关于地基承载力的修正

文献资料中对地基承载力特征值的深度修正有各种不同的说法，实际工程中如何确定基础埋置深度d的数值?

在地基承载力特征值的确定过程中强调变形控制，地基承载力特征值不再是单一的强度概念，而是一个满足正常使用要求(即与变形控制相关)的土的综合特征指标。

它与上部结构中的承载力概念有本质的不同。

对地基土承载力进行深度修正的目的，是为了确定地基土在原有自重应力状态下的实际承载力特征值。考虑地下室、裙房等对基础计算埋深的影响时，均可将其荷重等效为计算埋深，但等效计算埋深不应大于基础的实际埋深。

[问题分析]

1.地基土承载力特征值f.应按式(7.2.2-1)计算，其中的d应根据工程的具体情况综合确定，式(7.2.2-1)的相关符号的意义同《地基规范》式(5.2.4)。

fa= fak+ηbγ(b-3) + ηdγm(d一0.5)(7.2.2-1)

应用式(7.2.2-1)时应注意下列问题:

1)ηb、ηd只与基础底面处土的性质有关，而与基础底面以上土的性质无关。

2) γ计算的是基础底面以下的持力层地基土重度，与Ym不同。Ym计算的是基础底面以上的土平均重度，由Ym引起的相关问题见本节讨论。

3)此处的基础埋深d是指地基承载力修正所需的数值，不完全等同于基础的实际埋深(注意:与《地基规范》第5.1.4条的不同)，为便于与实际埋深相区别，将d称为“计算埋深”。

2.关于地基承载力特征值

1)承载力特征值一般由载荷试验确定(岩石地基另见3)，浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验两种。

(1)浅层平板载荷试验，适用于确定浅部地基土层在承压板下应力主要影响范围内的承载力。

浅层平板载荷试验的优点是压力的影响深度可达1.5B~2B (B为承压板的边长，一般不小于0.5m,对于软土不小于0.7m)，因而试验成果能反应较大-部分土体的压缩性，比钻孔取样在室内测试所受到的扰动要小得多，土中应力状态在承压板较大时与实际基础情况比较接近，因而《地基规范》强调原位测试。缺点是试验费工、费时，所规定的沉降稳定标准也带有较大的近似性。

按浅层平板载荷试验得到的地基土承载力特征值fax尚需按式(7.2.2-1)进行修正。

(2)深层平板载荷试验，适用于确定深部(一般埋深≥6m)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fak。

相比浅层平板载荷试验，其优点是可以考虑地基土埋深对地基土层变形性能的影响，但由于在地下水位以下清孔困难及受力条件复杂等因素，成果不易准确。

按深层平板载荷试验得到的地基土承载力特征值fak，当按式(7.2.2-1)进行修正时，no应取零，即不需要进行深度修正(但仍可进行宽度修正)。

但应注意，对于挖方工程(即房屋建成后，室外地面标高低于场地原有地面标高，地基持力层的实际埋深减小了，一般常见于山坡、山顶和丘陵地区工程)，直接按深层平板载荷试验确定的fa计算地基承载力特征值fo，偏于不安全。应根据工程经验，对fax进行适当的调整(调整为相应于浅层平板载荷试验的地基承载力特征值fax)。当没有可靠的工程经验时，可依据式(7.2.2-1)计算确定(即①先依据原有场地的地面标高，已知fak、d,相应土层的p、Ym等参数，按fak+paYm (d-0.5) = fx计算出相应的fak;②再根据房屋建成后实际地面标高确定的基础计算埋深d'，已知fak、d'等计算参数，分别以fa、d'代替式(7.2.2-1)中的fx及d,确定挖方工程的地基承载力特征值f)。

2)图7.2.2-1表示由荷载试验得到的两种类型的荷载力与沉降s的关系。对于中、低压缩性地基(如坚硬的黏性土、密实至中密的砂土等)，当荷载大于某一数值时，曲线①有比较明显的转折点。而对于高压缩型地基(如软黏土、松散的砂等)，曲线②没有明显的转折点。

对于中、低压缩性地基，在局部荷载的作用下，随着压力的加大，地基的变形基本.上可分为三个阶段:第一阶段对应于p~s曲线的oa部分，在此阶段内地基的变形主要由压密变形引起的，压力与沉降基本上呈线性关系，也称为“线性变形阶段”，其最大值为比例界限，即图7.2.2-1中的p。值，也即《地基规范》所对应的地基承载力特征值fak。第二阶段对应于p~s曲线的ab部分，压力与沉降不再呈线性关系，属于局部塑性变形阶段，基础边缘发生剪切破坏。第三阶段对应于p~s曲线的bc部分，在此阶段内地基塑性区已连成一片，地基发生整体剪切破坏。

对高压缩型地基，一般取地基沉降为0.015B(B为载荷板的边长，B=700mm,0.015B=10mm)所对应的荷载值作为该地基土层的承载力特征值。

3)岩石地基承载力特征值按以下方法确定:(1)按岩基载荷试验方法(见《地基规范》附录H)确定，其承载力特征值不需要按《地基规范》式(5.2.4)进行深宽修正。

(2)对完整、较完整和较破碎的岩石地基承载力特征值，可根据室内饱和单轴抗压强度frk (见《地基规范》附录J)，按《地基规范》式(5.2.6) fa=φrfrk计算，其承载力特征值不需要按《地基规范》式(5.2.4)进行深宽修正。

由于岩石小试件的抗压强度不能很好地反映整个岩石地基的状态，天然状态下岩石地基的不均匀性和节理、裂隙、风化程度及遇水后的软化程度等将大大降低岩石地基的承载力，岩石越坚硬，这种影响越大。

因此，折减系数中,的取值直接影响到岩石的地基承载力特征值，对岩石成因及完整性的理解不同，其取值也不相同，有时差别很大。

(3)对破碎、极破碎的岩石(指无法进行取样的岩石)地基承载力特征值，可根据地区经验取值，无地区经验时，可根据平板载荷试验确定。当采用浅层平板载荷试验时，其承载力特征值需要按《地基规范》式(5.2.4)进行深宽修正;当采用深层平板载荷试验时，其承载力特征值不需要再按《地基规范》式(5.2.4)进行深度修正(但需要进行宽度修正)。

(4)各种试验方法的综合比较分析见表7.2.2-1。网友的主要疑问及解答如下:

①为什么“岩基载荷试验”中“极限荷载”是除以3的安全系数，而其他试验则是除以2的安全系数呢?安全系数的大小是根据岩石地基的特点结合试验统计得出的。岩石地基具有强度高和压缩性低的特点，但岩石易受风化的影响，其强度会降低而压缩性加大，基坑开挖加剧了岩石地基的风化进程，对岩石地基的承载力影响明显。综合考虑各种因素，取安全系数3。而土质地基则不同，基坑开挖对地基土层的风化程度影响不明显。

②由岩石单轴抗压强度试验确定的岩石地基承载力特征值fa与嵌岩桩的嵌岩段总极限阻力标准值Qrk之间有什么关系? [答]岩石地基承载力特征值f。与嵌岩段总极限阻力标准值Qrk均与岩石饱和单轴抗压强度标准值frk有关，所不同的是，在Qek中考虑有嵌岩段侧阻力的影响及桩的刺人变形对桩端承载力的提高作用，《桩基规范》式(5.3.9-3)采用综合系数ζr，比较《桩基规范》表5.3.9的数值与《地基规范》第.2.6条中中,的数值，可以发现两者差异很大。

③深层平板载荷试验确定的fak与桩的极限端阻力标准值qpk有什么不同?地基土层的地基承载力特征值与桩的极限端阻力标准值的最大不同在于后者可考虑桩的刺人变形，因而后者的数值要比前者高许多。桩的极限端阻力标准值9k一般根据当地经验确定。

3.计算埋深d的确定

1)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，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载荷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，关注的是原状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，既按浮重度考虑)。

2)基础的计算埋深见图7.2.2-3。

3)主楼和裙楼一体的结构

(1)当为超补偿基础(即裙楼基础底面以上的荷载小于土重)，且B.+B,>2B (对照《地基规范》对浅层平板载荷试验的基坑尺寸要求，可知当B、Br不相等时按此规定计算偏于安全)，对主楼结构的地基承载力进行深度修正时，可将裙楼基础底面以上范围内的荷载，作为基础两侧的超载考虑并将其折算成等效计算埋深d.(d.<d,d为基础的实际埋深)，见图7.2.2-4。而当B+Br≤2B时，由于地下室的实际埋深d>de，且回填土离主楼距离较近，其计算埋深还可以根据工程经验适当加大，当无工程经验时，可不考虑其有利影响，也可按线性插人(B+ B2=2B时为de, B.+B2=0时为d)确定。

(2)当为欠补偿基础(即裙楼基础底面以上的荷载不小于土重)，对主楼结构的地基承载力进行深度修正时，可直接取计算埋深等于设计埋深，见图7.2. 2-4。

4)对于主楼和裙楼之间设沉降缝分开的结构(即主楼和裙楼不为一-体的结构)，规范未规定主楼基础埋深的计算方法，建议也可按图7.2.2-4计算。

5)当主楼为整体式基础(如筏基等)，裙房为非整体式基础(如独立基础或条形基础等，主楼基础的实际埋深不小于裙房基础)时，应根据不同情况确定主楼基础的计算埋深:

(1)裙房不设地下室时，主楼基础的计算埋深取主楼基础的实际埋深。

(2)当裙房设置地下室时，可不考虑非整体式基础的基底压力对主楼基础埋深的有利影响，主楼基础的计算埋深取裙房基础由裙房地下室地面算起的实际埋深。

6)当采用大面积压实填土时，不考虑承载力的宽度修正(注意:仍应考虑深度修正)。

7)任何情况下，计算埋深不应大于基础的实际埋深(由天然地面算起)。

4.地基承载力修正的其他相关问题

1)关于式(7.2.2-1)中γm的取值问题

式(7.2.2-1)对地基承载力的修正，主要是考虑土样与地基原状土实际所受的应力状态之间的差异:位于基底标高处的地基原状土，处于自重应力作用下的三向受力状态，而在土工试验室的土样，其承载力并没有考虑其原状土的自重应力，因此原状土的实际承载力要高于土工试样，进行适当的修正是合理的。

回顾地下水位以下原状土(饱和土)的应力状态，可以发现土体颗粒在上部土的自重压力和地下水压(属于土体孔隙水压，水压反作用于四周土体)的共同作用下处于平衡状态，土体所受到的压力应是上部土压力和地下水压力的总和。由于土工试验的土样也是饱和土样(即土颗粒间的空隙已由地下水填满)，因此，当在地下水位以下时，式(7.2.2-1)中γm采用浮重度，从概念上与土样试验不符(但偏于安全)。

2)关于回填土的回填历史

结构设计中应充分考虑回填土的回填历史(是否真正实现长期压密)，同时应将规范的规定理解为适用于适当厚度的填土，对于厚度过厚、回填时间过短的回填土，应慎重考虑其对地基承载力特征值的有利影响。情况不同时，计算结果差异较大，举例说明如下:

[例7.2.2-1]某工程现有地质条件如图7.2. 2-5,①为中砂层厚1m,γ=2.1t/m，fak=180kPa;②为粉土(黏粒含量ρc<10%)层，fak= 150kPa，未见地下水，上部结构荷重为150kN/m。结构施工周期6个月，比较不同施工方案对土层②地基承载力特征值的影响;方案一，施工前在现有地面上采用级配砂石分层回填碾压(厚度2m)，压实系数0.95，级配砂石的干密度不小于2.1t/m，回填地基的承载力特征值180kPa;方案二, 主体结构施工后回填，级配砂石的其他要求同方案一，比较结果(不考虑基础宽度对地基承载力的修正)见表7.2.2-2。

由表7.2.2-2可以发现，填土时间相差半年(地基土的压密时间远没有达到表7.2.3-1的要求)，其计算的地基承载力标准值差异很大，由此可见，不加限制地套用规范的本条规定对某些特殊工程是不合适的(施工速度越快，施工周期越短，越要引起重视)。

3)对于地下室底面防水板下有软垫层的基础，其计算埋深应按软垫层下的实际地基反力标准值qk(防水板自重、地下室地面建筑做法重及地下室地面的活荷载，其中的活荷载应按《荷载规范》第4.1.2条要求折减)来确定基础的等效埋深de, de=qk/γm，见图7.2.2-6。

4)需要说明的是，式(7.2.2-1)中关于基础计算埋深d (m)的解释“对于地下室，如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”是有条件的，只有当基础底面地基反力的平均值不小于挖去的原有土重时，才可以按上述规定计算。当为超补偿基础(即建筑物的重量小于挖去的土重，这种情况一般出现在地基承载力较低的及大面积纯地下室结构中)时，仍应按建筑物重量的等效土层厚度计算基础等效埋置深度de

对于所有各类带地下室(底面有软垫层的地”下室除外)基础的计算埋置深度，均可按基底标高处实际底反力标准值qk来确定基础的等效埋深de, de=qk/γm，需同时满足条件de≤d，见图7.2.2-7。

5)对地基承载力特征值修正的误区

值得注意的是，有文献依据浅基础的地基极限承载力理论(太沙基Terzaghi承载力理论)的整体破坏模式指出:①对地基承载力特征值的深度修正，其本质是基础周边超载的压重作用，在对地基承载力的深度修正时，可直接按等效埋深计算，而可不受基础实际埋深的限制;②基础埋深只考虑基础周边的超载情况，无需考虑基础范围内的实际荷载情况。

编者认为，过分考虑基础周边压重对地基承载力的有利影响，对超补偿基础，不考虑基础以上的实际荷载情况，这些做法对工程设计是有害的，主要理由如下:

(1)由图7.2.2-2可以看出，地基承载力特征值(对应于pa)与地基塑性破坏时的极限承载力(对应于p)有本质的区别，工程设计中的地基承载力特征值fx对应于pa，远未到达极限承载力p。所对应的受力状态。

(2)地基的整体剪切破坏模式(主要表征为基础两侧地面隆起)只是诸多破坏模式中的一种(见图7.2.2-2)，且一般只适用于密实的砂及坚硬的黏土等压缩性较小的土。而对于其他土层，由于基础的连续下沉产生过大的沉降，基础就像“切入”土中一样，发生冲切剪切破坏，破坏时地基中没有滑动面，基础四周的地面也不隆起。

(3)比较《地基规范》对浅层平板载荷试验及深层平板载荷试验中，终止加载的控制条件可以发现，“承压板周围的土明显地侧向挤出”只在浅层平板载荷试验中出现，换言之，在深层平板载荷试验中，一般不发生地面隆起现象，也就是，一定量的地面加载就可以抑制地面的隆起，过多的地面加载只会增加地基的负担。因此，裙房荷载对提高主楼地基承载力的有利影响是有限的，当等效埋深不超过基础的实际埋深时有利，当等效埋深超过基础的实际埋深时，超出部分的重量转变为地基的荷载，而使地基产生附加压力，裙房的附加应力在抑制裙房地面隆起的同时也将使地基产生新的沉降，并加大主楼的沉降。

(4)直观上看，裙房压重越大，主楼的地基承载力特征值越高，也不符合结构设计的基本常识。规范要求对深层平板载荷试验不应进行深度修正的规定就明确了地基承载力特征值修正的意义。因此，在对地基承载力进行深度修正时，任何情况下计算埋深均不应大于基础的实际埋置深度。

(5)超补偿基础的整个基础范围内，地基土所受到的实际压力均未达到地基土原有的自重应力状态，而按基础的实际埋深计算，显然是不合理的。