工程地质与士力学：确定地基承载力的方法

地基承载力特征值，是指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。

地基承载力特征值可由载荷试验或其他原位测试、公式计算，并结合工程实践经验等方法综合确定。

1.按现场载荷试验确定地基承载力

确定地基承载力最直接的方法是现场载荷试验方法。载荷试验是一种基础受荷的模拟试验，是在现场试坑中设计基底标高处的天然土层放置一块刚性载荷板 （面积为0.25～0.50m2），然后在其上逐级施加荷载，同时测定在各级荷载下载荷板的沉降量，并观察周围土位移情况，直到地基土破坏失稳为止。根据试验结果可绘出载荷试验的p—s曲线（图10.8）。可以按下列方法确定试验点的地基承载力特征值fak。

（1）当p—s曲线上能够明显地区分其承载过程的三个阶段，则可以较方便地定出该地基的比例界限荷载pcr和极限承载力pu。此时取该比例界限荷载pcr为地基承载力特征值。

（2）当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的两倍时，取极限荷载值的一半为地基承载力特征值。

（3）当p—s曲线上没有明显的三个阶段，根据GB 50007—2011 《建筑地基基础设计规范》，按载荷板沉降与载荷板宽度或直径之比即s/b的值确定，可取s/b=0.01～0.015所对应的压力为地基承载力特征值，但其值不应大于最大加载量的一半。

同一土层参加统计的试验点不应少于三点，当试验实测值的极差不超过其平均值的30%时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。

2.承载力特征值的修正

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

式中 fa——修正后的地基承载力特征值；

fak——地基承载力特征值；

ηb、ηd——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表10.1取值；

γ、γm——基础底面以下土的重度、基础底面以上土的加权平均重度，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；

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。

表10.1　承载力修正系数表

注：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。

【例10.2】 某建筑物的箱形基础宽8.5m，长20m，埋深4m，土层情况见表10.2，由载荷试验确定的黏土持力层承载力特征值fak=189kPa，已知地下水位线位于地表下2m处。试修正该地基的承载力特征值。

表10.2　土工试验成果表

【解】

（1）先确定计算参数。因箱形基础宽度b=8.5m＞6.0m，故按6m考虑；箱形基础埋深d=4m。

由于持力层为黏性土，根据GB 50007—2011 《建筑地基基础设计规范》，确定修正系数ηb、ηd的指标为孔隙比e和液性指数IL，它们可以根据土层条件分别求得，即

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由于IL=0.73＜0.85，e=0.83＜0.85，从表10.1查得ηb=0.3，ηd=1.6。

因基础埋在地下水位以下，故持力层的取浮重度为

而基底以上土层的加权平均重度为

（2）修正后的地基承载力特征值。

3.用理论公式计算地基承载力

根据GB 50007—2011 《建筑地基基础设计规范》，对轴心荷载作用或荷载作用偏心距e≤0.033b （b为基础底面宽度）的基础，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值的公式为

式中 fa——由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值，kPa；

Mb、Md、Mc——承载力系数，根据基底下一倍短边宽深度内土的内摩擦角标准值ψk 按表10.3确定；

γ——持力层土的重度；

γm——基底以上土层的加权平均重度；

b——基础底面宽度，m，当基础宽度大于6m时按6m取值，对于砂土，小于3m时按3m取值；

d——基础埋置深度，m，一般自室外地面标高算起，特殊情况将根据规范确定；

ck——基底下一倍短边宽深度内土的黏聚力标准值，kPa。

表10.3　承载力系数Mb、Md、Mc

适用本公式计算地基承载力的要点如下：

（1）公式计算的地基承载力已考虑了基础的深度与宽度效应，在用于地基承载力验算时无需进行深、宽修正。

（2）采用本理论公式确定地基承载力时，在验算地基承载力的同时必须进行地基的变形计算。

（3）本公式中的抗剪强度指标ck、ψk，一般应采用不固结不排水三轴压缩试验的结果，当考虑实际工程中有可能是地基产生一定的固结度时，也可以采用固结不排水试验指标。

（4）在位于地下水以下的土层，γ、γm 应取浮重度γ′。

【例10.3】 某基础基底宽度为1.5m，埋深1.5m。地下水位在地面下1.0m。地基为粉土，地下水位以上土的重度γ=17.5kN/m3，水位以下土的重度γsat=18.5kN/m3，土样内摩擦角ψk=22°，黏聚力为ck=12kPa，试确定该地基的承载力特征值。

【解】 由ψk=22°查表10.3得：Mb=0.61，Md=3.44，Mc=6.04，则