地基承載力特征值用詞、定義和采用理由存在的問(wèn)題

方玉樹(shù)

（后勤工程學(xué)院，重慶 400041）

（據(jù)《全國(guó)第十屆土力學(xué)及巖土工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文集》收¼文章“重慶市工程地質(zhì)勘察規(guī)范的特色”和2015年重慶市注冊(cè)巖土工程師繼續(xù)教育課件相關(guān)內(nèi)容修改）

國(guó)標(biāo)《地基規(guī)范》02版有兩大影響廣泛的創(chuàng)造：一個(gè)是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)概念，一個(gè)是地基承載力特征值概念。國(guó)標(biāo)《地基規(guī)范》13版繼續(xù)采用。相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)紛紛效仿（當(dāng)然也不得不這樣做，因?yàn)樵趪?guó)標(biāo)《地基規(guī)范》02版與11版中，“按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數(shù)時(shí)，……相應(yīng)的抗力應(yīng)采用地基承載力特征值或單樁承載力特征值”是強(qiáng)制性條文）。

地基承載力特征值在用詞、定義和采用理由三方面均存在問(wèn)題。

1  地基承載力特征值用詞問(wèn)題

九年前李靜波的一篇文章讓我對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值、特征值概念與關(guān)系更明白一些。

在我國(guó)工程建設(shè)類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)中，從數(shù)據(jù)獲取方式上看，標(biāo)準(zhǔn)值包括了特征值和公稱(chēng)值。從力學(xué)性質(zhì)上看，標(biāo)準(zhǔn)值包括荷載標(biāo)準(zhǔn)值和抗力標(biāo)準(zhǔn)值。

特征值是表達(dá)某一物理量概率分布特征的數(shù)值（如眾值，均值，某個(gè)分λ值）。    公稱(chēng)值是從實(shí)際出發(fā)根據(jù)已有的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析判斷獲得的數(shù)值。特征值是數(shù)理統(tǒng)計(jì)值，公稱(chēng)值是工程經(jīng)驗(yàn)值，某一物理量既可能是數(shù)理統(tǒng)計(jì)值也可能是工程經(jīng)驗(yàn)值時(shí)應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)表征。

地基承載力就是這樣的物理量，它在一些情況下是數(shù)理統(tǒng)計(jì)值，在另一些情況下是工程經(jīng)驗(yàn)值，因深寬修正式是經(jīng)驗(yàn)公式，故深寬修正后的地基承載力在性質(zhì)上都是工程經(jīng)驗(yàn)值。

抗力標(biāo)準(zhǔn)值均是極限狀態(tài)下的值。地基承載力屬于抗力，故地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值自然應(yīng)是極限狀態(tài)下的值。

因此，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)包括地基（極限）承載力特征值和地基（極限）承載力公稱(chēng)值。

當(dāng)前采用的地基承載力特征值既不是極限狀態(tài)下的值，也不都是數(shù)理統(tǒng)計(jì)值（還包括了工程經(jīng)驗(yàn)值）。因此，它不屬于抗力特征值，不能稱(chēng)為地基承載力特征值，也不能改稱(chēng)為地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)前采用的地基承載力特征值這一用詞不符合特征值的本義和特征值與標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系，更不符合抗力特征值的本義，把原本很清晰的標(biāo)準(zhǔn)值與特征值、公稱(chēng)值的關(guān)系以及抗力標(biāo)準(zhǔn)值與抗力特征值、抗力公稱(chēng)值的關(guān)系搞亂了。

如果把當(dāng)前采用的地基承載力特征值改稱(chēng)為地基承載力允許值（或者地基允許承載力），這種提法也不合適。地基變形是不受歡迎的，地基變形過(guò)大，可能造成建筑物不能正常使用，所以對(duì)地基變形需要設(shè)定允許值。地基承載力是受歡迎的（地基û有承載力就修不了建筑物），地基承載力越高同一建筑物越安全，所以對(duì)地基承載力不需要設(shè)定允許值。設(shè)計(jì)人在地基的選擇中，在同等的其它條件下，會(huì)選擇地基變形小的候選地基做地基而放棄地基變形大的候選地基做地基，但不會(huì)選擇地基承載力小的候選地基做地基而放棄地基承載力大的候選地基做地基。

當(dāng)前采用的地基承載力特征值實(shí)際上是允許基底平均壓力（基礎(chǔ)深寬修正前是對(duì)應(yīng)于載荷試驗(yàn)條件的允許基底平均壓力，深寬修正后是對(duì)應(yīng)于實(shí)際基礎(chǔ)條件的允許基底平均壓力），當(dāng)前使用的單樁承載力特征值實(shí)際上是單樁允許樁頂荷載。如果基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一定要采用允許應(yīng)力法，那ô，為了保留“承載力”一詞，可以將當(dāng)前采用的地基承載力特征值稱(chēng)為地基承載力許用值。承載力許用值不同于承載力允許值，承載力許用值是給承載力的取用設(shè)一個(gè)上限，承載力允許值是給承載力設(shè)一個(gè)上限（而地基承載力是不需要人為設(shè)上限的，它的上限就是地基承載力極限值）。

順便指出，國(guó)標(biāo)《地基規(guī)范》89版中的地基承載力（無(wú)論是深寬修正前還是深寬修正后）也是允許基底平均壓力。該規(guī)范將深寬修正前的地基承載力稱(chēng)為地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，將深寬修正后的地基承載力稱(chēng)為地基承載力設(shè)計(jì)值，不符合抗力標(biāo)準(zhǔn)值的本義和抗力標(biāo)準(zhǔn)值與抗力設(shè)計(jì)值的關(guān)系，把原本很清晰的抗力標(biāo)準(zhǔn)值與抗力設(shè)計(jì)值的關(guān)系搞亂了。

2  地基承載力特征值定義問(wèn)題          

以下討論地基承載力特征值的定義時(shí)是將地基承載力特征值作為地基承載力許用值來(lái)理解的，否則無(wú)需討論，因?yàn)閺谋疚纳弦徊糠忠呀?jīng)可知，真正的地基承載力特征值是地基極限承載力統(tǒng)計(jì)值（或者說(shuō)，地基承受荷載的極限能力的統(tǒng)計(jì)值）。

國(guó)標(biāo)《地基規(guī)范》11版對(duì)地基承載力特征值的定義是：“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�！�

該定義存在以下問(wèn)題：

2.1  與用載荷試驗(yàn)確定地基承載力特征值的具體方法ì盾

國(guó)標(biāo)《地基規(guī)范》11版附¼C、附¼D和附¼H給出了淺層平板載荷試驗(yàn)、深層平板載荷試驗(yàn)和巖基載荷試驗(yàn)中地基承載力特征值統(tǒng)計(jì)用單值的確定方法。對(duì)巖基載荷試驗(yàn)，地基承載力特征值統(tǒng)計(jì)所用單值系極限荷載三分之一與比例界限荷載二者中的小值。對(duì)淺層和深層平板載荷試驗(yàn)，該單值系極限荷載之半與比例界限荷載二者中的小值；無(wú)法按此確定時(shí)，取與沉降量為0.01～0.015倍承壓板寬度（或直徑）對(duì)應(yīng)的壓力值。由此可見(jiàn)，當(dāng)有線性變形段時(shí)，不存在規(guī)定的變形，所取定的壓力值雖在線性變形段內(nèi)但并不是與規(guī)定的變形對(duì)應(yīng)的壓力值；當(dāng)無(wú)線性變形段時(shí)，所取定的壓力值雖對(duì)應(yīng)規(guī)定的變形但不是線性變形段內(nèi)的壓力值。

2.2  與地基承載力特征值的深寬修正結(jié)果ì盾

由載荷試驗(yàn)確定的地基承載力特征值根據(jù)基礎(chǔ)實(shí)際情況作深寬修正后仍是地基承載力特征值。若深寬修正后的地基承載力特征值大于修正前的地基承載力特征值，那ô，當(dāng)修正前的特征值取載荷試驗(yàn)測(cè)定的地基壓力變形曲線線性變形段的最大荷載值即比例界限荷載時(shí)，修正后的特征值將大于載荷試驗(yàn)測(cè)定的比例界限荷載從而不在載荷試驗(yàn)測(cè)定的地基壓力變形曲線線性變形段內(nèi)；當(dāng)修正前的特征值小于但接近于該比例界限荷載值時(shí)，修正后的特征值仍有可能不在該線性變形段內(nèi)。

2.3  與按理論公式確定地基承載力特征值的方法ì盾

國(guó)標(biāo)《地基規(guī)范》11版第5.2.5條給出了確定地基承載力特征值的理論公式。這是一種不同于載荷試驗(yàn)的獨(dú)立的確定地基承載力的方法，在理論上，對(duì)條形基礎(chǔ)，它是塑性區(qū)開(kāi)展深度為基礎(chǔ)寬度四分之一時(shí)的荷載，連地基土壓力變形曲線線性變形段上的荷載也不是，更不用說(shuō)是由載荷試驗(yàn)測(cè)定的地基土壓力變形曲線線性變形段上的荷載。地基承載力特征值的定義涵蓋不了用這種方法確定的地基承載力特征值。

此外，定義中的“地基土”涵蓋不了所有的地基。

如果基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一定要采用允許應(yīng)力法，那ô，地基承載力特征值（地基承載力許用值）應(yīng)定義為具有一定安全儲(chǔ)備的地基承載能力代表值。

3  地基承載力特征值采用理由問(wèn)題

以下討論地基承載力特征值的采用理由時(shí)同樣是將地基承載力特征值作為地基承載力許用值來(lái)理解的，否則無(wú)需討論，因?yàn)閺谋疚牡谝徊糠忠呀?jīng)可知，真正的地基承載力特征值是地基極限承載力統(tǒng)計(jì)值（或者說(shuō)，地基承受荷載的極限能力的統(tǒng)計(jì)值）。

國(guó)標(biāo)《地基規(guī)范》11版條文說(shuō)明給出了采用地基承載力特征值（即采用允許應(yīng)力法拒絕總安全系數(shù)法或分項(xiàng)系數(shù)法）的理由。分析表明，這些理由是不成立的。

地基承載力特征值的采用理由之一：地基極限承載力不存在或很難確定。

分析：地基極限承載力通常是存在的，重慶地區(qū)廣泛分布的巖石地基更是如此。

事實(shí)上采用地基承載力特征值概念的國(guó)標(biāo)《地基規(guī)范》02版和13版附¼（淺層、深層、巖石、ê桿抗拔、單樁豎向、單樁水平、單樁抗拔）關(guān)于各種載荷試驗(yàn)的規(guī)定就已經(jīng)給出了如何確定極限荷載的方法（這些情況表明，地基承載力特征值或單樁承載力特征值通過(guò)載荷試驗(yàn)確定時(shí)，均需確定地基極限承載力或單樁極限承載力），采用地基承載力特征值概念的一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)直接在地基承載力驗(yàn)算和單樁承載力驗(yàn)算條文中給出了地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值與地基承載力特征值的換算式。

理論上說(shuō)，土質(zhì)地基承載力是由土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)和基礎(chǔ)條件決定的抗力，只要存在抗剪強(qiáng)度參數(shù)，就會(huì)有地基承載力。

因而不能把地基極限承載力不存在或很難確定作為不采用地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值概念的理由。

國(guó)標(biāo)《地基規(guī)范》02版和13版一方面說(shuō)地基極限承載力不存在或很難確定從而采用地基承載力特征值（即采用允許應(yīng)力法），一方面又提供極限荷載確定方法。這是自相ì盾的。

地基承載力特征值的采用理由之二：地基承載力還有潛力可挖但地基變形已達(dá)到或超過(guò)正常使用限值。

這種情況并非普遍存在，重慶地區(qū)廣泛分布的巖石地基，其變形常常是在破壞前還û有達(dá)到正常使用限值，況且承載能力驗(yàn)算與變形驗(yàn)算是兩項(xiàng)獨(dú)立的工作，承載能力驗(yàn)算并不代替變形驗(yàn)算，因而不能把地基承載力還有潛力可挖但地基變形已達(dá)到或超過(guò)正常使用限值作為不采用地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值概念的理由。

其實(shí)，設(shè)計(jì)人采用地基極限承載力進(jìn)行承載能力驗(yàn)算（無(wú)論采用分項(xiàng)系數(shù)法還是總安全系數(shù)法）才能對(duì)自己設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)的安全度有一個(gè)大體的把握。

在現(xiàn)階段，采用地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值和總安全系數(shù)法進(jìn)行承載能力驗(yàn)算完全可行。采用地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行承載能力驗(yàn)算還可以對(duì)不同安全等級(jí)（重要性等級(jí)）采用不同的安全系數(shù)。

4  結(jié)語(yǔ)

1. 當(dāng)前采用的地基承載力特征值這一術(shù)語(yǔ)不符合特征值的本義和特征值與標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系，更不符合抗力特征值的本義，如果基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一定要采用允許應(yīng)力法，那ô，為了保留“承載力”一詞，可以將當(dāng)前采用的地基承載力特征值改為地基承載力許用值。

2. 地基承載力特征值（地基承載力許用值）定義為“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”，與用載荷試驗(yàn)確定地基承載力特征值的具體方法ì盾、與地基承載力特征值的深寬修正結(jié)果ì盾、與按理論公式確定地基承載力特征值的方法ì盾，是不合適的。如果基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一定要采用允許應(yīng)力法，那ô，地基承載力特征值（地基承載力許用值）應(yīng)定義為具有一定安全儲(chǔ)備的地基承載能力代表值。

3. 地基承載力特征值（地基承載力許用值）的兩個(gè)采用理由（地基極限承載力不存在或很難確定，地基承載力還有潛力可挖但地基變形已達(dá)到或超過(guò)正常使用限值）均是不成立的。在現(xiàn)階段，采用地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值和總安全系數(shù)法進(jìn)行承載能力驗(yàn)算完全可行。采用地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行承載能力驗(yàn)算還可以對(duì)不同安全等級(jí)（重要性等級(jí)）采用不同的安全系數(shù)。

4. 將“按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數(shù)時(shí)，傳至基礎(chǔ)或承臺(tái)底面上的作用效應(yīng)穎按正常使用極限狀態(tài)下作用的標(biāo)準(zhǔn)組合；相應(yīng)的抗力應(yīng)采用地基承載力特征值或單樁承載力特征值”的規(guī)定列為強(qiáng)制性條文，初衷或許是保證基礎(chǔ)底面尺寸和樁數(shù)設(shè)計(jì)的安全，但客觀上也對(duì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)在地基承載力驗(yàn)算方面采用分項(xiàng)系數(shù)法或總安全系數(shù)法進(jìn)行了強(qiáng)制阻止，不僅如此，這樣做還對(duì)地基承載力特征值這個(gè)用詞在全國(guó)范Χ進(jìn)行了強(qiáng)制推廣。

5.在我國(guó)，國(guó)標(biāo)影響力極大，國(guó)標(biāo)的規(guī)定會(huì)進(jìn)大學(xué)教科書(shū)，會(huì)列為注冊(cè)工程師職業(yè)資格考試內(nèi)容，巖土工程類(lèi)國(guó)標(biāo)的規(guī)定視為巖土工程學(xué)的一個(gè)部分。李廣信先生曾說(shuō)：土力學(xué)是一門(mén)很土的力學(xué)。如果做一點(diǎn)引申，也可以說(shuō)，巖土工程學(xué)是一門(mén)很土的學(xué)科，因?yàn)樗�有很多的�?jīng)驗(yàn)系數(shù)、經(jīng)驗(yàn)公式或半理論半經(jīng)驗(yàn)公式（由于經(jīng)驗(yàn)系數(shù)、經(jīng)驗(yàn)公式或半理論半經(jīng)驗(yàn)公式有局限性，會(huì)隨著新經(jīng)驗(yàn)而變化，而且蘊(yùn)含著理論上的道理等待著我們?nèi)ネ诰�，滿(mǎn)足于此û有希望，從此出發(fā)才是正道）。巖土工程學(xué)可以土得掉渣，但是，巖土工程學(xué)畢竟還算一門(mén)學(xué)科，總不能任性到û了邏輯不講道理的地步吧。