我基础工程课件3(地基承载力确定)

地基承载力的确定与验算 概念：地基承载力是指地基承受荷载的能力。在建筑物荷载作用下，地基必须保持稳定，或者说地基承受荷载的能力应该具有必要的安全度。另外，地基沉降应在许可范围内，以提供建筑物正常工作的条件。这种具有一定安全度和不引起不许可沉降量的荷载，称为地基的允许承载力。 一概述1)地基承载力特征值的基本概念Pf即地基承受即保证地基强度和稳定条荷载及变形P件下，地基土层单位面积的最大能力所能承受的具有一定可靠度的最大荷载。具备上述特征的承载力规范f影响土层承载力的因素很称之为地基承载力特征值。多。如土的成因及堆积年代、物理力学性质、基础f埋深、基础尺寸、上部结ak构形式等。确定土层的承载力不能单纯按土的强度理论考虑，还必须考虑上部结构形式对地基变形的限制。 地基承载力的影响因素地基土的成因与堆积年代堆积年代越久，一般承载力也越高。地基土的各种物理力学性质直接影响承载力的高低地下水从承载力计算公式中可以看出土的重度大小对承载力的影响。地下水位上升时，土的天然重度变为浮重度，承载力减小。另外，地下水还会引起地基变形，湿陷性黄土遇水湿陷，膨胀土遇水膨胀，失水收缩。上部结构情况：结构形式、体型、重要性等对沉降的要求不同，因而对承载力的选取也不同。 关于地基承载力特征值fak《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002)规定的定义是：英文名称：Characteristicvalueofsubgradebearingcapacity指由载荷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。 2)地基承载力特征值的确定（GB50007-2002)规定：地基承载力特征值可由载荷试验或其它原位测试、公式计算、并结合工程实践经验等方法综合测定。载荷试验其它原位测试方法公式法（按土的强度理论公式确定）经验法 二、载荷试验法规范要求:对地基基础千设计等级为甲级的建斤筑物采用载荷试验、顶理论公式计算及其他荷载板原位试验等方法综合确定。载荷板的测试范围：在现场通过0.25～0.50m2的载荷板对扰动较少的地基土体直接施荷，所测得的成果一般能反映相当于1～2倍荷载板宽度的深度以内土体的平均性质。 按地基载荷试验确定规范规定甲级必须进行该法优点：成果可靠该法缺点：费时、耗资载荷试验示意图（堆载） 例五：地基承载力特征值的确定条件：在某一粉土层上进行三个静载实验，整理后得到地基承载力的实测值分别为：f=238KPa,f=280KPa,f=225KPa。123要求：求该粉土层的承载力标准值。 答案：粉土承载力实测值的平均值为（280+238+225）/3=247.67（KPa）极差为：280-225=55（KPa），因为55/247.67=22%<30%故该粉土承载力的特征值为：f=247.6（KPa）ak 实验成果：由载荷试验可得到P-S曲线，再由P-S曲线确定地基承载力特征值。pppppp1u1u000.02bss按静力荷载实验p-s曲线确定地基承载力（a）低压缩性土（b）高压缩性土 (一)p-s曲线“陡降型”对于此类有明显的比例界限值的曲线，应取图中的比例界限荷载作为承载力特征值 此图所示的p-s曲线有比较明显的起始直线段和极限值，即呈急进破坏的“陡降型”，通常出现于密实砂土、硬塑黏土等低压缩性土。考虑到低压缩性土的承载能力特征值一般由强度安全控制，故《地基规范》规定取图中的比例界限荷载作为承载力特征值。此时，地基的沉降量很小，为一般建筑物所允许，强度安全储备也绰绰有余。因为从比例极限发展到破坏还有很长的过程。但是对于少数呈“脆性”破坏的土，比例极限与极限荷载很接近，取极限荷载的一半作为承载力特征值。 (二)p-s曲线“缓变型”比例界限不明确 对于有一定强度的中、高压缩性土，如沙土、填土、可塑黏土等，p-s曲线无明显转折点，但曲线的斜率随着荷载的增加而逐渐增大，最后稳定在某个最大值，即呈渐进破坏的“缓变型”中、高压缩性土的基本承载力往往受允许沉降量控制，所以应当从沉降的观点来考虑。由变形计算原理可知，如果荷载板和基础下的压力相同，且地基土也是均匀的，则它们的沉降值s与各自宽度b的比值（s/b）大致相等。 规范总结了许多实测资料，当承压板的面积为0.25～0.5m2时，规定取s/b=0.02的经验值作为黏性土确定基本承载力的依据，即以p-s曲线上荷载板的沉降量等于0.02b（b为荷载板的宽度）时的压力p作为承载力特征值。对于砂土，可采用s=（0.01～0.015）b所对应的压力作为承载力特征值。 3按地基规范承载力公式确定3.1地基承载力特征值的修正虽然荷载实验通常在基础底面标高上进行，但是因为荷载实验的承压板宽度小于实际基础的宽度，影响深度较小，实验只反映这个范围内土层荷载实验实际基础的承载力。如果荷载板影响深度之下存在软弱下卧层，而该层又处于基础的主要受力层内，则荷载实验的结果将有较大误差。 在工程上通常采用经验修正的方法来考虑实际基础的埋置深度和基础宽度对地基承载力的有利作用。（1）基础埋置深度（d）此图定性的告诉我们，基础Ⅱ埋置的要比基础Ⅰ深，当土体沿滑裂面被挤出时，基础Ⅱ所需的基底压力显然比基础Ⅰ大。基础深度d对地基承载力影响示意图因为要增加克服基础Ⅱ基底平面以上所增厚土层的超载作用的阻力。因而说明：基础埋置越深，地基承载力越高。 （2）基础埋置宽度（b）基础宽度b对地基承载力影响示意图当土质条件相同且基础埋置深度d不变时，基础底面越宽，地基承载力越高。这种影响可以从上图得到解释。这是考虑到基础宽度超过3m后，地基土在承受荷载发生滑动破坏时，基底下滑动土体从基底基础所受到的阻力，就要随着基础宽度的增大而加大。但是，以上规律不可能无限制，所以《地基规范》综合考虑各种因素后，规定基础宽度b不大于6m时，按基础宽度越宽，地基承载力越高处理。 （主要是）荷载实验 例六：地基承载力特征值条件：某场地地表土层为中砂，厚度2m，γ=18.7KN/m3，根据三条浅层平板荷载实验p-s曲线上比例极限，已取得相对应的荷载值的平均值为222KPa，且实测的极差为平均值的20%。基础底面尺寸为2m×2.8m。要求：确定基础埋深为1m时持力层的承载力特征值。 答案：基础埋深为1m，这时地基持力层为中砂，根据规范附录C.0.7条实测值的极差不超过其平均值的30%，故实验取得的平均值即为该土层的地基承载力特征值。即p-s曲线上比例界限的平均值:f=222KPaak 又因为基础埋深d=1m>0.5m，所以还需对f进行修正。查《规范》表5.2.4，得承ak载力修正系数η=3.0，η=4.4，带入《规bd范》式（5.2.4）,得修正后的地基承载力特征值为：=222+3×18.7×（3-3）+4.4×18.7×（1-0.5）=263KPa 例七：地基承载力特征值的深度和宽度修正条件：已知某工程地质资料：第一层为人工填土，天然重度γ=17.5KN/m3,厚度h=0.8m；第二层为耕11植土，天然重度γ=16.8KN/m3,厚度h=1.0m；第三22层为黏性土，天然重度γ=19KN/m3,空隙比e=0.75，3天然含水量ω=26.2%，塑限ω=23.2%，液限pω=35.2%，厚度h=6.0m；基础宽度b=3.2m，基础L3埋深d=1.8m，以第三层土为持力层，七承载力特征值f=210KPaak要求：计算修正后的地基承载力特征值fa 答案：塑性指数I=ω-ω=35.2-23.2=12pLp液性指数液性指数I,空隙比e均低于0.85，查《规范》L表5.2.4得η=0.3，η=1.6bd基底以上土的加权平均重度 修正后的地基承载力特征值=210+0.3×19(3.2-3)+1.6×17.1(1.8-0.5)=246.7KPa 例八：不同基底尺寸的承载力特征值条件：某场地土层分布及各项物理力学指标如图所示，若在该场地拟建下列基础：（1）柱下扩展基础，底面尺寸为2.6m×4.8m，基础底面设置于粉土层顶面； 要求：确定这种情况下持力层修正后的承载力特征值答案：柱下扩展基础b=2.6<3m按3m考虑，d=2.1m（因为基底埋置于粉土层顶面）粉质粘土层水位以上液性指数孔隙比：查《规范》表5.2.4得η=0.3，η=1.6bd 将各指标值代入计算公式得到=165+0+1.6×17×（2.1-0.5）=208.5KPa （2）高层箱型基础，底面尺寸12m×45m，基础埋深4.2m要求：确定这种情况下持力层修正后的承载力特征值 箱型基础底面宽度b=12m>6m，所以应按6m考虑，基础埋置深度d=4.2m此时，基础底面位于水位以下，天然含水量ω应该用水下的数值30%，故有：孔隙比：查《规范》表5.2.4得η=0.3，η=1.6bd水位以下浮重度 基底以上土的加权平均重度为：将各指标代入《规范》式（5.2.4）f=158+0.3×9.4×(6-3)+1.6×15.6×（4.2-0.5）a=258.8KPa