建筑工程软弱下卧层地基承载力设计与验算

关键词：建筑工程；岩土勘察；软弱下卧层；承载 力；设计验算
中图分类号：T U471.8 文献标识码：B 文章编号：1008- 0422（2009）01- 0159- 02
1 引言
建筑地基承受建筑物荷载的土层叫作 持力层，根据岩土力学可知，持力层承受的 建筑荷载作用随着深度的加深而逐渐减小， 我们就把持力层土体往下的土体叫做下卧 层。在岩土中软弱下卧层土层通常具有下述 特点：天然含水量高，天然孔隙比高，压缩性 高；承载力低，抗剪强度低，渗透性低。下卧 层承受的荷载作用比持力层小，但是如果是 软弱层，除了验算持力层的承载力外，还需 验算软弱下卧层的承载力，如果验算不能满 足变形要求，那么就要考虑采取地基处理措 施，或者考虑采用桩基础。
（4）
矩形基础：
（5）
— — —基础底面处的附加压力值；
3 不同条件下软弱下卧 层设计中常见问题分析
根据上述计算公式分析，软弱下卧层强 度能否满足设计要求，与基础型式、持力层 及下卧层的压缩模量比、持力层的厚度、基 础尺寸及埋深有关，及所受荷载类型、大小 等因素有关。在工程实际运用过程中，要弄 清楚各公式的适用条件，由于遇到的问题往 往较复杂，假若处理不当，就会出现计算结 果偏差过大甚至计算错误，给工程留下了事 故隐患。笔者在多年工作实践中遇到了各类 工程实例，在软弱下卧层的验算过程经常遇 到几种常见问题，有些问题带有普遍性，现 分别作如下阐述和分析。
— — —软弱下卧层顶面处的自重 应力值；
— — —软弱下卧层顶面处经深度 修正后的地基承载力特征值；
对于软弱下卧层顶面处的附加应力 P2 的计算有 2 种情况：当 Es1/Es2≥3 时，用扩散 角简化计算方法，假定基底处的附加应力向 下传递按某一角度 θ 向外扩散，并均匀分 布在较大面积的软弱下卧土层上，根据基底 压力与扩散面积上附加压力相等的条件，得 出了附加应力 的表达式
5 结语
综上所述，在建筑工程勘察设计中，软 弱下卧层的验算是常见项目，本文所列举的 几个情况在工程实践中经常能遇到。有些勘 察设计人员在验算过程中，常常没有细致分 析工程地质条件，而盲目的套用公式；有些 则由于经验不足，缺乏严谨的态度，为了省 去相对烦琐的计算过程而采用简化计算的 方法，这两种情况在工作中都不足取，都应 予以避免。当然实际工程中，可能还会遇到 文中未提到的情况，可据此举一反三，解决 类似的问题。
也有设计人员考虑基础间的应力叠加影响，
图 2 相邻基础情况下的软弱下卧层分布
采用下式： （6）
验算下卧层承载力，这两种计算结果相 差较大。
由基础传至软弱下卧层顶面的附加应 力的分布规律，当基底压力小于地基承载力 时，地基土基本上处于弹性变形阶段，而根 据双层弹性地基的理论解答，基础传到软弱 下卧层顶面的附加应力不像规范假定的那 样，仅在扩散角 θ 的压力扩散面积上均匀 分布，在 θ 角扩散区外为零，而是不均匀分 布在一个相当大的范围内，应力在基础中心 点下轴线处最大，距离中轴线越远越小，硬 壳层能将上部的荷载传递到较大的范围，从 而降低软弱下卧层顶面的附加应力值。据此 分析，前一种算法不考虑相邻基础的相互影 响，导致基础设计不合理，可能发生工程质 量事故；后一种算法考虑应力叠加的影响， 而不考虑硬壳层较强的分布荷载能力，过高 的估计了应力叠加的影响，使得设计的基础 尺寸过大，很在经济。
3.1 忽视 Es1/Es2 值条件的情况 我们知道，验算软弱下卧层承载力时， 选用何种验算公式前提条件是 Es1/Es2 值是 否大于等于 3 或者小于 3；当 Es1/Es2≥3 时， 用扩散角简化计算方法计算；当 Es1/Es2＜3 时，根据土力学原理利用应力分布理论计算 ，因此这个前提条件很重要。但事实上，在 实际工程中，有些设计人员往往忽视这个前
进行软弱下卧层 2 的验算，多个软弱下卧层
的情况依此类推。
3.3 相邻基础影响的情况
在实际工程实践中，常遇到几个相邻基
础靠得较近，按压力扩散角传到软弱下卧层
顶的附加应力产生重叠的情况，规范对此并
没有作明确规定。有的设计人员不考虑相邻
基础的应力叠架影响，直接按单独基础验算
软弱下卧层承载力，认为满足公式（1）即可；
算方法研究[J].南京建筑工程学院学报，2002（1）.
2 不同基础形式下卧层 一般计算方法
根 据 《建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范》 （GB50007- 2002）的规定：建筑物基础传递
到软弱下卧层顶面的附加应力和上覆土的 自重应务之和不超过软弱下卧层的承载力， 即满足下面的公式：
（1） 式中： — — —相应于荷载效应标准组合 时，软弱下卧层顶面处的附加应力值；
3.2 下卧层有多个软弱夹层的情况
工程中有时候会遇到下卧层有两个甚
至多个软弱夹层的情况，这种情况往往较为
复杂，有些设计人员往往怕麻烦，采用简算
的方法，即将多个软弱夹层合为一层，加权
平均得出合并的软弱下卧层的压缩模量，再
根据验算公式来进行验算。乍一看，似乎有
些道理，但事实上，这种算法在理论上是站
不脚的，有相当大的漏洞。
条形基础：
（2）
矩形基础：
（3）
式中： — — —条形和矩形基础底面宽度； — — —矩形基础底面长度， 为基底
平均压力设计值； — — —基础底面处的自重应力值； — — —基础底面至软弱下卧层顶面的
距离； — — —地基压力扩散线与垂直线的夹角；
当 Es1/Es2＜3 时，根据力学原理利用应力分 布理论计算 P2：条形基础：
遇到这种情况，我们可以这样来验算：
以下卧层含两层软土（图 1）为例，先验算软
弱下卧层 1，满足公式（1）后，再将软弱下卧
层 1 顶面作为新加压力，软弱下卧层 1 厚度作
为新基底至软弱下卧层顶面的距离，新基底
宽
，再根据比值 Es2/Es（3 一般
在 1～3 之间）及 Z2/b1 的值来确定 θ2，而后
根据已有的经验，当相邻基础距离较 近，按规范计算的软弱下卧层顶面处的附加 应力产生重叠时，我们可以这样来计算；将 相邻基础压力扩散后的净面积作为计算软 弱下卧层顶面处附加应力的面积 （见图 2）。 在式（1）的验算中：
式中：A1— — —基础 1 对应的扩散面积， A2— — —基础 2 对应的扩散面积， A12— — —两基础产生的应力重叠面积。 工程实践表明，采用上述方法验算相邻
参考文献：
[1] 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 GB50007- 2002. 北 京：中国建筑工业出版社，2002.
[2] 岩土工程勘察规范 GB50021- 2001.[S] 北京：中 国建筑工业出版社，2001.
[3] 陆培毅.土力学.北京，中国建材工业出版社，2000. [4] 宰金珉，梅国雄.考虑位移和时间效应的土压力计
建筑工程软弱下卧层地基承载力设计与 验算
De s ign and Calculation of Foundation Be aring Capacity of We ak Unde rlying Laye r
王道标 WANG Daobiao
摘 要：本文结合笔者多年建筑工程岩土勘察 设计实践，介绍了不同基础形式软弱下卧层承载 力 一 般 计 算 方 法 ；对 不 同 地 质 状 况 、不 同 基 础 形 式及有多个软弱下卧层等条件下软弱下卧层承 载力设计验算问题进行了详细分析阐述，并举例 予以论证。
基 础 1：Es2/Es3=5， =0.67， 查 表 得 θ= 25°
基 础 2：Es2/Es3=5， =0.80， 查 表 得 θ= 25 °
kPa
=157 kPa
=144 kPa kPa kPa
kPa
kPa
修正后软弱下卧层承载力特征值为：
kPa
故
kPa＜
kPa
满足公式（1），经验算，软弱下卧层承载 力满足设计要求。
上，这两种做法都不可取，显然这样的计算
结果是和工程条件不符的，也是不准确的，
给工程留下相当大的事故隐患。
我们可以这样来验算：当 Es1/Es2＜3 时，
若 的比值在 0～0.5 之间时，取 θ 角为
近似取 0°，计算偏安全；若 ＞0.5 时，
应采用双层地基附加应力分布的理论根据
公式（4）、（5）来计算附加应力 。
作 者 简 介 :王道标（1971-），男，湖南洞口人，湖南省洞口县建筑勘察设计院工程师，从事岩土工程勘察设计工作。
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图 1 多个软弱下卧层情况
提条件，当 Es1/Es2＜3 时，根据 z / b 的比值近
似 按 Es1/Es2=3 来 确 定 θ 角 采 用 公 式（2）、
（3）来计算，或者干脆不考虑应力扩散，实际
基础影响情况下的软弱下卧层时，基础设计 较为安全经济。
4 应用实例
上节中列出在软弱下卧层地基承载力 验算过程中经常能遇到的一些问题，类似的
工程实例也很多，受篇幅限制，本文就不一 一举例说明了。下面仅举一个相邻基础情况 下的软弱下卧层地基承载力设计验算示例。
如图 2 所示，基础 1 的 =3×2=6m 2， 轴心荷载 Fk=800kN；基础 2 的 =2.5 × 2=5m 2，轴心荷载 Fk=600kN；两基础相邻边 距离为 1.0m ；土层的参数图 2 已注明。根据 以上条件验算软弱下卧层的承载力。 由示例所给条件，可以得出