浅论地基承载力的深度修正

2003年10月 Rock and Soil Mechanics Oct. 2003

收稿日期：2002-11-27

作者简介：韩云山，男，1972年生，太原理工大学岩土工程专业博士研究生，主要从事岩土工程方面的科研和设计工作。

文章编号：1000－7598－(2003)增2―0541―04

浅论地基承载力的深度修正

韩云山，白晓红，梁仁旺

（太原理工大学 建筑与环境工程学院， 山西 太原 030024）

摘 要： 为了确定修正后的复合地基承载力特征值，论述了天然地基承载力的深宽修正的理论依据，并指出《建筑地基基础设计规范》GB 50007－2002所给出计算方法的局限性。将复合地基分为散体桩、低粘结强度桩和高粘结强度桩复合地基三种情况予以讨论，通过理论推导，提出了复合地基承载力特征值深度修正的计算公式，并结合工程实际进行了验证。 关 键 词： 复合地基；地基承载力；深度修正 中图分类号： TU 443 文献标识码： A

Analysis of depth modification of subgrade bearing capacity

HAN Yun-shan ，BAI Xiao-hong ，LIANG Ren-wang

（College of Civil and Environmental Engineering , Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, China ）

Abstract: In order to determine the modified characteristic value of the bearing capacity of composite subgrade, the paper discusses the effects of depth and width of foundation on the bearing capacity of natural soil and points out the limitation of calculating method suggested in China Code for Design of Building Foundation (GB 50007-2002). Then the bearing capacity for composite subgrade is discussed in three conditions, loose column composite subgrade, low bonding strength column composite subgrade and high bonding strength column composite subgrade respectively. A calcution formula for composite subgrade bearing capacity considering foundation depth is provided through theoretical analysis and engineering practice. Key words: composite subgrade ；subgrade bearing capacity ；modification about depth

1 引 言

《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2002）

[1]

规定，地基承载力特征值可由载荷试验等方法综合确定。然而通常载荷试验是在一定的小面积载荷板上进行，对于工程实际地基承载力就有一个宽度与深度的修正问题。

无论是理论公式还是现场试验，地基承载力均与基础的宽度和深度有着紧密关系，其变化规律是极为复杂的，受到了各种因素的制约，截止到目前尚未被人们所完全知晓。规范（GB 50007－2002）中所给出的深度和宽度修正系数仅仅是一个经验统计值，修正公式也是一个半理论半经验公式。为了保证地基承载力的可靠度，深度和宽度的修正，特别是宽度的修正都是严格限制的。

随着我国中高层建筑的快速发展，复合地基技

术在工程中越来越广泛地被使用。究竟复合地基的

承载力是否进行修正，应该如何修正？现行规范《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79－2002）[2]对此已有规定，它相对于天然地基承载力的修正更为严格，深度修正系数取1.0，宽度则不予修正。这里存在的一些问题引起了广大工程人员关心和兴趣，为了安全、合理的进行地基基础设计，本文从天然地基的深度修正入手，对复合地基承载力的深度修正进行了理论推导和讨论。

2 天然地基承载力的深度修正

2.1 天然地基承载力深度修正的理论依据

2.1.1 理论依据

地基承载力的理论公式首先由朗肯（Rankine W.J.M.）于1857年提出。朗肯方法计算地基承载力采用的计算图式如图1[3]：

他假定基础底面光滑，基础两侧的土重用连续均布超载ｑ=γD来代替，然后根据上图式滑动面

图1 朗肯方法计算图式图1

Fig.1 Calculation diagram of Rankine method

并以db面左右两侧主、被动土压力相等的条件，得极限承载力的计算公式：

q u= CN c+γDNｑ

其中Nｃ= [tan4（45°+Ф/2）－1]ctanΦ；

N q = tan4（45°+Ф/2）；

N q为考虑埋深影响的地基承载力系数。

而瑞斯诺（Reissner H.）于1924年在普朗特尔（Prandtl L.）的研究基础上,采用类似地计算图式得出地基极限承载力公式[3]：

q u = CN c＋γDN q

其中N c= [eπtanфtan2（45°+Φ/2）－1]ctanΦ

=（N q－1）ctanΦ

N q = eπtanΦtan2（45°+Φ/2）

值得注意的是丹麦、前联邦德国就采用此N q 作为极限承载力的深度修正系数[4]。

不少学者如太沙基（Terzaghi K.）、迈耶霍夫（Meyerhof G.G）、汉森（Hansen J.B.）等均从不同角度和假设得出类似的公式，同样反映出基础埋置深度（超载）对地基承载力的影响。

2.1.2 规范规定及其系数

《建筑地基基础设计规范》（GB 50007－2002）采用的地基承载力深度修正公式为：

f a = f ak+ηbγ（b－3）+ηdγm（d－0.5）

式中f a为修正后的地基承载力特征值；f ak为地基承载力特征值；b为基础底面宽度；γ、γm为基底以下和基底以上的土的重度；d为基础埋深；ηb、ηd为基础宽度和埋深的地基承载力修正系数。

这里就常常遇到的粉土地基的修正系数予以讨论，原规范（GBJ 7-89）5.1.3条中，对粉土：e≥0.85或S r＞0.5时，ηb = 0，ηd = 1.1；

e＜0.85或S r≤0.5时，ηb = 0.5，ηd = 2.2。

很明显两者之间形成了突变，而不是渐变。很多工程的e，S r却经常处于两者之间，严格讲承载力修正只能取前者，但突变这一现象确实是存在的。根据近几年的工程实践，初步认为，介于两者之间时本地区取ηb = 0.2，ηd = 1.6。规范（GB 50007－2002）中5.2.4条对粉土的规定改为：粘粒含量ρc≥10 %的粉土，ηb = 0.3，ηd = 1.5；

粘粒含量ρc＜10 %的粉土，ηb = 0.5，ηd = 2.0；

对比新旧两条规定，可以发现新规范中各类别土相应的ηb、ηd值不变或略有减少，而对粉土的规定则是总体上减少的同时也减小了突变。

2.2 工程实例

山西忻州某12层银行营业楼，框剪结构，基础埋深4.4 m，基底面积12.4 ×　41.4 m2。基底压力303 kPa，地基持力层为饱和粉土，e = 0.656，S r = 86.1 %，Φk = 20.90，C k = 29.0 kPa，地基承载力标准值为180 kPa。按当时实行的规范《建筑地基基础设计规范》（GBJ 7-89）第5.1.3采取修正系数ηb = 0、ηd = 1.1进行深度修正后的设计值为260 kPa，显然不满足按天然地基设计的要求；若按前述取经验值ηb = 0.2，ηd = 1.6，则修正后的地基承载力设计值为300 kPa，基本满足承载力要求，如果按原规范5.1.4条理论公式计算时，得到的承载力设计值为390 kPa,则完全满足要求。根据以上分析，认为持力层的承载能力是可以满足设计要求，并综合确定地基承载力设计值为330 kPa。最后该工程采用天然地基，未作打桩处理，工程竣工后沉降基本稳定，沉降观测发现差异沉降很小，总沉降量6.7 cm，是计算值的63 %。值得注意的是该工程按现行规范（GB 50007－2002）中的修正系数ηb = 0.3，ηd = 1.5进行计算得到修正后的地基承载力特征值亦为300 kPa。

该工程实例并不能说明载荷试验是一种不合理的方法，而是说从小面积的表面承载力试验结果推到大面积、大埋深的地基承载力的影响，其规律还未被掌握，所定系数常常较为小心，偏于保守。这些系数用于深宽均不大的中小型基础来说还可以，而对于高层建筑则矛盾就突出了。换句话说，既然深宽修正的规律未能很好解决，那么对于高层建筑的基础来说，采用载荷试验成果的有效性就相应减弱了。因此，根据当地建筑经验选用理论公式得出较大的承载力与规范的规定也是一致的[4]。

3 复合地基之基础埋深修正

3.1 复合地基埋深修正的公式推导

从《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-91）到新颁布的（JGJ 79-2002）中之“基本规定”都可以

看到“…经处理后的地基…基础埋深的地基承载力