承载力基本值或承载力特征值，设计单位根据基础形式及建筑物的具体要求对承载力基本值进行深度和宽度修正，然后进行地基和基础的设计。

参考文献

[1]TB10012-2001，铁路工程地质勘察规范[S].

[2]JTG_D63-2007，公路桥涵地基与基础设计规范[S].

[3]GBJ7-89，建筑地基基础设计规范[S].

[4]GB50009-2002，建筑地基基础设计规范[S].

[5]常士骠，张苏民等. 工程地质手册（第四版）[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2007

[6]TB10018-2003，铁路工程地质原位测试规程[S].

作者简介：宋宏东，1982年出生，男，2006年毕业于吉林大学土木工程专业，本科，学士，助理工程师；