2地基的评价与计算1-地基承载力的确定
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地基基础方案评价1、天然地基上的浅基础设计为六层住宅楼,砖混结构,拟采用天然地基上的浅基础,最大线荷载F K=300kN/m。
根椐场地地质条件对浅基础进行评价:①、属先确定持力层,根椐场地地质条件,第②层可做为基础的持力层,其承载力特征值f ak=150kPa。
基础埋深d=2.0m。
②、求持力层修正后的承载力特征值f a(深度修正):根椐5.2.4公式: f a=f ak+εdγm(d-0.5)式中:f ak---持力层承载力特征值 =150kPaεd=1.6, (根椐基底下土的类别,查表5.2.4:e=0.821, I L=0.35)若为湿陷性黄土或新近堆积黄土(Q42)应按GBJ25-90规范表3.0.4确定。
γm-----基础底面以上土的加权平均重度=16.5kN/m3,d----基础埋深=2.0m代入计算为:f a=150+1.6×16.5×(2-0.5)=189.6kPa。
③、计算基础宽度b:根椐基础面积计算公式代入计算:A=Lb≥ = m取2.2m式中: F K---基础顶面的竖向力=300kN/mf a----修正后的地基承载力特征值=189.6kPaL、b---基础的长度和宽度(条基时,L取1.0米)γ---基础及上伏土的平均重度=20.0kN/m3④、求基底压力P K:根椐5.2.2-1 公式式中:F k=300kN/mG k=L b dγ=1×2.2×2.0×20=88kNA=1×2.2m将参数代入计算后得p k=176.4kN/m2(kPa)⑤、根椐5.2.1-1式:f a≥p k判定地基强度是否滿足要求。
以上计算的f a=189.6kPa,p k=176.4kPa,滿足5.2.1-1式f a≥p k ,地基强度滿足要求。
⑥、验算下卧层的承载力⒈已知下卧层的f ak=100kPa⒉下卧层顶面以上地基土的加权平均重度为:γm = = 18.3kN/m3⒊求下卧层(第③层粉土)修正后的地基承载力特征值f a:f a=f ak+εdγm(d-0.5)式中:f ak=100kPaεd=1.5 (第③层粉土I p=8.1 ρw>10%)查表5.2.4。
地基承载力的确定方法地基承载力是指地基土层的承载能力,是地基设计的重要参数之一。
正确确定地基承载力对于保证建筑物的安全和稳定至关重要。
本文将介绍几种常用的确定地基承载力的方法。
一、现场试验法现场试验法是通过在地面上进行实际试验来确定地基承载力的方法。
常用的现场试验有静载试验、动荷载试验和动态响应试验等。
1. 静载试验静载试验是通过在地面上施加静态荷载来测定土壤承载能力的方法。
具体步骤如下:(1)选择合适位置,在土体中钻取孔洞,安装测斜管和应变计。
(2)在孔洞周围开挖一个坑,使其与孔洞底部平齐。
(3)在坑底铺设一层沙垫,并放置一个钢板作为荷载传递板。
(4)将荷载传递板与压路机或液压缸连接,施加荷载,并记录相应数据。
(5)根据记录数据计算出土壤的承载能力。
2. 动荷载试验动荷载试验是通过在地面上施加动态荷载来测定土壤承载能力的方法。
具体步骤如下:(1)在试验区域内挖掘一个坑,使其与地面平齐。
(2)在坑底铺设一层沙垫,并放置一个钢板作为荷载传递板。
(3)使用振动器或其他设备施加动态荷载,并记录相应数据。
(4)根据记录数据计算出土壤的承载能力。
3. 动态响应试验动态响应试验是通过在地面上施加震动荷载来测定土壤承载能力的方法。
具体步骤如下:(1)在试验区域内挖掘一个坑,使其与地面平齐。
(2)在坑底铺设一层沙垫,并放置一个钢板作为荷载传递板。
(3)使用振动器或其他设备施加震动荷载,并记录相应数据。
(4)根据记录数据计算出土壤的承载能力。
二、室内试验法室内试验法是通过对采集到的土样进行实验来确定地基承载力的方法。
常用的室内试验有压缩试验、剪切试验和三轴剪切试验等。
1. 压缩试验压缩试验是通过对土样施加垂直荷载来测定土壤的承载能力。
具体步骤如下:(1)采集土样,并在室内进行充分干燥。
(2)将土样放置在压缩试验机上,并施加垂直荷载。
(3)记录相应数据,并计算出土壤的承载能力。
2. 剪切试验剪切试验是通过对土样施加水平荷载来测定土壤的抗剪强度。
专题讨论建筑地基基础设计规范 地基承载力概念的理解与应用滕延京(中国建筑科学研究院地基基础研究所,北京 100013)摘要:本文结合 建筑地基基础设计规范 编制过程讨论和工程应用,谈谈如何正确理解地基承载力概念,以及工程应用中应考虑的的问题。
关键词:地基承载力;规范;勘察;设计中图分类号:TU471文献标识码:AAbstract :Based on the discussions for the compiling of Code for Design of Building Foundation and the geotechnical practices,the concept for the bearing capacity of foundation and its applications in engineering prac -tices are introduced.Key words :bearing capacity of foundation;code;investigation;design 收稿日期:2004-02-17作者简介:滕延京(1949-),男(汉族),黑龙江兰西人,研究员,博士生导师.1 前言地基承载力理论是经典土力学创建以来的重要内容,也是建筑地基基础设计必须满足的设计条件。
如何正确理解地基承载力概念和正确的工程应用,是保证建筑地基基础设计质量的前提条件,下面结合 建筑地基基础设计规范 编制过程和工程应用,谈谈自己对这个问题的看法。
主要有如下几个问题:(1) 建筑地基基础设计规范 中地基承载力设计的原则。
(2)地基承载力评价方法和工程设计取值的正确理解。
(3)上部结构和基础对变形的适应能力对地基承载力设计的影响。
(4)新的建筑结构型式对地基承载力验算的影响。
2建筑地基基础设计规范 中地基承载力设计原则(1)关于地基承载力定义的理解建筑地基基础设计规范 中对地基承载力特征值作了如下定义:指由荷载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。
天然地基承载力的确定【摘要】天然地基承载力是工程建设中重要的工程地质设计参数。
正确评价地基承栽力是保证工程建设安全、经济的前提。
本文对工程中几种常见地基承栽力值的概念、定义和确定方法进行了阐述,分析了各种确定地基承载力方法的特点。
【关键词】地基承载力载荷试验理论计算原位测试1 前言地基是指基础底面一下承受建筑物荷载的部分岩土体,也就是由于建筑物的荷载,在土体内产生了附加应力,附加应力所影响的那一部分岩土体范围,将其称之为地基,而基础是建筑物埋入地下的部分,是将结构承受的各种作用传递到地基上的结构组成部分。
为确保建筑物的安全和正常使用,在地基和基础设计中必须同时满足以下两个技术条件:①强度条件:地基必须要有一定的强度。
②允许变形条件:要求建筑物地基变形不能大于地基变形允许值。
地基在同时满足变形和强度两个条件时,单位面积所能承受的最大荷载称为地基承载力,即地基承受荷载的能力。
合理地确定地基承载力,既能保证建筑物的安全和正常使用,又能达到降低工程造价的目的我国在以往工程建设中,较多地出现过以下几种地基承载力值:地基承载力基本值,承载力标准值,承载力特征值,容许承载力,地基极限承载力。
由于各承载力概念上的差别,其确定方法也不同,这给岩土工程勘察、工程设计和施工人员造成很大的不便。
本文详细介绍地基承载力的定义、概念及其确定方法,以期对工程人员正确认识几种地基承载力有所帮助。
2 几种承载力的定义地基承载力基本值,是指按有关规范(铁路、公路行业规范常见)规定的一定的基础宽度和埋置深度条件下的地基承载能力,通常是根据室内试验及其它原位测试综合确定,也可以根据室内试验测定的地基土的某些物理力学性质指标来查取承载力表来确定。
地基承载力标准值,是指按有关规范规定的标准方法试验并经统计处理后的承载力值。
地基承载力特征值,是指从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值经深宽修正后的地基承载力值,或按理论公式计算的来的地基承载力。
地基承载力系数1. 什么是地基承载力系数地基承载力系数是指土层承受荷载能力与标准值之比,也即土层的相对承载能力。
它是评价土壤的稳定性和安全性的重要参数之一。
地基承载力系数通常用符号Nq、Nc和Ng表示,分别代表了静止侧阻力、摩擦阻力和地下水对土层产生的影响。
2. 地基承载力系数的计算方法2.1 静止侧阻力系数(Nq)静止侧阻力系数是指土壤在垂直方向上受到的抵抗荷载的能力。
它可以通过以下公式进行计算:Nq = Kp * (tanφ' / φ') * (tan(45° + φ'/2))^2其中,Kp为土壤压缩指数;φ’为有效内摩擦角。
2.2 摩擦阻力系数(Nc)摩擦阻力系数是指土壤在剪切面上受到的抵抗荷载的能力。
它可以通过以下公式进行计算:Nc = Kp * (tanφ' / φ') * (tan(45° + φ'/2))^2 * (1 + sinφ')2.3 地下水影响系数(Ng)地下水影响系数是指地下水对土壤稳定性的影响程度。
它可以通过以下公式进行计算:Ng = Kp * (tanφ' / φ') * (tan(45° + φ'/2))^2 * (1 - sinφ')3. 地基承载力系数的应用地基承载力系数的计算结果可以用于土壤力学分析和基础设计中。
根据地基承载力系数,可以评估土层的稳定性,确定合适的基础形式和尺寸,并进行荷载的合理分配。
在土木工程中,地基承载力系数常被用于测定桩基、挡墙、边坡等结构物的抗震性能和稳定性。
通过合理选取地基承载力系数,可以确保结构物在正常使用情况下不发生沉降或倾斜,并提高其抗震能力。
4. 影响地基承载力系数的因素4.1 土壤类型不同类型的土壤具有不同的承载能力。
通常来说,黏性土具有较高的地基承载力系数,而砂性土则较低。
因此,在进行地基设计时,需要根据实际情况选择相应的地基承载力系数。
地基承载⼒特征值计算⽅法梳理地基承载⼒计算是地基计算中重要且最基本的⼯作,⼀直以来,不少设计⼈员只习惯于深宽修正的计算⽅法,对于地基承载⼒的概念以及各种计算⽅法认识不清。
故对于地基承载⼒的基本概念、地基设计的理念以及在地基设计过程中多种地基承载⼒计算⽅法及其综合应⽤,需要进⾏必要的梳理和说明。
1 地基承载⼒特征值的概念关于地基承载⼒的概念,应当从地基⼟和结构两个⽅⾯来认识。
“地基承受荷载的能⼒称为地基的承载⼒。
通常区分为两种承载⼒,⼀种称为极限承载⼒,它是指地基即将丧失稳定性时的承载⼒。
另⼀种称为容许承载⼒,它是指地基稳定有⾜够的安全度并且变形控制在建筑物容许范围内时的承载⼒”。
地基极限承载⼒不仅与地基⼟的性质有关,还与基础的形式、形状、埋置深度、宽度等有关。
“⽽容许承载⼒则还与建筑物的结构特性等因素有关”。
基础构建必须既要保证基底压⼒处于安全的应⼒⽔平,⼜要将沉降控制在容许的范围内。
2 地基承载⼒特征值与地基设计的关系基本建设程序是“先勘察、后设计、再施⼯”。
勘察单位的⼯作成果是岩⼟⼯程勘察报告(以前是⼯程地质勘察报告)。
设计单位依照勘察报告进⾏地基基础设计。
勘察报告的地基评价内容包括地基承载⼒,这是设计⼈员最为关⼼的。
以天然地基上的浅基础为例,得到勘察报告当中的地基承载⼒建议值,经过计算就能得出深宽修正后的地基承载⼒fa值,据此就可以设计基础尺⼨并展开基础设计的后续⼯作。
在这⼀设计流程当中,存在着某些不正确的倾向,有的设计⼈员认为勘察报告建议值可以放⼼⼤胆采⽤,反正出了问题是勘察单位负责。
对于勘察报告给出的包括地基承载⼒建议值在内的岩⼟设计参数,应当加以正确理解与使⽤,需要有⼀个再分析的过程,这个过程其实也是地基设计的⼀个过程。
可以看出,前述的设计流程看似顺理成章,其实不然,主要的问题就在于容易忽视重要环节——地基设计。
地基评价和地基计算都属于地基设计的范畴。
正如⼯程勘察⼤师顾宝和先⽣所指出的“地基承载⼒的建议值⽬前虽然⼀般由勘察报告提出,但不同于岩⼟特性指标,本质是地基基础的设计。
3.2地基的评价与计算1-地基承载力的确定基本要求:熟悉地基破坏的类型及影响地基承载能力的各种因素的作用;熟悉确定地基承载力的各类方法;掌握地基承载力深宽修正与软弱下卧层强度验算的方法。
3.2.1地基承载力的确定方法地基承载力的确定方法主要有现场载荷试验方法、理论公式计算方法、其他原位测试方法以及采用经验值的确定方法等。
各种地基承载力确定方法的选用:地基的承载力应结合具体的工程条件选用合适的方法来确定。
通常应结合当地经验按下列规定综合考虑:1.对建筑地基应采用载荷试验、理论公式计算及其他原位试验等方法综合确定;2.对公路桥涵地基,可按规范承载力表方法或其他原位试验方法确定;注意:当由查规范承载力表的方法确定的数值与当地经验有明显差异时,仍应由载荷试验、理论公式计算等综合确定。
理论计算公式1.《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)──临界荷载公式对轴心荷载作用或荷载作用偏心距b e 033.0≤(b 为基础的宽度)的基础,根据土的抗剪强度指标确定地基承载力的公式如下:a b d m c k f M b M d M c γγ=++式中 f a ──由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值; M b 、M d 、M c ──承载力系数,根据基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角标准值k ϕ按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)表5.2.5确定;γ──持力层土的重度;m γ──基底以上土层的加权平均重度;b ──基础底面宽度(m ),当基础宽度大于6m 时按6m 考虑,对于砂土,小于3m 时按3m 计算;d ──基础埋置的深度(m ),一般自室外地面标高算起,特殊情况将在下面讨论。
c k ──基底下一倍短边基宽深度范围内土的粘聚力标准值。
使用本公式计算地基承载力的要点:(1) 公式计算出的地基承载力已考虑了基础的深度与宽度效应,在用于地基承载力验算时无需再作深、宽修正。
(2) 采用本理论公式确定地基承载力值时,在验算地基承载力的同时必须进行地基的变形验算。
(3) 本公式中使用的抗剪强度指标c k 和k ϕ,一般应采用不固结不排水三轴压缩试验的结果。
当考虑实际工程中有可能使地基产生一定的固结度时,也可以采用固结不排水试验指标。
(4) 在位于地下水位以下的土层,γ、m γ应取有效重度(浮重度'γ)。
2.《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)──斯开普顿公式软土地基的容许承载力[]σ可按如下公式计算(采用本公式进行地基验算时必须进行地基的变形验算):p u 05.14[]k C d Kσγ=⋅+⋅ K ──安全系数,可视软土灵敏度及基础长宽比等因素选用1.5~2.5;C u ──不排水抗剪强度,可用不固结不排水三轴压缩试验、十字板剪切实验、无侧限抗压强度试验确定;k p ──修正系数p u0.4(10.2)(1b Q k l bl C =+−Q ──荷载的水平分力3.《港口工程地基规范》(JTJ250-98)──汉森公式地基极限承载力标准值p k 计算公式如下:B B qB qB cB cB k L L qL qL cL cL 1'21'2k re k k k re k k B N s q N s c N s p L N s q N s c N s γγγγγγ⎧⋅⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅⎪⎪=⎨⎪⋅⋅⋅+⋅⋅+⋅⋅⎪⎩计算时取上下二式中对应比较小的值组合计算。
式中 k γ ──基底土的重度标准值;re B '、 re L '──基础的有效宽度和长度;c k ──凝聚力标准值,对持久状况,宜用固结快剪指标;对饱和软粘土且为验算短期作用效应时,宜采用不排水抗剪强度指标;不宜采用直剪快剪指标;q k ──墙前基础底面以上边载的标准值;N q 、N c 、γN ──承载力系数值按下式计算,参见本规范4.2.5.3节; 、s γs q 、s c ──基础形状系数,参见本规范4.2.5.5节。
练习题:例题3.2-1 《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)中的确定地基承载力特征值理论公式是:(多选题)(A) 控制地基变形小于允许值时所对应的荷载值;(B) 控制地基中塑性区开展一定深度时所对应的荷载值;(C) 控制地基中塑性区开展深度为零时所对应的荷载值;(D) 从地基强度出发推导的公式;(E) 是正常使用极限状态所对应的荷载值。
答案:B、D。
分析: 《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)中的确定地基承载力特征值理论公式是控制地基中塑性区开展深度达基础宽度的四分之一时所对应的荷载值, 是从地基强度出发推导的公式,故采用本理论公式确定地基承载力值时,在验算地基承载力的同时必须进行地基的变形验算。
例题3.2-2 在某粘土地基上快速施工,采用理论公式确定地基承载力值时,抗剪强度指标c k和ϕ应采用下列哪种试验方法的试验指标。
(单k选题)(A) 固结排水;(B) 不固结不排水;(C) 固结不排水;(D) 快剪。
答案:B。
例题3.2-3 GB50007-2002根据土的抗剪强度指标计算地基承载力时,c和ϕ应采用 :(A) 试验平均值;(B) 设计值;(C) 标准值;(D) 特征值。
答案:C。
例题3.2-4 应用规范理论公式确定地基承载力。
某粉质粘土地基如下图所示,按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)理论公式确定地基承载力特征值最接近下列哪个数值? (单选题)分析与题解: 本题中计算参数b =1.5m ,k ϕ=22°,c k =1.0kPa根据持力层粉质粘土k ϕ=22°,查《建筑地基基础设计规范GB50007-2002》表5.2.5得:b M =0.61,d M =3.44,c M =6.04()()a b d m c 17.8 1.018.0100.50.6118.010 1.5 3.44 1.5 6.04 1.010.588.4kPakf M b M d M c γγ=++×+−×=×−×+××+×+=在本算例中容易出现的错误:(1) 础宽度b 取为2.5m 或取为3m (并非砂土);(2) γ未采用有效重度,m γ采用了基底重度;(3) 进行了深、宽修正。
例题3.2-5某建筑物采用独立基础,基础底面尺寸为3m ×4m ,基础理深d =1.5m ,拟建场地地下水位距地表1.5m ,地基土分层分布及主要物理力学指标如下表所示。
按《地基基础设计规范》(GB50007-2002)的理论公式计算基础持力层地基承载力特征值f a ,其值最接近下列哪一个数值? 层序土 名 层底 深度 (m ) 含水量 W (%) 天然 重度 γ(kN/m 3)孔隙比e 液性指数I L内聚力 c (kPa ) 内 摩擦 角ϕ(º)压 缩 模 量 E s (MPa) ①填土 1.00 18.0 ②粉质粘土 3.00 30.5 18.7 0.80 0.7018 20º 7.5 ③淤泥质 粘土 7.50 48.0 17.0 1.38 1.2010 12º 2.5 ④ 砂质粉土 16.00 20.5 18.7 0.78 / 5 35º 15.8 (A ) 184kPa (B )208 kPa(C ) 199 kPa (D )103kPa【解】 本题中计算参数b =3.0m ,d =1.5m, 持力层为粉质粘土层,于是k ϕ=20°,c k =18kPa根据k ϕ=20°,查《建筑地基基础设计规范GB50007-2002》表5.2.5得:b M =0.51,d M =3.06,c M =5.66()a b d m c 18.0 1.018.70.50.5118.710 3.0 3.06 1.5 5.6618.010.5198.9kPakf M b M d M c γγ=++×+×=×−×+××+×+= 在本算例中容易出现的错误:(1)γ采用了有效重度而m γ也采用了有效重度,计算的承载力力值为183.6 kPa 。
;ϕ取基底下一倍短边基宽深度范围内土的标准值(2)根据c k、k而取了淤泥质粘土层的指标ϕ=12°,c k=10kPa,计算的承载力k力值为103.3 kPa。
例题3.2-6 在厚度均匀的正常固结土层上,4个月内建成一幢6层住宅,地基土的物理力学指标为:含水量30%,重度18kN/m3,孔隙比0.91,液性指数0.98,三轴不排水指标c u=40kPa,ϕ=0º。
地下水u位在地面下3m处。
设条形基础宽度3m,埋置深度1.5m,经验算表明,地基承载力特征值小于基底平均压力,下列判断中哪个是正确的?(多选题)(A) 基底平均压力大于152.6kPa;(B) 可以加深基础的埋置深度以提高地基承载力,使之满足设计要求;(C) 可以增大基础宽度来提高地基承载力;(D) 根据工程的建设速度,应当采用固结不排水试验指标计算地基承载力。
答案:A、D。
分析:用《建筑地基基础设计规范》的公式计算,地基承载力特征值为152.6kPa,根据题意可知地基平均压力必然大于152.6kPa,故A为正确答案;由于采用三轴不排水强度指标,内摩擦角为零,承载力系数M d=1.0,增大埋置深度所提高的承载力与基础自重的增大相抵消,与事无补,故B是错误答案;由于采用三轴不排水强度指标,内摩擦角为零,承载力系数M b=0,增大基础宽度无助于提高地基承载力,故C也是错误的;考虑到工程的加荷速度比较正常,可以考虑排水固结产生的强度增长,采用固结不排水试验指标计算地基承载力。
而用三轴不固结不排水试验得到的指标没有反映实际强度的增长,指标偏小,使计算结果偏低,故E为正确答案。
该题考核对规范方法的理解深度,当采用不排水强度指标计算地基承载力时,一些概念就要随之而变。
按现场载荷试验确定地基承载力的方法地基的载荷试验是在现场试坑中设计基底标高处的天然土层上设置载荷板(刚性平板,面积0.25~0.50m2),然后在其上施加垂直荷载,测定载荷板上的压力及其对应的稳定沉降值,获得载荷试验的p-s曲线。
通过分析载荷试验的p-s曲线,可以按下列方法确定地基承载力特征值f ak。
试验点的地基承载力特征值:l.当p-s曲线上有比例界限时,取该比例界限所对应的荷载为地基承载力特征值;2.当试验极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时,取极限荷载值的一半为地基承载力特征值;3.对于不能按上述条件确定的试验结果,可以采用按相对变形的条件来确定其承载力特征值,即当压板面积为0.25~0.50m2时,可取相对沉降s/b=0.01~0.015所对应的压力为承载力特征值,但其值不应大于最大加载量的一半。