[转贴]：承载力确定方法

pkpm79

高老您好，我是同济大学地下系毕业的研究生，现在山东某大学教书，有一个问题想请教您。新规范关于地基承载力的特征值的是基于变形控制思想的，而现在勘察单位的技术人员仍然按照原来89规范的查表法确定地基承载力特征值，无法反映新规范的精神。为此，我写了一篇文章，其主要内容如何，您觉得我的观点是否正确或可行，有什么需要改进的。也看了您在《工程勘察》上的有关此问题的文章。

基于变形控制思想确定地基承载力特征值

在进行地基基础设计时应当考虑的两点：①在长期荷载作用下，地基变形不致造成承重结构的损坏；②在最不利荷载作用下，地基不出现失稳的现象。而从已有的大量地基事故分析，绝大多数事故皆由地基变形过大且不均匀所造成的，因此在新《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）（以下简称《规范》）中明确规定了按变形设计的原则，并首次提出了地基承载力特征值的概念：“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。”，但对于大多数的工程来讲，不可能都有足够资金进行载荷试验来确定地基承载力特征值，而且对于下卧层承载力的确定采用载荷试验更加困难。因此按照变形控制的思想，提出一种切实可行的办法来计算地基承载力特征值成为一种需要。有人提出利用大应变抗剪强度指标代入公式来计算地基承载力特征值，文献对上海规范和国家规范的地基承载力公式进行了比较，指出基于控制变形思想的上海地基规范中的公式更趋于合理。本文就此问题进行了初步的探讨，基于变形控制思想提出确定地基承载力特征值的计算方法，通过与强度控制确定地基承载力特征值的比较，提出了强度控制和变形控制的统一。
1、变形控制思想
尽管上海规范在进行地基承载力计算时考虑了变形因素，但从其本质上讲仍然是基于强度理论的，而且考虑软弱下卧层时只是简单与基础底面土层的力学指标取平均。但是通过计算会发现，对于软土比较厚的上海土层，采用上海规范计算得到的承载力设计值要比采用《规范》计算出来的地基承载力特征值小，说明了在考虑控制变形因素的情况下，地基强度设计更趋于合理。《规范》明确提出按照变形控制思想的设计原则，变形控制思想的核心在于通过合理的设计，使得基础在正常使用荷载下的变形控制在允许的范围内。而且这种思想反映在《规范》地基承载力特征值定义：“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。”，也就是说fak是一套系列值，不是一个定值，不同的“规定的变形” 对应的fak是不同的（图1），而其最大值即比例界限值应是基底下地基土即将发生塑料破坏的临界值。
在利用变形控制思想做基础设计时，首先计算基础的沉降是否满足建筑物使用的要求，在沉降满足要求的前提下，再验算基础的强度是否满足上部建筑物的荷载要求。如果按照强度控制思想进行设计，对于软土地区来讲，最后的设计结果往往是强度远远富裕了，沉降才满足要求；同样对于土质比较好的地区来讲，最后的设计结果往往是强度满足要求了，基础的沉降比建筑物的要求小很多。这两种情况，无论那一种，都在某种程度上造成不必要的浪费。所以，合理的基础设计追求的是基础强度和变形的和谐统一。
2、确定地基承载力特征值
因为载荷板试验的费用昂贵，而且对于有些土层不能做，本文提出如下的地基承载力特征值计算理论方法，以体现强度控制思想和变形控制思想的和谐统一。
在已知建筑物基础尺寸和地层资料的情况下，在基底压力作用下，根据《规范》公式5.3.5计算得到建筑物基础的沉降s，当建筑物计算基础沉降s满足建筑允许沉降值要求时，相应的计算沉降对应的基地压力p即为地基承载力的特征值fak。
利用该方法计算得到的地基承载力特征值考虑了基础的埋深、基础的尺寸的影响，从而不需要再进行相应的修正，同时还考虑了地层分布情况（如软弱下卧层）的影响，最重要的该计算方法是按照变形控制设计思想得到了，符合《规范》的主导思想。
3、基础设计的思路
利用该方法确定地基承载力特征值进行基础设计，建议按照如下步骤进行：
（1） 根据建筑物的特点和周围环境的情况确定地基沉降量的允许值；
（2） 根据勘察报告提供的土的物理力学性质指标，按照《规范》公式5.3.5计算在不同荷载的基础沉降值，绘制地基承载力特征值(fak )和沉降（s）的关系曲线；
（3） 根据值的大小，查fak～s曲线得到规定变形所对应的地基承载力特征值fak；
由此得到的地基承载力特征值fak可能需要进行经验修正，最后得到用于基础设计使用的地基承载力特征值fak。本文提出的按照变形控制思想确定地基承载力特征值的方法能够考虑基础埋深、基础尺寸、地层分布情况（如软弱下卧层的深度和厚度）等的影响，同时还考虑了不同工程对地基沉降的要求，所以本方法符合《规范》关于变形控制的主导思想。本文只是对于变形控制思想进行地基基础设计从另外一种角度做了初步探索，这里提出来供大家探讨，以进一步加速《规范》关于地基基础设计的变形控制思想的落实和推广。

  
   

[引用]
作者信息\文章标题 zwd0411的回复(2005-5-11 13:49:00) 第1楼


姓名: zwd0411
发贴数:7
回复数: 7
等级: 小学生
联系方式:
   
　 按照变形控制的原则，用某个变形量作为控制条件，再利用变形计算公式反求附加压力p0，将p0作为承载力特征值，通过对一个地区不同场地、不同条件的试算建立地区经验，概括讲，简化某些条件，将压缩摸量与基础的形状、p0建立关系，并按照不同的控制变形量，反求p0，建立一个地区承载力与变形之间关系，是符合规范的思路的。按照现行规范承载力的概念，特征值是某一段变形值对应的某一段强度，不是某一点，没有唯一性,例如：用s/b＝0.015取用的地基承载力。也就是说，当变形值允许大一点，承载力可以取值大一点，反之，就小一点，这应当说就是按照变形控制设计的原则，这个承载力也是变形准则下的特征值。这也许是解决一个地区没有建立土的物理力学指标与荷载试验的相关关系，提供的承载力比较混乱、有随意性可行的途径，多数地区也有这方面的资料和经验。应当说，也有利于地基条件的充分利用、降低工程成本。当然，同时满足强度条件是必须的。
　 以上看法不一定正确,请高教授和网友批评、指正。谢谢。
   

[引用]
作者信息\文章标题 cuizhu的回复(2005-5-11 17:00:00) 第2楼


姓名: cuizhu
发贴数:1
回复数: 26
等级: 中学生
联系方式:
   
　　我个人认为，之所以新规范提出特征值，目的是为了与国际接轧，特征值定义十分清晰，是基于变形设计考虑的。现在实际操作中不可能每个工程都进行载荷试验，规范也没有这个要求。规范鼓励我们在重要工程中加强原位测试，并建立地方规范或经验，一般工程可以引用。目前很多单位仍然采用原规范数值也是没有办法的办法，因为，我们山东的地方规范一直没有出来，而且用了很多年的老规范在我们山东还是比较符合实际的，也可以说这就是我们的地方规范，过去的承载力基本上就是现在的最大特征值，在没有特殊变形要求的工程中是可以直接应用的。作为论文研究，你可以采用反算的方法，但这绝对不是规范的初衷。你肯定知道，变形计算中的修正系数也是建立在全国一定数量的载荷试验基础上的统计数据，如果反算沉降量反推特征值，岂不是还是走了老路？规范中特征值中的变形是指本场地的，而不是根据全国统用的沉降公式计算的变形结果。
　　 我的观点是否正确，请专家评判。谢谢。欢迎联系！
   

[引用]
作者信息\文章标题 业余爱好者的回复(2005-5-12 9:32:00) 第3楼


姓名: 业余爱好者
发贴数:4
回复数: 25
等级: 中学生
联系方式:
   
同意二楼观点
   

[引用]
作者信息\文章标题 高大钊的回复(2005-5-12 17:10:00) 第4楼

姓名: 高大钊
发贴数:
回复数:
等级: 版主
联系方式:
   
看了楼主和一楼、二楼网友的意见，我也谈一点看法，与大家一起讨论：
1. 楼主提出了对于地基设计问题比较系统的看法，提出了一个值得讨论的问题，这个问题涉及了土力学基础工程的最基本的课题，是目前在工程界比较关心的问题，但也是比较糊涂的一个问题。讨论的意义可以在最基本的层面上，弄清楚地基承载力控制和变形控制之间的区别和联系，不要被一些似是而非的名词搞乱了。
2. 关于地基承载力控制与变形控制的基本概念
　　首先需要从基本概念上弄清楚什么是地基承载力控制和什么是变形控制。
　　按照地基基础设计原理，承载能力极限状态和正常使用极限状态是地基基础设计必须同时满足的两个基本要求，缺一不可，设计时必须同时进行地基承载力的控制与地基变形的控制。在有些情况下，满足了地基承载力的要求，变形要求也就自然满足，这时地基承载力是控制的条件；有些时候，变形是控制性的，只要满足了变形的要求，承载力也自然满足。但在很多时候，这两个条件不一定是同时满足的，都需要进行验算。
　　地基承载力控制与变形控制所考虑的问题不同，侧重面不同，控制的条件不同，需要具体分析，强调一个方面而忽略另一个方面都是不合适的。
　　地基承载力控制可以用一个设计表达式表示，荷载条件是比较明确的，影响地基承载力控制的主要因素是对持力层和软弱下卧层承载性状的估计。可以通过对地基土稳定性的分析，估计地基所处的状态，或采取控制性的工程措施控制安全系数，不使承载能力极限状态发生。
　　计算地基变形时，荷载和对土层的性状的估计都是影响地基变形计算结果准确性的主要因素，这方面的难度和地基承载力控制基本相似。但最困难的是对建筑物承受变形能力的估计，在规范提出的允许变形值的控制指标中，砌体承重结构的局部倾斜是无法事先计算的；对于建筑物倾斜，荷载不偏心且土层均匀的情况，设计时是估算不出倾斜的，也就无法进行控制，但在建成以后可能还会产生过大的倾斜。而且，建筑物承受变形能力随结构类型与施工质量而异，规范提出的允许变形值仅是很粗略的概率估计。由此可见，人们对于变形控制的能力比对于地基承载力控制要低得多，变形控制在很多情况并不能用一个确定性的表达式来表示，而只是一种概念设计与概率意义的控制。
　　整个地基设计是由两个相互制约的过程来完成的，它们之间有密切的联系，但不可能相互替代或者组合成一个过程。
3. 载荷试验只是测定地基承载力的一种原位试验，所提供的地基承载力是在试验条件下的地基承载能力，在实际工程条件下，用经验修正的方法处理由于尺寸效应造成的偏差，由于承载力的影响深度有限，载荷试验测定分层地基承载力还有一定的实用意义；载荷试验所提供的变形模量，是用弹性理论位移解求得的，是侧向自由膨胀条件下的应力与应变的比值，实际基础在建筑物条件下的沉降，只能通过沉降计算求得。因此，载荷试验时的沉降量，没有任何的工程意义，不能与建筑物的沉降量进行任何的联系。因为建筑物的沉降量取决于建筑物的基础尺寸、附加应力的大小和附加应力影响的深度，这些因素无法在载荷试验中反映。综上所述，在载荷试验资料的基础上讨论的沉降控制与建筑物地基设计时的沉降控制是两种不同的概念，载荷试验的压板沉降不可能为地基设计提供任何变形控制的信息。由此可见，《建筑地基基础规范》2002版提出的地基承载力特征值，并没有为变形控制设计提供任何参数，所提供的仅是按照压板的相对变形取用的地基承载力，为地基承载力设计提供参数。它符合土力学中地基容许承载力的基本概念，是地基容许承载力的一种叫法，没有加入其他有意义的内容。因为在这本规范以前，在任何土力学的书中，都是这样取地基承载力的。
4. 在明确了地基承载力特征值不包含变形控制的信息之后，特征值还仅是地基承载力的概念，而且仅是地基容许承载力的概念。除了前苏联规范以外，没有那一个在岩土工程方面有影响的主要国家不用极限承载力的概念进行地基承载力设计的，因此，特征值一词并不是与国际接轨的结果。
5. 在一个地区，对于类型比较单一的建筑物，通过控制建筑物的平均沉降，给出基础底面的平均压力，作为一种地区的经验值使用，这在1960年代的上海地基规范就是这样用的。但有一个前提，这个由建筑物平均沉降控制的基底压力值，必然比由地基承载力控制的压力小。例如，上海硬壳层的载荷试验结果，容许承载力可以达到150kPa左右，而用沉降方法反算的基底压力仅为80～100kPa。总结这样的方法，首先必须统计地区的沉降经验修正系数，其次应统计地区的若干典型剖面作为控制性剖面，还要规定其使用条件。但在上海，这种方法已经早就不用了，这是因为，现在的建筑类型太复杂了，平面上变化很多，立面也高低错落，基底压力变化太大，沉降量的变化也比较大，很难用一把尺子来控制。
  
   

[引用]
作者信息\文章标题 海海的回复(2005-5-14 19:13:00) 第5楼


姓名: 海海
发贴数:284
回复数: 911
等级: 高级工程师
联系方式:
   
都是非常好的文章。
　这些问题存在已久，而又很难解决。对一个地区来说，某一地层的承载力取什么值最合理？一幢楼房沉降怎么估算最准确？
　往往，对一般的工程，很难去做荷载试验，承载力取什么值最合理就只能结合工程经验；但变形控制设计就很难了。我处去年竣工的某一工程，沉降估算20厘米，结果只下沉不到2厘米，后盖的8层楼与先盖的18层楼联接处就存在问题了。
　高教授总结得非常好，但我们在现实的工作中困惑还是很多，这和勘察市场有关系，我们讲技术，可市场又不讲这，谁价格低就谁做，导致了很难获取正确的第一手勘察成果。
　　
--------转自“中国勘察信息网--高大钊教授专栏”

roach93121

谢谢，看了这些文章我好想再回学校

slxhjs

先打下来,再慢慢看,谢谢了

fsthb

谢谢  你说的很好

WXZXLWYF

看了以后感触很深

eobser

看完 打包 顶
希望大家都能看看

sesly

现在后悔在学校没有认真的听课学习的,好想上学啊!支持楼主!

whg229

好文章值的一看，先复制下来慢慢看。

文叶

我收藏了!谢谢!
再漫漫仔细看!
我觉得蛮好的!
有意见回来再说!