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關于地基承載力特征值2008年05月19日 星期一 20:關于建筑地基基礎設計規(guī)范“特征值”的說明 一、原因 與鋼、混凝土、砌體等材料相比，土屬于大變形材料，當荷載增加時，隨著地基變形的相應增長，地基承載力也在逐漸加在，很難界定出下一個真正的“極限值”，而根據現有的理論及經驗的承載力計算公式，可以得出不同的值。因此，地基極限承載力的確定，實際上沒有一個通用的界定標準，也沒有一個適用于一切土類的計算公式，主要依賴根據工程經驗所定下的界限和相應的安全系數加以調整，考慮一個滿足工程的要求的地基承載力值。它不僅與土質、土層埋藏順序有關，而且與基礎底面的形狀、大小、埋深、上部結構對變形的適應程度、地下水位的升降、地區(qū)經驗的差別等等有關，不能作為土的工程特性指標。 另一方面，建筑物的正常使用應滿足其功能要求，常常是承載力還有潛力可挖，而變形已達到可超過正常使用的限值，也就是變表控制了承載力。 因此，根據傳統(tǒng)習慣，地基設計所用的承載力通常是在保證地基穩(wěn)定的前提下，使建筑物的變形不超過其允許值的地基承載力，即允諾承載力，其安全系數已包括在內。無論對于天然地基或樁基礎的設計，原則均是如此。 隨著建筑結構設計統(tǒng)一標準（GBJ68-84）施行，要求抗力計算按承載能力極限狀態(tài)，采用相應于極限值的“標準值”，并將過去的總安全系數一分為二，由荷載分項系數和抗力分項系數分擔，這給傳統(tǒng)上根據經驗積累、采用允許值的地基設計帶來了困擾。 建筑地基基礎設計規(guī)范（GBJ789）以承力的允許值作為標準值，以深寬修正后的承載力值作為設計值，引起的問題是，抗力的設計值大于標準值，與建筑可靠度設計統(tǒng)一標準（GB500682001）規(guī)定不符，因此本次規(guī)范進行了修訂。 二、對策 建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準（GB500682001）鑒于地基設計的特殊性，將上一版“應遵守本標準的規(guī)定”修改為“宜遵守本標準規(guī)定的原則”，并加強了正常使用極限狀態(tài)的研究。而建筑結構荷載規(guī)范（GB500092001）也完善了正常使用極限狀態(tài)的表達式，認可了地基設計中承載力計算可采用正常使用極限狀態(tài)荷載效應標準組合。 “特征值”一詞，用以表示按正常使用極限狀態(tài)計算時采用的地基承載力和單樁承載力的值。 三、應用 用作抗力指標的代表值有標準值和特征值。當確定巖土抗剪強度和巖石單軸抗壓強度指標時用標準值；由荷載試驗確定承載力時取特征值，載荷試驗包括深層、淺層、巖基、單樁、錨桿等，見規(guī)范有關附錄。 地基承載力特征值fak是由荷載試驗直接測定或由其與原位試驗相關關系間接確定和由此而累積的經驗值。它相于載荷試驗時地基土壓力變形曲線上線性變形段內某一規(guī)定變形所對應的壓力值，其最大值不應超過該壓力變形曲線上的比例界限值。 修正后的地基承載力特征值fa是考慮了影響承載力的各項因素后，最終采用的相應于正常使用極限狀態(tài)下的設計值的地基允許承載力。 單樁承載力特征值Ra是由載荷試驗直接測定或由其與原位試驗的相關關系間接推定和由此而累積的經驗值。它相應于正常使用極限狀態(tài)下允許采用單樁承載力設計值。 當按地基承載力計算以確定基礎底面積和埋深或按單樁承載力確定樁的數量時，傳至基礎或承臺底面上的荷載效應應按正常使用極限狀態(tài)采用標準組合，相應的抗力限值采用修正后的地基承載力特征值或單樁承載力特征值。即SC，C為抗力或變形的限值；pkfa（地基）；QkRa（樁基）。此時特征值fa、Ra即為正常使用極限狀態(tài)下的抗力設計值。 當根據材料性質確定基礎或樁臺的高度、支擋結構截面、計算基礎或支擋結構內力、確定配筋和驗算材料強度時，上部結構傳來的荷載效應和相應的基底板應按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應的基本組合，即0SR計算，此時地基反力p、樁頂下反力Ni和主動土壓力Ea等相應為荷載設計值，要采用相應的分項系數。 因此，閱讀地質報告時，若為“特征值”則為允許值，安全系數已包括在內；若為“標準值”，則為極限值，應考慮相應的抗力分項系數。新舊規(guī)范中地基承載力的比較1，“特征值用以表示正常使用極限狀態(tài)計算時采用的地基承載力和單樁承載力的值，其涵義即為在發(fā)揮正常使用功能時所允許采用的抗力設計值，以避免過去一律提標準值時所帶來的混淆”.摘至規(guī)范條文說明。2，2002規(guī)范與89規(guī)范的比較GB 50007-2002規(guī)范 地基承載力計算: （pkfa；pkmax1.2fa）pk-相應荷載效應標準組合時的平均壓力;fa修正后地基承載力特征值3.0.5條簡化規(guī)則:S=1.35*Sk (Sk=pk*面積)-引用此公式便于與89規(guī)范比較單樁承載力計算：QkRa；Qikmax1.2Ra Qk-相應荷載效應標準組合時單樁的豎向力；Ra-單樁承載力特征值GBJ 7-89規(guī)范：地基承載力計算: （pf；pmax1.2f）p-相應荷載效應基本組合時的平均壓力;f-地基承載力設計值（簡化f=1.1fk）單樁承載力計算：QR；Qmax1.2R Q-相應荷載效應基本組合時單樁的豎向力；R-單樁承載力設計值（R=1.2Rk；樁數3根或小于3根時R=1.1Rk）由上述規(guī)范比較可得：地基承載力計算：fakfk（詳見附錄試驗要點）修正后fa1.1fk 2002規(guī)范 1.35pk =p1.35fa1.35f 即p1.35f (89規(guī)范為pf)結論：2002規(guī)范采用正常使用極限狀態(tài)原則，控制地基變形成為地基設計的主要原則, 考慮了地基變形后地基承載力逐漸加大的因素，另一方面考慮了建筑物使用時，上部結構變形達到或超過使用要求而地基承載力還有潛力可挖的因素。因此比89規(guī)范放寬了承載力要求，同時對地基變形驗算進行強制規(guī)定。 單樁承載力計算: Ra=Rk（詳見附錄試驗要點）2002規(guī)范 1.35Qk=Q1.35Ra=1.35Rk=1.125R即Q1.125R （89規(guī)范為QR）結論：2002規(guī)范采用正常使用極限狀態(tài)原則，其意義在于避免設計值、標準值相混淆的可能性，便于應用，同時對地基變形驗算進行強制規(guī)定。并取消了統(tǒng)一表格的使用，改為由當地試驗結果統(tǒng)計分析求得，規(guī)定了除設計等級為丙級的建筑物外，單樁豎向承載力特征值應采用豎向靜載荷試驗確定。3，2002規(guī)范與JGJ 94-94技術規(guī)范的比較JGJ 94-94規(guī)范采用承載力極限狀態(tài)原則計算豎向承載力，JGJ 94-94規(guī)范的術語：單樁豎向極限承載力標準值采用豎向靜載荷試驗確定，相當于Quk=2Ra，（此值亦稱為標準值，極易與89規(guī)范標準值混淆）單樁豎向極限承載力設計值采用豎向靜載荷試驗確定，R=Quk/sp2Ra/1.65,即R1.2Ra或 R1.2Rk豎向力設計值相應荷載效應基本組合和地震作用效應組合時的豎向力，分兩種情況：當荷載效應基本組合時，oNR；當地震作用效應組合時，N1.25R結論：1、JGJ 94-