地基承载力考虑深度修正的探讨

地基承载力考虑深度修正的探讨

摘要：在一个建筑工程中，基础的费用占土建成本大概30%。因此在基础设计中，基础形式选取很大程度影响整个工程成本。而在天然基础中，对地基土承载力大小的取值正确与否至关重要。

关键词：地基；承载力；深度；修正

1.规范对地基承载力修正的规定

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）5.2.4条规定：

当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其它原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按下式修正：

--修正后的地基承载力特征值；

--地基承载力特征值；

、--基础宽度和埋深的地基承载力修正系数

γ--基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；

b--基础底面宽度(m)，当基宽小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；

--基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；

d--基础埋置深度(m)，一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。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；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。

在探讨地基承载力考虑深宽修正前，先了解地质勘察报告的地基承载力特征值是如何测得。根据《岩土工程勘察规范》（GB 50021-2001）(2009年版)10.2.1条规定：载荷试验可用于测定承压板下应力主要影响范围内岩土的承载力和变形模量。浅层平板载荷试验适用于浅层地基土；深层平板载荷试验适用于深层地基土和大直径桩的桩端土；螺旋板载荷试验适用于深层地基土或地下水位以下的地基土。深层平板载荷试验的试验深度不应小于5m。

对天然基础地基承载力一般均采用浅层平板载荷试验和实验室通过测定土的抗剪强度等来测得。

建筑地基基础设计规范规定：土的工程特性指标包括强度指标，压缩性指标及其他特性指标（如静力触探探头阻力，标准贯入度试验锤击数、载荷试验承载

力等）。地基土工程特性指标的代表值有标准值、平均值及特征值。抗剪强度指标应取标准值，压缩性指标应取平均值，载荷试验承载力应取特征值。

地基承载力不宜称为土的工程特性指标，因为地基承载力的取值，不仅与土的工程特性有关，还与基础的埋置深度、基础的形状和尺寸、基础和上部结构的刚度、荷载的性质和分布、结构对地基变形的敏感性等许多因素有关，地基承载力实质上是一个设计问题。因此，用土的抗剪强度指标计算而得的地基承载力特征值，经过深宽修正的地基承载力特征值都是土的工程特性指标。用载荷试验方法确定的地基承载力特制值是在特制试验条件下进行的，与工程结构无关，故应认定为土的工程特性指标，利用土的物理性指标或触探试验、标准贯入试验成果等与载荷试验成果进行回归分析所得的地基承载力特征值，也可认为是土的工程特性指标。

2. 地基承载力考虑深度修正原理的探讨

首先由地基土的破坏模式入手，

根据荷载与沉降的关系及其相应的地基滑动情况，在竖向荷载下地基土的破坏形式可分为整体剪切破坏、刺入剪切破坏和局部剪切破坏。（1）整体剪切破坏：当作用在地基上的压力达到极限压力后，地基内塑性变形区连成一片并出现连续的滑动面，地基土发生整体剪切破坏。此时只要荷载稍有增加，基础就会急剧下沉、倾斜，地面严重隆起。对于压缩性较低的土，如密实砂土和坚硬粘土，破坏时一般都发生这种破坏模型。（2）刺入破坏：其特点不出现明显的连续滑动面，基础也不隆起，基础没有很大的倾斜。这种破坏模式一般出现在压缩性较大的松砂和软土中。（3）局部剪切破解：其特点介于整体剪切破坏与刺入剪切破坏之间。是一种过渡性的破坏模式。破坏时地基的塑性变形区域局限于基础下方，滑动面也不延伸到地面。地面可能会轻微的隆起，但基础不会明显倾斜或倒塌。三种破坏模式如下图所示：

对于均质地基上放置基底粗糙的条形基础，太沙基假设的地基中滑动面如下图所示。

Ⅰ区处于弹性压缩区，破坏时如楔形刚体随基础一起往下移动。Ⅱ区在Ⅰ区的作用下往下移动。Ⅲ区在Ⅱ区的挤压下有向上移动的趋势也就是地面隆起。而两侧超载则是往下压，与Ⅲ区隆起的方向相反，限制了Ⅲ区的隆起。根据土楔aa’b的静力平衡条件可求得地基的极限荷载为：

c----土的粘聚力

---基础底面以上图的加权平均重度，地下水以下取有效重度

---地基土的重度，地下水以下取有效重度

d----基础埋深

b----基底宽度

-----无量纲的承载系数，仅于土的内摩擦角有关系。

其中为基础底面处地基土两侧超载。有上式可知，地基的极限承载力与地基土两侧超载有关。两侧均布超载超载约束了Ⅲ区的隆起，地基的极限荷载由此增大考虑深度修正的原理。

以上是在条形基础发生整体剪切破坏时的条件下推导的，对其他基础形式及另外两种破坏模式条件的计算式公式类似，只是承载力系数有所不同。在此不一一列举。

两侧超载对承载力的提高效果与地基土破坏时隆起程度有关，破坏时地面隆起越大，则超载对地面约束越好，承载力提高得越多。整体剪切破坏时地面严重隆起，局部剪切破坏地面轻微隆起，刺入剪切破坏地面不隆起。所以整体剪切破坏>局部剪切破坏>刺入剪切破坏。也即与基底土层的压缩性有关系。压缩性低的土要比压缩性高的提高的效果好。这跟《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）表5.2.4承载力地基埋置深度的地基承载力修正系数与地基土层压缩性关系规律一致。

3.基础设计时地基承载力考虑深度修正需注意的几个问题

（1）两侧超载的宽度问题

《建筑地基基础设计规范》5.2.4 条文说明：主裙楼一体的结构。对于主体结构地基承载力的深度修正，宜将基础底面以上范围内的荷载按基础两侧的超载考虑。当超载宽度大于基础宽度两倍时，可将超载折算成土层厚度作为基础埋深，基础两侧超载不等时，取小值。

由此可知，土层发生破坏时隆起的宽度大概为基础宽度的两倍。因此，对深度修正时考虑周边土的每侧宽度应大于等于基础宽度的两倍。这在实际的工程中使用尤为重要。特别在坡地建筑应予重视。在下图情况中考虑深度修正时的深度应为d1而不是基础埋深d.