發布時間：2019-03-04所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：該文對現行標準關于地基承載力的規定作了系統的歸納，分析了地基基礎工程可靠性與地基基礎設計等級的內涵，歸納了目前的地基基礎標準體系，并在此基礎上系統分析了地基承載力特征值的含義和獲取方法。 關鍵詞：巖土工程指標,地基承載力,特征值 建筑地
摘要：該文對現行標準關于地基承載力的規定作了系統的歸納，分析了地基基礎工程可靠性與地基基礎設計等級的內涵，歸納了目前的地基基礎標準體系，并在此基礎上系統分析了地基承載力特征值的含義和獲取方法。
關鍵詞：巖土工程指標,地基承載力,特征值
建筑地基基礎設計中，最重要的一個設計指標當屬地基承載力。要全面弄清地基承載力是如何確定的，是個涉及面較廣泛的巖土工程問題。因為巖土的工程性質極為多樣，差別很大，而且隨著技術進步，資料及經驗的積累是動態發展的，并逐步趨于符合工程客觀實際。本文對現行標準關于地基承載力的規定作了系統的歸納，以幫助工程技術人員正確理解地基承載力的概念，準確把握其正確的取值方法。
1地基基礎工程可靠性理論
目前的工程結構設計大都采用基于概率理論的極限狀態設計法，采用分項系數進行各類荷載效應和承載力指標的表達。各類工程問題都應與可靠性(量化后稱為可靠度)密切相關，地基承載力的設計取值最終也需要回答可靠度或安全系數的問題。
在勘察設計行業中，各級標準規定的地質參數常采用經驗數值，這是因為地質指標的變異性及區域性差別在工程領域是較大的，為了綜合考慮經濟成本，地質勘察的數據成果總是相當有限且離散的。與鋼結構、混凝土結構、砌體結構相比，巖土力學指標的統計成果資料遠遠不夠，所以工程類比及經驗參數方法占有一席之地。
目前巖土工程尚不能與基礎結構及上部結構一樣采取分項系數法(近似概率準則)進行可靠度分析計算，其承載力指標采取總安全系數法(俗稱的大老K法，半經驗半概率準則)進行可靠度計算就是此原因，所有不利因素通通裝入安全系數K中考慮，K的取值有時難免主觀性、經驗性占主導地位�？偠灾�，地基基礎設計中，地基承載力的取值尚沒條件達到上部結構那樣的可靠性體系的程度，也不存在嚴格意義上的承載力分項系數。
國家標準《建筑地基基礎設計規范》目前已有1974年版、1989年版、2002年版和2011年版四個版本。1974年版規范是按照安全系數法規定的。1989年版規范采用了概率極限狀態設計方法，通過與1974年版安全系數2.0的校準，制定了分項安全系數，由于地基可靠度研究水平的限制，沒有制定地基基礎設計的β值水平[1]。
2002年版規范與2011年版規范基本保持體系不變。同時在1989年版規范的修訂說明中還曾指出：“本規范必須與根據1984年國家批準發布的《建筑結構設計統一標準》GBJ68-84制訂、修訂的《建筑結構荷載規范》GBJ9-87等各種建筑結構設計標準規范配套使用。”因此，現行的地基基礎規范在形式上雖然是用安全系數K來表示，實際上也采用了“工程結構可靠性”的概念。
需要注意的是，《建筑樁基技術規范》JGJ94的1994版，將樁基設計的可靠性方法向上部結構統一，當時按概率極限狀態設計法中的分項系數進行表達，形式上先進。在修訂后的《建筑樁基技術規范》JGJ94的現行2008版[2]又采用安全系數K的表達方法，這主要是考慮與國家標準《建筑地基基礎設計規范》GB50007的設計原則保持一致，以方便使用(參見該規范第3.1.1條條文說明)。
2地基基礎設計相關標準
涉及建筑地基承載力確定的現行標準主要有：《建筑地基基礎設計規范》GB50007-2011(以下簡稱GB50007)、《建筑地基基礎設計規范》DBJ50-047-2016(以下簡稱DBJ50-047)、《建筑地基處理技術規范》JGJ79-2002、《高層建筑筏形與箱形基礎技術規范》JGJ6-2011、《建筑樁基技術規范》JGJ94-2008(以下簡稱JGJ94)、《巖土工程勘察規范》GB50021-2001(2009年版)及其他勘察設計標準。
此外還有適用于某些特殊地質情況，或某個特殊領域的標準。如《凍土地區建筑地基基礎設計規范》JGJ118-2011、《濕陷性黃土地區建筑規范》GB50025-2004、《膨脹土地區建筑技術規范》GB50112-2013、《液壓振動臺基礎技術規范》GB50699-2011、《塔式起重機混凝土基礎工程技術規程》JGJT187-2009等，這些與常規工程的地基基礎設計問題無關，具體工程具體采用。
在這個龐大的地基基礎類標準家族中，國標GB50007[3]是最基本的地基基礎標準，可稱為地基基礎設計的母標準，它為各類工程的不同類別地質條件下的巖土地基承載力的確定提供了統一的準則。通過相關標準的比較可以認為，地基承載力的確定原理只要弄清楚GB50007的規定就足夠了，其他標準涉及地基承載力如何取值的條文與GB50007是重復相同的，直接引用該國標的較多，當有重疊表述時也與其在力學概念與數理統計邏輯上是一致的。
就全國范圍而言，地質差異很大，地基問題僅靠國家級標準難以覆蓋、也難以合乎所有工程實際來規定所有內容，所以很多省區均有各自的地基基礎地方標準。重慶市也不例外。DBJ50-047[4]是在國標GB50007的框架下，結合自身山地城市特點制定的地方標準。各個層次(國家標準、行業標準、地方標準、團體標準、企業標準)的地基基礎設計標準通常都有大量重復的內容，需要指出的是，地方級的標準不能低于國家、行業級的標準。標準名稱中帶有“技術”者均屬綜合性標準，即不僅含設計，還有施工、檢測、驗收等內容，涉及地基基礎時還有巖土勘察內容。
3地基基礎設計等級
與上部結構概念一樣的是，對地基基礎設計，也區分了等級，其可靠度水平不應低于上部建筑結構。GB50007與DBJ50-047有所不同，DBJ50-047規定的是地基基礎安全等級的概念，共有一、二、三級，但并未明確各等級對應的重要性系數值，僅統一提到不小于1.0，但對有些情況下的技術措施是與安全等級有關的。
GB50007、JGJ94規定了地基基礎設計等級，并按地基基礎設計的復雜性及技術難度，規定了甲、乙、丙三個設計等級。不同等級的地基基礎有如下不同：(1)是否考慮沉降計算有所不同;(2)對地基承載力確定的嚴格程度不同;(3)檢測驗收標準不同�？梢姷鼗A設計等級與地基可靠性標準密切相關。對確定地基承載力特征值的嚴格程度主要體現在設計等級上。勘察規范也有甲乙丙三個勘察等級，其勘察內容技術深度不同，比如鉆探孔總數、控制性鉆探孔比例、孔間距、勘察方法等等執行標準不同。
4地基承載力
與上部結構設計計算所不同的是，地基計算中，巖土體的抗力指標為地基承載力特征值，而上部結構承載力計算中材料的承載力指標的代表值為標準值或組合值(標準值乘分項系數即為設計值)，且上部結構工程材料的強度標準值是在大量的樣本數據基礎上統計回歸通過平均值和標準差得出的。
地基承載力的確定，是地勘單位的工作，在地勘資料中交代。工程經驗較多的人，能根據踏勘及巖土外觀性狀作出淺層地基承載力的大致判斷，如能結合釬探等簡單工具方法，甚至有把握修建不高的房屋，但畢竟不科學，有一定風險，也不合符強制性標準要求。建筑地基承載力的確定，總體上以試驗方法得到的指標為準，以下為獲取地基承載力的基本方法。
4.1巖土分類
按照GB50007的規定，地基巖土的地質分類：巖石、碎石土、砂土、粉土、黏土、人工填土。前5項的每一項都可再細分子項，在此基礎上還有些特殊的土。其中巖石的工程分類有三類：風化程度類、堅硬程度類、完整程度類。
4.2巖土工程特性指標
逐一列出GB50007中所涉及的工程特性指標，計有：(1)強度指標;(2)壓縮性指標;(3)靜力觸探探頭阻力;(4)動力觸探錘擊數;(5)標準貫入試驗錘擊數;(6)載荷試驗承載力。其中除第(2)項外均與地基承載力相關。
4.2.1強度指標
主要指抗剪強度指標，即粘聚力c和內摩擦角φ。獲得途徑：①現場取樣做室內土工試驗;②現場剪切試驗;③工程經驗類比取值。試驗得到的樣本值，經按照GB50007附錄E的數理統計計算，得到c和φ值(巖芯取樣做抗壓強度試驗得到的單軸抗壓強度也應歸于此類，但GB50007未明確)。
4.2.2地基變形計算指標
主要指用于地基沉降計算的壓縮模量等壓縮性指標。
4.2.3地基承載力指標
上述(3)—(5)項所列指標是為確定某些類別巖土的地基承載力，通過一類小型原位試驗或測試得出的試驗結果。這類結果與地基承載力有經驗及工程類比上的對應關系。適合難以取樣做室內土工試驗的碎石土及砂土，又比原位載荷試驗經濟簡單。此類小型原位試驗得出的成果是：①對重型圓錐動力觸探錘擊數，采用統計經修正最后得出碎石土的密實度;②對標準貫入試驗錘擊數或靜力觸探探頭阻力，采用統計經修正最后得出砂土的密實度;③對靜力觸探探頭阻力，可得出黏性土的塑性狀態。
舊版GB50007有明確的關于上述試驗成果與相應類別的巖土地基承載力的對應表格。并應理解為僅適用于涉及的巖土類別。但現行GB50007(2011版)正文已取消這類表格，僅在條文說明中列出。它的優點是成本較低方法簡單，缺點是變異性較大。換言之可靠度不高，需結合其它方法綜合確定地基承載力。單獨使用可僅限于估算。早年的實際設計中，有些簡單的工程直接按此做施工圖設計。
4.2.4載荷試驗承載力
按建筑地基極限承載力進行原位試驗，是各種方法中可靠性最準確的試驗方法，也是設計等級為甲級的建筑物必須采用的方法，對土質地基，分為深層、淺層平板載荷試驗，分別適用于深基礎(主要是樁基礎、沉管基礎、地下連續墻)、淺基礎。對巖質地基，不分深淺，也不需基礎深度、寬度修正(可參見GB50007附錄H)。
當巖質地基為破碎、極破碎巖體時，由于已接近土質地基性狀，可按平板載荷試驗確定。其中巖體的完整性分類，GB50007第4.1.4條另有界定。該法確定地基承載力最為可靠，但成本相對較高。由于試驗樣本有限，所以對變異性大的場地，可靠性高也僅是相對其它方法而言。
4.3地基承載力特征值
4.3.1地基承載力的意義及基本確定方法
上述這些巖土工程基本指標都由規定數量的試驗樣本經數理統計得到，其數值含義應給予嚴格定義和區分。對巖土工程，各類工程特性指標的代表值分別有標準值、平均值及特征值，這三個值有明確的換算關系。其中，根據GB50007-2011第4.2.2條的規定，巖土抗剪強度指標應以標準值為代表值(還應包括巖芯取樣的單軸抗壓強度標準值);壓縮指標應以平均值為代表值;載荷試驗承載力應以特征值為代表值。地基承載力特征值完全可以說就是舊版GB50007(74版)的地基容許承載力值，換了個提法而已。特別需要注意的是地基承載力沒有設計值的提法。
按照GB50007的術語定義，地基承載力特征值定義為：“由載荷試驗確定的地基土壓力-變形曲線線性變形段內規定變形所對應的壓力值，其最大值為比例界限值”。由此可以看出，地基承載力特征值是一個非常獨特的工程設計抗力指標，它不僅考慮了地基土的承載力特性，更重要的是考慮了變形特性，是一個綜合的工程抗力指標。
4.3.2地基承載力特征值其他獲取方法
從GB50007的定義來看，地基承載力特征值為基于現場載荷試驗得到的力學指標。探頭阻力與錘擊數方法也是獲取地基承載力指標的方法，對此有另外的規定，由于現行GB50007正文取消了其與地基承載力的關系表格，表明已不推薦作為地基承載力的取值依據。但尚有別的用處，所以除與承載力關系的表格以外，在標準中依然保留。作為巖土體重要強度指標的巖土抗剪強度指標主要用于邊坡穩定性分析及支擋結構巖土壓力計算，也可代入相關公式靠計算得出地基承載力特征值。
GB50007-2011僅列出5.2.5這一個公式采用抗剪強度指標公式法計算地基承載力特征值，但應該不限于該公式。該公式對偏心距要求很小，接近中心受壓，所以使用范圍不大。根據GB50007相關條文規定，凡是采用理論公式計算得到的地基承載力，都只具有初設估算的效能，施工圖設計前，均需通過試驗得來的指標確定后再進行地基基礎施工圖設計，而不區分公式中各參數是否來自試驗或經驗。確定建筑地基承載力特征值的方法有除了試驗法外，還有其他方法，現把有關方法列舉如下：(1)載荷試驗法;(2)原位試驗方法，包括觸探試驗、標準貫入度試驗等;(3)理論公式計算法，即根據土的抗剪強度指標采用理論公式計算的方法(GB50007-2011除第5.2.5條外并未具體列入其它公式，僅是提了一下可用公式計算);(4)規范表格法;(5)經驗方法。
其中試驗法分為好幾類，涉及承載力的已表達如前述。除規模小的臨時性建構筑物可簡單按經驗確定外(GB50007并無此表述)，通常需要綜合考慮幾個方法確定地基承載力特征值，而且都需要有試驗指標參與綜合確定。(詳GB50007-2011第3.0.4條)。其中公式計算法不能作為實施依據，只能估算用。上述第(2)、(3)種方法，可歸為同類方法。此分類不盡科學，因為后三個類別有交叉，公式法的參數往往有經驗數值。載荷試驗法、探頭阻力、錘擊數均屬于現場試驗。試驗還包括現場取樣做室內土工試驗，室內土工試驗包括一系列物理力學指標試驗�，F行標準并不排斥使用未列入的其它成熟方法，比如旁壓法(可用于測定深層地基承載力)等。載荷實驗方法是最直接可靠的方法，但成本也最高。實際工程中，除規范規定必須采用或地質條件很復雜、土質很不均勻需要采用時，一般不用此法。
此法對設備條件要求較高。當為巖體地基時，不具備設備條件時會達不到需要的壓力值。當巖石強度很高時，極限破壞難以達到。試驗成果不僅有地基承載力指標，需要時還有地基壓縮指標及其它物理力學指標。對土質地基，壓縮指標甚至比承載力指標重要，并與承載力指標相關，有時承載力指標由沉降指標控制取值。對地基承載力的確定，GB50007-2011按設計等級有嚴格程度不同的標準(詳第3.0.4條)。但各種情況都需有試驗指標，區別在試驗項目不同。所以綜合起來，確定地基承載力(以特征值為代表值)的因素主要是試驗，有時結合經驗。下面有必要對試驗作個介紹。
4.4地基承載力試驗方法
對巖質地基，有兩類方法：
(1)對完整、較完整、較破碎的巖體，由于可取樣本巖芯做試驗，可用此法。經試驗樣本數理統計后得出的成果是單軸抗壓強度標準值(按巖石的性狀分為天然或飽和試驗)，由于巖芯體量小，僅是巖塊，未反映巖體結構面等因素對承載力的削弱，GB50007采用折減系數方法來考慮，根據巖體與巖塊的差異程度，折減系數分別為0.1～0.5，可見最小的折減，也有2.0的安全系數，折減后的值即是特征值。本法通常偏于安全，因為沒考慮實際巖體周邊圍壓的有利作用。
(2)原位載荷試驗：可用于所有巖體及各等級，甲級必用，具體操作詳見GB50007-2011附錄H。
(3)當巖質地基為破碎、極破碎時，按土質地基方法試驗。對土質地基：(1)原位載荷試驗：可用于各等級，甲級必用，具體操作詳見GB50007-2011附錄C、D。(2)室內土工試驗，經數理統計得到。上述工作均由地勘部門完成，地基基礎設計中設計使用其成果就可以了。僅當設計單位發現地勘數據不正�；虿积R全時，向地勘單位提出來復查或補充解決。
5結論
地基承載力是巖土工程設計中最重要的一個抗力指標，其設計用的代表值比較特殊，既不是標準值，也不是平均值，而是充分考慮了地基土變形性能的特征值。它的獲取方法取決于上部建筑物的設計等級，強烈依賴于試驗方法，并適當結合經驗進行確定，特殊條件下可以根據理論公式進行計算確定。歷史上，建筑地基承載力的確定與市政、水利、港口碼頭、鐵道、軌道工程等不盡相同，但只要是建設工程，各類工程材料(包括巖土)的抗力指標選取均應滿足國家標準《工程結構可靠性設計統一標準》GB50153的整體框架。盡管各行業建設工程對地基承載力的規定仍有差異，但從趨勢來看趨于統一。
參考文獻：
[1]滕延京.建筑地基基礎設計規范理解與應用[M].第2版.北京：中國建筑工業出版社，2012：1.
[2]JGJ94-2008建筑樁基技術規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2010.
[3]GB50007-2011建筑地基基礎設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2012.
[4]DBJ50-047-2016建筑地基基礎設計規范[S].重慶：重慶市城鄉建設委員會，2016.
建筑類期刊推薦：《城市建設理論研究》雜志創刊于2011年，是經新聞出版總署批準，由中國商業聯合會主管、國務院國資委商業網點建設開發中心主辦的旬刊連續型出版物，為國家級期刊。
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