地基承載力計(jì)算是地基計(jì)算中重要且最基本的工作,一直以來,不少設(shè)計(jì)人員只習(xí)慣于深寬修正的計(jì)算方法,對(duì)于地基承載力的概念以及各種計(jì)算方法認(rèn)識(shí)不清。故對(duì)于地基承載力的基本概念、地基設(shè)計(jì)的理念以及在地基設(shè)計(jì)過程中多種地基承載力計(jì)算方法及其綜合應(yīng)用,需要進(jìn)行必要的梳理和說明。
1 地基承載力特征值的概念
關(guān)于地基承載力的概念,應(yīng)當(dāng)從地基土和結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面來認(rèn)識(shí)。
“地基承受荷載的能力稱為地基的承載力。通常區(qū)分為兩種承載力,一種稱為極限承載力,它是指地基即將喪失穩(wěn)定性時(shí)的承載力。另一種稱為容許承載力,它是指地基穩(wěn)定有足夠的安全度并且變形控制在建筑物容許范圍內(nèi)時(shí)的承載力”。地基極限承載力不僅與地基土的性質(zhì)有關(guān),還與基礎(chǔ)的形式、形狀、埋置深度、寬度等有關(guān)。“而容許承載力則還與建筑物的結(jié)構(gòu)特性等因素有關(guān)”。
基礎(chǔ)構(gòu)建必須既要保證基底壓力處于安全的應(yīng)力水平,又要將沉降控制在容許的范圍內(nèi)。
2 地基承載力特征值與地基設(shè)計(jì)的關(guān)系
基本建設(shè)程序是“先勘察、后設(shè)計(jì)、再施工”?辈靻挝坏墓ぷ鞒晒菐r土工程勘察報(bào)告(以前是工程地質(zhì)勘察報(bào)告)。設(shè)計(jì)單位依照勘察報(bào)告進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。勘察報(bào)告的地基評(píng)價(jià)內(nèi)容包括地基承載力,這是設(shè)計(jì)人員最為關(guān)心的。
以天然地基上的淺基礎(chǔ)為例,得到勘察報(bào)告當(dāng)中的地基承載力建議值,經(jīng)過計(jì)算就能得出深寬修正后的地基承載力fa值,據(jù)此就可以設(shè)計(jì)基礎(chǔ)尺寸并展開基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的后續(xù)工作。
在這一設(shè)計(jì)流程當(dāng)中,存在著某些不正確的傾向,有的設(shè)計(jì)人員認(rèn)為勘察報(bào)告建議值可以放心大膽采用,反正出了問題是勘察單位負(fù)責(zé)。
對(duì)于勘察報(bào)告給出的包括地基承載力建議值在內(nèi)的巖土設(shè)計(jì)參數(shù),應(yīng)當(dāng)加以正確理解與使用,需要有一個(gè)再分析的過程,這個(gè)過程其實(shí)也是地基設(shè)計(jì)的一個(gè)過程?梢钥闯,前述的設(shè)計(jì)流程看似順理成章,其實(shí)不然,主要的問題就在于容易忽視重要環(huán)節(jié)——地基設(shè)計(jì)。
地基評(píng)價(jià)和地基計(jì)算都屬于地基設(shè)計(jì)的范疇。正如工程勘察大師顧寶和先生所指出的“地基承載力的建議值目前雖然一般由勘察報(bào)告提出,但不同于巖土特性指標(biāo),本質(zhì)是地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。”
3 fa計(jì)算方法的梳理
地基承載力fa(地基容許承載力)的計(jì)算方法主要計(jì)算方法有三類:一是經(jīng)深寬修正計(jì)算得到fa的方法,這是最廣為熟知的;再者是根據(jù)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算得出fa的方法;三是由地基極限承載力除以安全系數(shù)得到fa的方法。
3.1 fa的計(jì)算方法之一
從載荷試驗(yàn)或其他原位測試、經(jīng)驗(yàn)值等方法確定的地基承載力特征值fak,當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時(shí),尚應(yīng)依據(jù)各地區(qū)地基基礎(chǔ)規(guī)范進(jìn)行深寬修正,無地區(qū)規(guī)范的可按下式修正:
式中fa為修正后的地基承載力特征值,其工程含義即容許值。
式(1)即為《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(簡稱地基規(guī)范)式(5.2.4),所以基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)ηb,ηd(通常簡稱為深寬修正系數(shù))根據(jù)基底下土的類別按地基規(guī)范查表5.2.4取值。
3.2 fa的計(jì)算方法之二
當(dāng)偏心距e小于或等于0.033倍基礎(chǔ)底面寬度時(shí),根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載力特征值fa可按下式計(jì)算,并應(yīng)滿足變形要求:
式中:Mb,Md,Mc為承載力系數(shù),按地基規(guī)范表5.2.5確定;ck可取基底下一倍基礎(chǔ)短邊寬深度內(nèi)土的粘聚力標(biāo)準(zhǔn)值。
3.3 fa的計(jì)算方法之三
地基承載力特征值(容許值)fa可按下式計(jì)算:
式中:fu為地基承載力極限值;K為安全系數(shù)。
根據(jù)工況條件和地層土質(zhì),地基極限承載力fu的計(jì)算公式,可以采用Vesic公式或Hansen公式。根據(jù)建筑安全等級(jí)和土性參數(shù)的可靠性確定安全系數(shù)K的取值,一般在2~3之間選取,對(duì)于砂類土,一般取K=3。
由前面關(guān)于地基承載力概念的討論可知,地基承載力與地基變形是對(duì)立統(tǒng)一的,因此在計(jì)算分析承載力的同時(shí)尚應(yīng)進(jìn)行地基變形的計(jì)算分析。
對(duì)于地基基礎(chǔ)的勘察、設(shè)計(jì),應(yīng)盡可能減少人為割裂,勘察與設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)更加密切地配合。地基評(píng)價(jià)和地基計(jì)算都屬于地基設(shè)計(jì)的范疇。正確把握地基承載力特征值的設(shè)計(jì)取值,需要采用不同的計(jì)算方法,并結(jié)合工程判斷,同時(shí)需要注意地基變形特征和地基變形(特別是差異沉降)的計(jì)算分析。