地基承載力計算方法及其使用范圍探討

地基承載力計算方法及其使用范圍探討 摘要 指出了現(xiàn)行的建筑地基基礎設計規(guī)范中 給出的地基極限承載力建議值難以準確反映地基承載 力的地域性差異 闡述了合理地評價地基承載力 關 系到工程項目的建設質量 速度和經濟效益等重大問 題 通過對地基承載力的確定原則和確定方法分析 探討了現(xiàn)有的幾種地基極限承載力計算理論的適用范 圍 以期為實際工程提供參考 關鍵詞 地基承載力 計算理論 淺基礎 旁壓 荷載 中圖分類號 TU411 文獻標識碼 A 文章編號 1 地基承載力的確定原則 天然土由于其沉積的原因 在其抗剪強度上呈現(xiàn) 出各向異性和非勻質性 不少學者對地基土不排水抗 剪強度的各向異性和非勻質性進行了研究 同時對淺 基礎地基承載力給出不同的計算方法 1 總體上講 確定地基承載力的原則主要體現(xiàn)在以下兩個方面 其 一 保證地基不發(fā)生強度破壞而喪失穩(wěn)定性 其二 保證構造物不發(fā)生影響其安全與正常使用的過大位移 或不均勻沉降 2 確定地基承載力的方法 第一種方法為現(xiàn)場荷載試驗法 靜力觸探法與動 力觸探法即為這種方法 顯然該方法不能考慮埋深效 應對地基承載力的影響 第二種方法為規(guī)范法 2 3 通過理論研究 試驗 以及大量的工程實踐 提出的計算公式能直接得出考 慮埋深效應的地基承載力設計值 第三種方法為理論計算法 包括理論公式計算和 數(shù)值計算兩類 通過計算地基的臨塑荷載 臨界荷載 或者極限荷載再除以安全系數(shù) 可以得到考慮埋深效 應的地基承載力設計值 三種方法中 理論方法能通過參數(shù)研究 較深入 地認識影響地基承載力的多種因素 特別是數(shù)值分析 方法 不但可以考慮地基土的性質和埋深效應等對地 基承載力的影響 還能得到基底壓力的大小和分布以 及土體的位移趨向和塑性區(qū)的分布狀況 3 地基極限承載力計算理論探討 目前國內外計算地基極限承載力的方法很多 在 此給出三種最常用的計算方法 并對其進行討論 以 確定其使用條件 3 1 普朗特爾 Prandtl 計算理論 普朗特爾計算理論模型如圖 1 所示 I 區(qū) 主動朗金區(qū) 因基底面光滑 最大主應力 為鉛直方向 破裂面與水平面成角 區(qū) 過渡區(qū) 滑動線由對數(shù)螺線及輻射線組成 區(qū) 被動朗金區(qū) 最大主應力為水平方向 破 裂面與水平面成角 圖 1 普朗特爾公式計算模型 普朗特爾得出的極限承載力理論解為 1 式中 承載力系數(shù) 與土的內摩擦角有關 通過查普朗特爾地基承載力系數(shù)表可以得到 推導 Prandtl 普朗特爾 公式時 假定基礎置于地基表面 并忽略基底以下地基土的容重影響 這些假定 與實際不符 計算結果與實際有一定的差距 3 2 太沙基 Terzaghi 計算理論 太沙基公式基于兩點假設 一是基底壓力均勻分 布 二是地基破壞時沿圖 2 所示的虛線整體滑動 其 適用于地基土較密實的情況 圖 2 中 當時 為明置 基礎的情況 當時 埋深效應將使地基承載力提高 b 條形基礎寬度 p 通過構造物基礎傳到地基 上的荷載 設為均勻分布 構造物周圍填土產生 的荷載 旁壓荷載 圖 2 太沙基公式計算模型 太沙基地基極限荷載公式為 2 式中 地基的極限荷載 土的重度 B 基礎寬度 c 土的黏聚力 q 傍載壓力 N Nc Nq 與土體內摩擦角有關的系數(shù) 通過查太沙基極限荷載系數(shù)表 4 可以得到 隨著 p 增加 地基中應力增加 當?shù)鼗鶓_到 極限平衡狀態(tài)時 即為地基的極限荷載 太沙基極限 承載力理論假定基底壓力均勻分布 事實上 對于剛 性基礎而言 地基兩端壓力較大 中間壓力較小 呈 倒置的馬鞍形分布 基底變形成均勻分布 對于柔性 基礎而言 在均布荷載作用下 基底壓力均勻分布 而基礎沉降呈現(xiàn)中間大 兩邊小的分布規(guī)律 故該計 算理論可能更適用于柔性基礎 而對于剛性基礎存在 較大差異 3 3 斯凱普頓 Skempton 計算理論 斯凱普頓計算理論適用于內摩擦角為 0 的飽和軟 土的情況 當基礎的埋深 d 2 5b 時 有半經驗公式 如下 3 式中 d 基礎埋深 b 基礎寬 l 基礎長 當以無限長條形基礎為對象 取 忽略了公式中的寬度修正項 該公式適用于 d 2 5b 的淺基礎 上述承載力理 論主要基于以下假設 1 假定土體不可壓縮 地基在發(fā)生整體剪切破 壞的條件下得出的 實際上土體在發(fā)生破壞前及在剪 切破壞過程中 都將產生壓縮現(xiàn)象或由于土質松軟而 出現(xiàn)局部破壞或沖剪破壞 2 假定滑動面的方法 并根據(jù)土的靜力平衡條 件分別求出由于粘聚力 c 超載 q 和土自重 所引 起的承載力 然后進行疊加而得到總的承載力 由于 承載力公式中 c q 所組成的每一項并不是在同 一滑動面的情況下得出的 且在求解過程中均將滑動 土體當作不變形的剛塑體來考慮 這是目前承載力公 式中共同存在的主要問題 也是不能真實反映實際的 主要原因 4 結論 論文從淺基礎地基承載力的確定原則和確定方法 入手 對目前的常用的幾種淺基礎地基極限承載力計 算理論進行了分析 給出它們的使用范圍 通過分析 表明 對于不同的工程條件和地基條件 應該選用相 應的計算理論 否則會導致計算結果差異性較大 從 而影響工程安全 參考文獻 1 楊愛武 杜東菊 軟土淺基礎地基承載力的計 算及應用 J 天津城市建設學院學報 2004 10 1 2 中華人民共和國行業(yè)標準 建筑地基基礎設計 規(guī)范 GB50007 2002 S 北京 中國建筑工業(yè)出 版 2002 3 中華人民共和國行業(yè)標準 公路橋涵地基與基 礎設計規(guī)范 JTJ65 2007 S 北京 人民交通出 版社 2007 4 龔文惠 土力