地基承载力深度修正原理

关于人工地基承载力深度修正问题的探讨

摘要：人工地基在工程中应用日益广泛，而对于人工地基承载力的深度修正，缺乏深入研究和统一认识。针对这种情况，根据加固机理对人工地基进行了分类，分析了不同类型人工地基的破坏模式；并基于深度修正原理和工程实践，对人工地基承载力修正进行了分析探讨；对不同类型的人工地基提出了承载力深度修正建议。

关键词：人工地基；地基承载力；深度修正

前言人工地基为复合地基和桩基的统称，目前人工地基设计所遵循的国家规g范有文献[1-5]，也有不少地区性规范和行业规程，由于地区经验、规范制定的时间及编制规范人员的不同，使各规范之间出现一些不完全一致的情况。针对遇到同一问题各规范、甚至同一规范之间表述不一致，设计过程中如何正确判断。

1.人工地基分类与破坏模式

人工地基是指经过地基处理形成的地基，依其性状大致可分为三类：均质地基、双层地基和复合地基。人工地基的分类人工地基中的均质（或双层）地基是指加固区土体性质得到全面改良，加固区土体的物理力学性质、物质成分基本相同，加固区无论是平面范围还是深度都已满足一定的要求。例如，换填垫层地基、机械压（或夯）实法形成的人工地基（重锤夯实、强夯、机械碾压、振动加密）、预压地基等。对于均质（或双层）地基，加固前后土层成分并未改变，仅密实度增加、含水量降低、土层得到改性处理；换填垫层地基则是浅层软弱土被整体置换而形成双层地基。均质（或双层）人工地基在物质组成、结构构造上与天然地基相比并无本质区别，因此在荷载作用下其破坏模式与天然地基相同，且多数发生整体剪切破坏或局部剪切破坏，而较少发生冲剪破坏。复合地基是指天然地基在地基处理范围内部分土体得到增强或被置换，加固区由基体（天然地基土体或被改性的天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。在复合地基中，基体和增强体共同承担荷载的作用。复合地基按增强体材料特性，可分为散体材料桩复合地基（如砂石、矿渣、渣土等）、柔性桩复合地基（如灰土、水泥土等）和刚性桩复合地基（如混凝土、水泥粉煤灰碎石等）。复合地基介于桩基和天然地基之间，刚性基础下竖向增强体复合地基桩体破坏模式可分为以下几种：1）刺入破坏：桩体刚度较大、地基土承载力较低的情况下，较易发生桩体刺入破坏。桩体发生刺入破坏，承担荷载大幅度降低，进而引起复合地基桩间土破坏，造成复合地基全面破坏。刚性桩复合地基较易发生刺入破坏模式；2）鼓胀破坏：在荷载作用下，桩周土不能提供桩体足够的围压，使桩体发生过大的侧向变形，产生桩体鼓胀破坏，从而造成复合地基全面破坏。散体材料桩复合地基较易发生鼓胀破坏模式；3）桩体剪切破坏：在荷载作用下，复合地基中桩体发生剪切破坏，进而引起复合地基全面破坏。低强度的半刚性桩及柔性桩较容易产生桩体剪切破坏；4）滑动剪切破坏：在荷载作用下，复合地基沿某一滑动面产生滑动破坏。在滑动面上桩体和桩间土均发生剪切破坏，各种复合地基均可能发生滑动剪切破坏模式。

简述承载力深宽修正公式

地基承载力特征值可由载荷试验或其他原位测试、公式计算，并结合工程实践经验等方法综合确定[1]。由上述方法得到的地基承载力特征值在实际设计中往往还需要进行必要的修正。其中，深宽修正就是常用的一种方法。

按照《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）第5.2.4条规定，当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，尚应按下式修正：

fa= fak+ηbr（b-3）+ηdrm（d-0.5）

式中：

fa—修正后的地基承载力特征值（kpa）;

fak—地基承载力特征值（kpa）;

ηb、η d—基礎宽度和埋深的地基承载力修正系数;

b—基础底面宽度，当基础底面宽度小于3m时按3m取值，大于6m时按6m取值;

r—基础底面以下土的重度（kN/m3），地下水位以下取浮重度;

rm—基础底面以上土的加权平均重度（kN/m3），地下水位以下取浮重度;

d—基础埋置深度（m），宜自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，当采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起;当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起[1]。

一、为什么地基承载力要进行深宽修正

在基坑开挖前，受土体自重应力的作用，土样处于三向应力状态，基坑开挖和土样采集过程中，土体受到扰动，已改变了其实际的受力状态，为弥补土工试验及现场浅层平板试验与土样实际受力情况的差异，应考虑基础埋置深度对地基承载力的影响，关注的是土颗粒所受到的其上土层自重应力的影响（受地下水影响时，应计算土颗粒实际受到的上部的土体自重压力，即按浮重度考虑）。当地基承载力标准值fak按深层载荷试验法确定时，不应再进行深度修正。 地基土的承载力不是一个一成不变的数字，它随着基础宽度的增大而增加，同时也随着基础埋深的增大而增加。这是因为：

地基土体的破坏形式是一种抗剪切的破坏[2]。很形象的说你把基础宽度做得很小的话，小到一定的程度，就好像一把“刀”切入地下，地基土体自然就很容易被“切入”。

关于岩石地基承载力修正的问

地基基础设计规范第5.2.4条规定：强风化和全风化岩石，修正系数可参照风化成的相应土类取值，其他状态下的岩石不做修正，深层平板载荷试验确定的地基承载力不做修正。（D.0.1条深层平板载荷试验可适用于确定深部地基，土层及大直径桩桩端土层在承压板下应力主要影响范围内的承载力。）。但在工程勘察工作中，要求按不同深度的土层分层提供地基承载力，用浅基础公式计算深层土的地基承载力，不管土层的埋藏深度如何。众所周知，承载力的修正的原理是多维受力增加强度的原理，而规范规定的中风化岩不做承载力修正，笔者有几点疑问及看法，还望有关专家、各位同仁给出宝贵意见。我认为：在有一定的基础埋深、上部荷载很大的情况下，应该允许对中风化岩石的承载力做一定的修正。根据太沙基公式、斯凯普顿公式、汉森公式都可以看出，地基的极限荷载和地基的承载力都与上部覆土有直接关系。在通常情况下，因为中风化岩石的承载力很高，计算地基的时候基本上都不会出现地基承载力不足的问题。但是在特定的条件下，就会发现：中风化岩石承载力不做修正是偏于安全的。下面会有一假设的工程证明：在一定条件下可以对中风化岩做承载力修正或对中风化岩的承载力做别的考虑。当然，目前可能还没有这样的情况出现。但是，随着科学的进步，未来的建筑也会发生翻天覆地的变化，同时也会有更加先进的规范、技术出现。我只是把自己的看法写出来，与大家共勉。《地基基础设计规范》5.2.4条关于埋深的解释有如此规定：对于地下室，采用箱型基础或筏基时，埋深D自室外地坪算起，采用独立基础或条型基础时，D自室内地面算起。这不难理解：箱基与筏基作为满堂基础，结构的作用对于地基是均匀的，上部结构作用于地基的荷载其中的一部分可以考虑为等同于周边覆土对基础的自重压力与约束，周边覆图荷载可以看做是超载。可以说：大面积的均布荷载对地基是有利无害的。而独立基础、条形基础是以点荷、线荷的方式作用于地基的，只有作用而无约束，所以独立基础和条形基础的修正深度只有从室内地面既出现均布荷载的标高算起。假设有如下一工程：拟建一超高层建筑，地下二层，采用箱形基础，地面1M厚杂填土，杂填土下是1M厚中砂，中砂下是中风化石灰岩。拟将中砂或中风化石灰岩做为持力层。因天然地坪低，故需要在基础施工完毕后进行大规模填方整平。填方整平后基础埋深5.0M,结构对地基的Pk=700Kp。中砂Fak=320Kp,中风化石灰岩Fak=650Kp.对于中砂：根据《地基基础设计规范》5.2.4条关于埋深的解释：在填方整平地区，若填方整平在主体施工完毕前完成，基础埋深可自填土地面算起，则Fa=fak+ηb×γ×(b-3)+ηd×γm×(d-0.5)（式5.2.4）取ηb=0，则Fa=fak+ηd×γm×(d-0.5)=320+20×（5-0.5）×4.4=716Kp>Pk=700Kp满足要求若我们计算下层中风化岩的承载力，假设基础面积50M×50M，则：Pz=700×50×50/(50+2tanA)×(50+2tanA)=675Kp因中风化岩承载力不做修正，故Faz=Fak=650KpPz+Pcz=675+1×20=695Kp>Faz=650Kp,不满足要求。在此假设项目中，中风化岩反而成为中砂的薄弱层。显然，在科学上、在常识上这都是不符合常规的。若采用中风化岩做为地基，则Pk=700Kp>Fa=Fak=650Kp不满足要求，也是不符合科学与常理。这个假设工程集中了许多不利因素，但是管中窥豹，可见一斑。目前很多基础都是用浅基础公式计算深层土的地基承载力，这是非常保守、浪费的。笔者在设计过程中，也遇见过类似的问题。出现此类问题有一个很必要的条件：在主体施工完毕前进行了大规模的填方整平。通常情况下，天然地坪下较深的中风化岩层的承载力确定应该进行深层平板载荷实验。深层平板载荷实验是最准确的表达深层地基承载力的方法，但是实验复杂、费用较高。而且，如上面假设的工程，因天然地面较低、持力层较浅，也不适用于深层平板载荷实验。综上所述，我的看法如下：用风化岩做持力层的深基础，应可以考虑基础埋深的影响。既考虑对中风化岩的承载力做一定的深度修正。若不考虑深度修正，是否在做地质勘探确定承载力的时候适当的考虑一下上部覆土对承载的影响而提出更加合理的地基承载力设计值。随着科学的发展，建筑的功能也趋向于复杂、强大。合理、充分的利用地基的强度，可以在节约造价、缩短工期上取的一定成果。

地基承载力的修正系数

地基承载力是指地基对于建筑物的承重能力。在工程设计中，需要对地基承载力进行计算和评估，以确保建筑物能够稳定地承受荷载。然而，地基承载力的计算并不是一件简单的事情，因为其受多种因素的影响，其中之一就是修正系数。

修正系数是指在计算地基承载力时，为了考虑到各种因素的影响，将实际承载力与理论承载力之间的比值进行修正的系数。修正系数可以分为多种类型，例如形状系数、深度系数、地质系数等，不同类型的修正系数对应着不同的影响因素。

其中，形状系数是指地基形状对承载力的影响系数。通常情况下，建筑物的地基形状是矩形或圆形，而地基承载力的计算是基于标准形状进行的。因此，当地基形状与标准形状不同时，就需要使用形状系数进行修正。

深度系数是指地基深度对承载力的影响系数。一般来说，地基深度越深，承载力就越大。因为地下土层的压力会随着深度的增加而增大，从而提高了地基的承载力。但是，当地基深度超过一定范围时，深度系数的影响就会逐渐减小。

地质系数是指地质条件对承载力的影响系数。地质条件的好坏直接影响着地基的承载力，例如当地土层的密实程度、土质等。因此，需要使用地质系数对地基承载力进行修正，以反映地质条件的影响。

除了以上三种修正系数外，还有其他类型的修正系数，例如荷载系数、水平力系数等。这些修正系数均对地基承载力的计算产生重要的影响，需要在工程设计中进行充分考虑。

需要注意的是，修正系数的值并不是固定的，而是随着影响因素的不同而变化。因此，在进行地基承载力计算时，需要对影响因素进行全面的分析和评估，以确定修正系数的值。

地基承载力的修正系数是地基承载力计算中的重要概念，对于确保建筑物的安全稳定起着至关重要的作用。在实际工程设计中，需要充分考虑各种影响因素，确定合适的修正系数值，以保证建筑物能够牢固地承受荷载，确保人员生命财产安全。