虽然载荷试验通常在基础底面标高上进行,因试坑的坑底宽度至少为压板宽度的三倍,这就可以忽略试坑四周超载对试验结果的影响。因此从载荷试验求得的地基承载力并不包括基础底面以上超载的作用,也就是说将试验结果用于实际工程是偏小的。另一方面,载荷试验的压板宽度小于实际基础的宽度,影响深度较小,试验只反映这个范围内土层的承载力。如果载荷板影响深度之下存在软弱下卧层,而该层又处于基础的主要受力层内(如图4.3.1所示的情况),此时除非采用大尺寸载荷板做实验,否则意义不大。在工程上通常采用经验修正的方法来考虑实际基础的埋置深度和基础宽度对地基承载力的有利作用。
1.基础埋置深度(d)
图4.3.2定性地告诉我们,基础Ⅱ埋置得比基础Ⅰ深,当土体沿滑裂面被挤出时,基础Ⅱ所需的基底压力显然比基础Ⅰ大,因要增加克服基础Ⅱ基底平面以上所增厚土层的超载作用的阻力,从而说明:基础埋置越深,地基承载力越高。
图4.3.1 载荷板与基础荷载影响深度的比较
a)载荷试验 b)实际基础
图4.3.2 基础埋深d对地基承载力影响示意图
2.基础宽度(b)
当土质条件相同且基础埋置深度d不变时,基础底面越宽,地基承载力越高。这种影响可以从图4.3.3中定性地得到解释,这是考虑基础宽度超过3m后,地基土在承受荷载发生滑动破坏时,基底下滑动土体从基底挤出所受到的阻力,就要随着基础宽度的增大而加大(图4.3.3)。应当指出,以上规律不可能无限制,故《建筑地基基础设计规范》综合考虑各种因素后,规定在基础宽度b不大于6m时,按基础越宽、地基承载力越高处理。
图4.3.3 基础宽度b对地基承载力影响示意图
《建筑地基基础设计规范》建议的修正公式见《规范》5.2.4条。
5.2.4 当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时,从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值,尚应按下式修正:
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5) (5.2.4)
式中 fa——修正后的地基承载力特征值(kPa);
fak——地基承载力特征值(kPa),按本规范第5.2.3条的原则确定;
ηb、ηd——基础宽度和埋置深度的地基承载力修正系数,按基底下土的类别查表5.2.4取值;
γ——基础底面以下土的重度(kN/m3),地下水位以下取浮重度;
b——基础底面宽度(m),当基础底面宽度小于3m时按3m取值,大于6m时按6m取值;
γm——基础底面以上土的加权平均重度(kN/m3),位于地下水位以下的土层取有效重度;
d——基础埋置深度(m),宜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,当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。
表5.2.4 承载力修正系数
注:1.强风化和全风化的岩石,可参照所风化成的相应土类取值,其他状态下的岩石不修正。
2.地基承载力特征值按本规范附录D深层平板载荷试验确定时ηd取0。
3.含水比是指土的天然含水量与液限的比值。
4.大面积压实填土是指填土范围大于两倍基础宽度的填土。
1.条形基础的地基承载力特征值修正
【4.3.1】 (1999年一级考题,因规范改版,本题所用参数已作相应调整)
当基础底面宽度为1.50m,埋深0.90m,基础底面以上土的加权平均重度为20kN/m3;基底持力层为黏性土,其孔隙比为0.9,液性指数为0.86。承载力特征值为130kPa,重度为17kN/m3时,下列何项为该持力层修正后的承载力特征值的正确数值?
(A)135.8kPa (B)138.8kPa (C)142.5kPa (D)143.0kPa
【答案】 (B)
【详解】 作题提示:①宽度修正时,取基础底面以下土的重度;深度修正时,取基础底面以上土的加权平均重度。②承载力修正系数正确取值。
基底持力层黏性土的孔隙比e=0.90>0.85,液性指数IL=0.86>0.85,根据《建筑地基基础设计规范》表5.2.4,地基承载力修正系数为
ηb=0,ηd=1.0
因基础宽度小于3m,只需进行深度修正。由《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4)得
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=130+1×20×(0.9-0.5)=138kPa
故(B)正确。
【简解】 由e=0.90>0.85,得ηb=0,ηd=1.0,则
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=130+1×20×(0.9-0.5)=138kPa
【4.3.2】 (2007年二级考题)
某三层砖混结构采用墙下条形基础,基础埋深1.5m,抗震设防烈度7度,地质条件如图4.3.4所示,杂填土层重度γ=17.5kN/m3,黏土层重度水上取γ=18kN/m3,水下取γsat=20kN/m3,地下水位在地表下3m。
图 4.3.4
基础宽度3.4m,黏土层的承载力特征值fak=120kPa,假定黏土层的液性指数IL=0.70,孔隙比e=0.82,试问,修正后的地基承载力特征值(kPa)最接近于下列何项数值?
(A)164.1 (B)150.5
(C)139.9 (D)129.0
【答案】 (B)
【详解】 先确定承载力修正系数,由e=0.82,IL=0.70,均小于0.85,根据《建筑地基基础设计规范》表5.2.4,地基承载力修正系数为
ηb=0.3,ηd=1.6
因基础宽度大于3m,故需要进行宽度修正。深度修正时,需要求得基础底面以上土的加权平均重度,即
根据《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4),得:
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=120+0.3×18×(3.4-3)+1.6×17.7×(1.5-0.5)
=120+2.16+28.32
=150.5kPa
故(B)正确。
【简解】 由e=0.82,IL=0.70,均小于0.85,得ηb=0.3,ηd=1.6,则
【4.3.3】 (2011年二级考题)
某新建房屋为四层砌体结构,设一层地下室,采用墙下条形基础。设计室外地面绝对标高与场地自然地面绝对标高相同,均为8.000m,基础B的宽度b为2.4m。基础剖面及地质情况如图4.3.5所示。
图 4.3.5
已知砂质粉土的黏粒含量为6%。试问,基础B基底土体经修正后的承载力特征值(kPa),与下列何项数值最为接近?
提示:根据《建筑地基基础设计规范》作答。
(A)180 (B)200 (C)220 (D)260
【答案】 (B)
【详解】 作题提示:基础的埋置深度的选用,独立基础或条形基础从室内标高算起。
由粉土的黏粒含量为6%,根据《建筑地基基础设计规范》表5.2.4,地基承载力修正系数为ηb=0.5,ηd=2.0。
因b=2.4m<3m,无需进行宽度修正。基础埋置深度d=1.1m,根据《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4),得
fa=faK+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=180+2.0×19.6×(1.1-0.5)=203.5kPa故(B)正确。
【简解】 查得ηb=0.5,ηd=2.0,则
fa=faK+ηbγ(b-3)+ηdγm (d-0.5)
=180+0+2.0×19.6×(1.1-0.5)=203.5kPa
2.独立基础的地基承载力特征值修正
【4.3.4】 (2000年一级考题)
基底尺寸宽b=2.5m,长l=3.5m,埋深d=1.8m。土层为黏性土。基底以上土的加权平均重度γ0=17.0kN/m3,基底以下土的加权平均重度γ=18.9kN/m3。基底以下土的IL=0.80,e=0.81,地基持力层承载力标准值fk=160kPa。地基持力层承载力特征值最接近下列何项数值?
(A)198kPa (B)199kPa (C)195kPa (D)176kPa
【答案】 (C)
【详解】 由e=0.81,IL=0.80,均小于0.85,查《建筑地基基础设计规范》表5.2.4,地基承载力修正系数为ηb=0.3,ηd=1.6。
基础宽度小于3m,不需要进行宽度修正。根据《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4),得
fa=faK+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=160+0+1.6×17.0×(1.8-0.5)
=195.36kPa
故(C)正确。
【简解】 查得ηb=0.3,ηd=1.6,则
fa=faK+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=160+0+1.6×17.0×(1.8-0.5)
=195.36kPa
【4.3.5】 (2011年一级考题)
某多层框架结构带一层地下室,采用柱下矩形钢筋混凝土独立基础,基础底面平面尺寸3.3m×3.3m,基础底绝对标高60.000m,天然地面绝对标高63.000m,设计室外地面绝对标高65.000m,地下水位绝对标高60.000m,回填土在上部结构施工后完成,室内地面绝对标高61.000m,基础及其上土的加权平均重度为20kN/m3,地基土层分布及相关参数如图4.3.6所示。
试问,柱A基础底面修正后的地基承载力特征值fa(kPa),与下列何项数值最为接近?
(A)270 (B)350 (C)440 (D)600
【答案】 (A)
【详解】 作题提示:基础的埋置深度的选用,对于地下室,当采用独立基础或条形基础时,应从室内地面标高算起。
已知柱A基础宽3.3m,埋深1m,则基础宽度和深度都需要进行修正。因基底持力层为砾砂,查《建筑地基基础设计规范》表5.2.4,可得基础宽度和埋深的地基承载力修正系数为
ηb=3.0,ηd=4.4
根据《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4),得:
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=220+3.0×(19.5-10)×(3.3-3)+4.4×19.5×(1-0.5)
=220+8.55+42.9=271.5kPa
故(A)正确。
【简解】 查得ηb=3.0,ηd=4.4,则
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=220+3.0×(19.5-10)×(3.3-3)+4.4×19.5×(1-0.5)
=271.5kPa
图 4.3.6
【4.3.6】 (2009年一级考题)
某柱下扩展锥形基础,柱截面尺寸为0.4m×0.5m,基础尺寸、埋深及地基条件如图4.3.7所示。基础及其上土的加权平均重度为20kN/m3。
图 4.3.7
假设b1为1.4m,试问,基础底面处土层修正后的天然地基承载力特征值fa(kPa),最接近于下列何项数值?
(A)223 (B)234 (C)238 (D)248
【答案】 (B)
【详解】e<0.85,IL<0.85,查《建筑地基基础设计规范》表5.2.4,可得承载力修正系数为ηb=0.3,ηd=1.6
因b=2m<3m,无需宽度修正。基底以上土的加权平均重度为
根据《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4),得:
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=205+0+1.6×18×(1.5-0.5)
=233.8kPa
故(B)正确。
【简解】 由e<0.85,IL<0.85查得ηb=0.3,ηd=1.6,则
【4.3.7】 (2004年一级考题,原题是连锁题的子题,情境描述有所简化)
某门式刚架单层厂房基础,采用钢筋混凝土独立基础,如图4.3.8所示。
图 4.3.8
基础宽度小于3m。试问,基础底面处修正后的地基承载力特征值fa(kPa),应与下列何项数值最为接近?
(A)125 (B)143 (C)154 (D)165
【答案】 (B)
【详解】 已知地基底面处的粉质黏土IL=0.88>0.85,查《建筑地基基础设计规范》表5.2.4,地基承载力修正系数为ηb=0,ηd=1.0。
基础宽度小于3m,无需宽度修正。一般情况下,基础埋置深度从室外地面算起。根据《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4),得:
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=125+0+1×18×(1.5-0.5)
=143kPa
故(B)正确。
【简解】IL=0.88>0.85,查得ηb=0,ηd=1.0,则
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=125+0×19×(b-3)+1×18×(1.5-0.5)
=143kPa
3.筏板基础的地基承载力特征值修正
【4.3.8】 (2008年二级考题)
某高层住宅,采用筏板基础,筏板尺寸为12m×50m;其地基基础设计等级为乙级。基础底面处相应于荷载效应标准组合时的平均压应力为325kPa,地基土层分布如图4.3.9所示。
图 4.3.9
试问:基础底面处土的修正后的天然地基承载力特征值(kPa),与下列何项数值最为接近?
(A)538 (B)448 (C)340 (D)250
【答案】 (A)
【详解】 作题提示:①确定地基承载力修正系数时,应根据基础底面以下土的类别查表5.2.4来取值,本题为圆砾,而不是粉质黏土;②当存在地下水时,承载力修正公式中的重度,地下水位以下取浮重度。
基底下土为砾砂,查《建筑地基基础设计规范》表5.2.4,可得承载力修正系数为
ηb=3.0,ηd=4.4
根据《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4),得:(www.xing528.com)
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=250+3×(20-10)×(6-3)+4.4×18×(3-0.5)
=250+90+198
=538kPa
故(A)正确。
【简解】 砾砂,查得ηb=3.0,ηd=4.4,则
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=250+3×(20-10)×(6-3)+4.4×18×(3-0.5)
=538kPa
4.软弱下卧层的地基承载力特征值修正
【4.3.9】~【4.3.11】 (2005年二级考题)
某砌体建筑物采用墙下钢筋混凝土条形基础,地基基础设计等级为丙级,采用垫层法进行地基处理。假定垫层材料重度为19.5kN/m3,土层分布及基础尺寸如图4.3.10所示;基础底面处相应于荷载效应标准组合时的平均压力值为260kPa。
图 4.3.10
【4.3.9】 (2005年二级考题)
试问,基础底面处土层修正后的天然地基承载力特征值fa(kPa),应与下列何项数值最为接近?
(A)80 (B)105 (C)115 (D)121
【答案】 (B)
【详解】 基底下是淤泥质土,查《建筑地基基础设计规范》表5.2.4,地基承载力修正系数为ηb=0,ηd=1.0。
根据《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4),得:
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=80+0×17×(3.6-3)+1×17×(2-0.5)
=105.5kPa
故(B)正确。
【简解】 查得ηb=0,ηd=1.0,则
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=80+0×17×(3.6-3)+1×17×(2-0.5)
=105.5kPa
【4.3.10】 (2005年二级考题)
假定做2.2m厚的砂石垫层,试问,垫层沿宽度方向,其底面从基础边缘外放的所需最小尺寸(m),应与下列何项数值最为接近?(假定θ=30°)
(A)0.3 (B)0.9 (C)1.3 (D)1.5
【答案】 (C)
【详解】 根据《建筑地基处理技术规范》4.2.2条式(4.2.2),垫层宽度应满足b′≥b+2ztanθ,其中ztanθ为从基础边缘外放的宽度。
由题目的已知条件,θ=30°,垫层外放宽度为
ztanθ=2.2×tan30°=1.27m
故(C)正确。
【简解】ztanθ=2.2×tan30°=1.27m
【4.3.11】 (2005年二级考题)
条件同上题。试问,垫层底面处土层修正后的天然地基承载力特征值faz(kPa)与下列何项数值最为接近?
(A)210 (B)230 (C)250 (D)270
【答案】 (B)
【详解】 作题提示:对垫层底面土层的天然承载力特征值进行修正,《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4)中相应的参数,应以垫层底为计算平面来取值。
垫层底面处为粉质黏土,其物理指标为e=0.82,IL=0.8,均小于0.85,查《建筑地基基础设计规范》表5.2.4,地基承载力修正系数为ηb=0.3,ηd=1.6
地下水位以下取浮重度,垫层底以上土的平均重度为
根据《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4),得
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
=150+1.6×13.52×(4.2-0.5)
=150+1.6×13.52×3.7
=231.66kPa
故(B)正确。
【简解】e和IL均小于0.85,查得ηb=0.3,ηd=1.6,则:
【4.3.12】~【4.3.13】 (2003年一级考题)
有一底面宽度为b的钢筋混凝土条形基础,其埋置深度为1.2m。取条形基础长度1m计算,其上部结构传至基础顶面处的标准组合值:竖向力Fk,弯矩Mk。已知计算Gk(基础自重和基础上土重)用的加权平均重度为20kN/m3。基础及工程地质剖面如图4.3.11所示。
【4.3.12】 (2003年一级考题)
黏性土层①的天然孔隙比e0=0.84,液性指数IL=0.83。试问,修正后的基底处地基承载力特征值fa,应与下列何项数值最为接近?提示:假设基础宽度b<3m。
(A)172.4kPa (B)169.8kPa
(C)168.9kPa (D)158.5kPa
【答案】 (B)
【详解】 地基底面处的黏性土,物理指标e和IL均小于0.85,查《建筑地基基础设计规范》表5.2.4,地基承载力修正系数为ηb=0.3,ηd=1.6。
又因基础宽度b<3m,故只进行深度修正即可。
基础底面以上土的平均重度为
图 4.3.11
根据《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4),得
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=150+1.6×17.67×(1.2-0.5)=169.8kPa
故(B)正确。
【简解】 查得ηb=0.3,ηd=1.6,则
【4.3.13】 (2003年一级考题)
试问,淤泥质土层②顶面处的自重压力值pcz和经深度修正后地基承载力特征值faz,最接近于下列何项数值?
(A)pcz=70.6kPa,faz=141.3kPa (B)pcz=73.4kPa,faz=141.3kPa
(C)pcz=70.6kPa,faz=119.0kPa (D)pcz=73.4kPa,faz=119.0kPa
【答案】 (A)
【详解】 作题提示:软弱下卧层顶面处的地基承载力特征值,只需进行深度修正。淤泥质土层顶面处土的自重压力值为
pcz=17×0.8+19×3.0=70.6kPa
由于软弱下卧层为淤泥质土,查《建筑地基基础设计规范》表5.2.4,地基承载力修正系数为ηb=0,ηd=1.0。
软弱土层顶面以上土的加权平均重度
根据《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4),只需进行深度修正,得
faz=fak+ηdγm(d-0.5)=80+1×18.58×(3.8-0.5)=141.3kPa
故(A)正确。
【简解】pcz=17×0.8+19×3.0=70.6kPa
查得ηb=0,ηd=1.0,则
【4.3.14】~【4.3.15】 (2003年二级考题)
某多层住宅墙下条形基础,其埋置深度为1000mm,宽度为1500mm,钢筋混凝土地梁宽度为300mm。地基各土层的有关物理特性指标、地基承载力特征值fak及地下水位等,均如图4.3.12所示。
图 4.3.12
【4.3.14】 (2003年二级考题)
试指出修正后的基底地基承载力特征值fa最接近下列何项数值?
(A)104.65kPa (B)108.80kPa (C)114.08kPa (D)117.60kPa
【答案】 (B)
【详解】 地基底面处的粉质黏土孔隙比e=0.831<0.85,液性指数IL=0.91>0.85,查《建筑地基基础设计规范》表5.2.4,地基承载力修正系数为ηb=0,ηd=1.0。
基础宽度小于3m,只需进行深度修正。
根据《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4),得
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=100+1×17.6×(1.0-0.5)=108.80kPa
故(B)正确。
【简解】 查得ηb=0,ηd=1.0,则
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=100+1×17.6×(1.0-0.5)=108.80kPa
【4.3.15】 (2003年二级考题)
试问,淤泥土层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值fa,最接近下列何项数值?
(A)66.73kPa (B)69.23kPa (C)80.18kPa (D)87.68kPa
【答案】 (C)
【详解】 对于淤泥质土,查《建筑地基基础设计规范》表5.2.4,地基承载力修正系数为
ηb=0,ηd=1.0。
软弱下卧层顶面以上土的平均重度为
根据《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4),得
fa=fak+ηdγm(d-0.5)=60+1×13.45×(2.0-0.5)=80.18kPa
故(C)正确。
【简解】 查得ηb=0,ηd=1.0,则
【4.3.16】 (2002年二级考题)
某多层工业砌体房屋,采用墙下钢筋混凝土条形基础,其埋置深为1.2m,宽度为1.5m。场地土层分布如图4.3.13所示。地下水位标高为-1.2m。
试确定淤泥质土层顶面处经深度修正后的地基承载力设计值。与下列何项数值最为接近?
(A)101.83kPa (B)109.57kPa
(C)112.02kPa (D)120.53kPa
【答案】 (B)
【详解】 对于淤泥质土,查《建筑地基基础设计规范》表5.2.4,地基承载力修正系数为
ηb=0,ηd=1.0
软弱下卧层顶面以上土的平均重度为
根据《建筑地基基础设计规范》式(5.2.4),得
fa=fak+ηdγm(d-0.5)
=85+1×14.45×(2.2-0.5)
=109.57kPa
图 4.3.13
故(B)正确。
【简解】 查得ηb=0,ηd=1.0,则
5.深层载荷试验实测的地基承载力特征值修正
【4.3.17】 (2008年岩土考题)
如图4.3.14所示,某砖混住宅条形基础,地层为黏粒含量小于10%的均质粉土,重度19kN/m3,施工前用深层载荷试验实测基底标高处的地基承载力特征值为350kPa。已知上部结构传至基础顶面荷载效应标准组合的竖向力为260kN/m,基础和台阶上土平均重度为20kN/m3,按现行《建筑地基基础设计规范》要求,基础宽度的设计结果接近下列哪个选项?
(A)0.84m (B)1.04m
(C)1.33m (D)2.17m
【答案】 (A)
图 4.3.14
【解答】 根据《建筑地基基础设计规范》D.0.2条及5.2.4条,深层载荷试验当紧靠承压板周围外侧的土层高不少于0.8m时,其地基承载力不能进行深度修正,fa=350kPa。
即350b≥260+40b
解得:b≥0.84m
【4.3.18】 (2009年岩土考题)
筏板基础宽度10m,埋置深度5m,地基土为厚层均质粉土层,地下水位在地面下20m处。在基底标高上用深层平板载荷试验得到的地基承载力特征值fak=200kPa,地基土的重度19kN/m3(查表可得地基承载力修正系数为ηb=0.3,ηd=1.5)。试问,筏板基础基底均布压力为下列何项数值时刚好满足地基承载力的设计要求?
(A)345kPa (B)284kPa (C)217kPa (D)167kPa
【答案】 (C)
【解答】 根据《建筑地基基础设计规范》表5.2.4注2,“按本规范附录D,深层平板载荷试验确定时ηd取0”。
fa=fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)=200+0.3×19×(6-3)+0
=217.1kPa
基础宽度大于6m的按6m计。
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