地基承载力特征值的选定研究

　　建筑地基基础设计时必须保证在荷载作用下的地基具有足够的安全度，避免土体发生破坏引起结构安全事故或者产生过大的变形影响结构正常使用。作为结构工程师，在基础设计时都是慎之又慎，基础形式的选择在确保结构安全的同时保证基础所选方案既建造成本低又工期短效率高是一个两难的问题。在设计过程中，选择天然地基时采用天然地基承载力特征值，选择桩基础则是采用桩周土的侧阻力特征值和桩端端阻力特征值，对于结构工程师而言是毫无异议的，但是对天然地基承载力特征值和桩端端阻力特征值两者之间的差异，很多人理解的不是很清楚。笔者总结了在结构设计中多年基础设计经验，针对地勘单位习惯用标准贯入试验来确定承载力特征值做了分析和总结，给结构工程师在进行基础设计时作为参考。

 

　　1地基承载力特征值的确定方法

 

　　地基承载力特征值的确定方法从工程应用上来讲，一般可归纳为三类：（1）根据土的抗剪强度指标以理论公式计算；（2）根据现场载荷试验的荷载-沉降曲线（p-s）确定；（3）按规范提供的承载力表格确定。应当来说，上述三种办法是各有长短、互为补充，必要时可以按照多种方法综合确定。当然，确定的精细程度宜按建筑物安全等级以及地基岩土条件，结合当地条件进行选择，以免出现不必要的过分严格和无区别地随意简化。一般来说，地方基础设计规范编制时会根据地方多年勘察实践经验总结，通过统计分析，对各类土提供承载力表格作为参考，而地勘单位在进行地勘作业时也会根据现场实际情况，在经济合理的情况下选择试验方法确定地基承载力满足设计单位的要求，标准贯入试验就是其中一种非常常用的方法。

 

　　2标准贯入试验确定承载力特征值

 

　　2.1标准贯入试验方法

 

　　标准贯入试验是用质量为63.5kg的重锤按照规定的落距（76cm）自由下落，将标准规格的贯入器打入土层，根据贯入器在贯入一点深度得到的锤击数来确定土层的性质。在试验时会与钻探配合进行，一般会先钻到需要进行试验的土层上约15cm，清孔后换用标准贯入器，并测量深度尺寸，采用自由落锤法进行锤击，以每分钟15～30击的贯入速度将贯入器打入试验土层中，先打入15cm不计击数，连续贯入土中30cm，记录锤击数N。标准贯入试验一般适用于粉土、砂土及粘性土，也可用于残积粘性土、极软岩强风化层。根据标贯试验确定地基承载力特征值时，一般会依据载荷试验与土的物理力学指标及原位测试参数之间的对比试验，有一定的地方局限性。

 

　　2.2标准贯入试验确定天然地基承载力特征值

 

　　对于标贯试验成果确定地基参数时，国外对N值的传统修正内容包括：饱和粉细砂的修正、地下水位的修正、土的上覆压力修正等等，国内长期以来并不考虑这些修正，而着重考虑杆长的修正。杆长的修正实质是考虑传输给探杆的锤击能量受杆长影响问题。国内外关于标贯试验与砂土、黏性土承载力的关系，根据统计回归的经验公式，均有不同。

 

　　湖北省建筑地基基础设计规范（DB42/242-2003）提出对于标贯试验与承载力的关系，建表方程如下（其中标贯值N不作修正），

 

　　一般粘性土N<13，fk=14.982+26.053N

 

　　老粘性土N≥13，fk=4.77+27.18N

 

　　残积粘性土fk=119.87+7.81N

 

　　列举部分数值如下表。

 

　　表1按N值确定地基土承载力特征值fak（kPa）-湖北省规范

 

　　N 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 备注

 

　　fak（kPa） 85 100 120 140 160 180 200 230 260 290 一般粘性土

 

　　N 4-10 10-15 15-20 20-30

 

　　fak（kPa） （100）-250 250-300 300-350 350-（400） 砂质粘性土 花岗岩

 

　　残积土

 

　　fak（kPa） （80）-200 200-250 250-300 300-（350） 砂质粘性土

 

　　fak（kPa） 150-200 200-240 240-（270） — 粘性土

 

　　并且湖北省地方规范（DB42/242-2003）中指出，承载力表所依据的载荷试验与土的物理力学指标及原位测试参数之间的对比试验资料多集中在武汉地区，地质条件与武汉地区类似的江汉平原可以参照，其它地区应根据当地地层条件结合上部结构特点，乘以修正系数。例如某位于湖北西南部的项目地勘报告中，对于土层判断为老粘性土，标贯试验锤击数标准值N=13击，根据上表承载力特征值为330kPa，地勘报告特地指出结合本地相关建筑经验，综合确定该层承载力特征值为230kPa。

 

　　深圳市地基基础勘察设计规范（SJG01-2010）与湖北省规范差异较大，其中标准贯入击数N采取修正后的值，列举部分数值如下表。

 

　　表2按N值确定地基土承载力特征值fak（kPa）-深圳市规范

 

　　N 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 备注

 

　　fak（kPa） 110 150 190 230 270 310 350 400 450 500 一般粘性土

 

　　N 4-10 10-15 15-20 20-30

 

　　fak（kPa） （100）-220 220-280 280-350 350-430 砂质粘性土 花岗岩

 

　　残积土

 

　　fak（kPa） 130-180 200-240 240-280 280-330 粘性土

 

　　2.3标准贯入试验确定桩端承载力特征值

 

　　深圳市地方规范（SJG01-2010）使用标准贯入试验确定桩端承载力特征值时，标准贯入击数N同样采用修正后的值，列举部分数值如下表。

 

　　表3按N值确定桩端阻力特征值qpa（kPa）-深圳市规范

 

　　土的名称 标贯值 地下水位以下和采用泥浆护壁钻、冲孔灌注桩 人工挖孔桩

 

　　桩的入土深度l（m）

 

　　l<15 15≤l≤30 l>30

 

　　全风化层 30≤N≤45 700-1000 1000-1300 1300-1600 800-1600

 

　　强风化软质岩 N>45 900-1200 1200-1500 1500-1800 1200-1800

 

　　强风化硬质岩 N>45 1100-1300 1300-1600 1600-2200 1400-2200

 

　　湖北省建筑地基基础设计规范（DB42/242-2003）中并未明确给出标贯值与桩端阻力特征值之间的关系，只是指出通过标贯来确定砂类土的密实度来推定桩端阻力特征值的指示性指标，并且对桩侧桩端阻力特征值也是根据入土深度不同作了相应的调整。

 

　　3分析和结论

 

　　3.1地基承载力特征值与地域关系很大，同一种土质在不同地域确定承载力时差别很大，结构设计师不能简单地根据以往经验套用，必须根据当地实际情况结合地方规范以及周边建筑已实施项目的成功经验来确定。

 

　　3.2湖北省地方规范和深圳市地方规范对桩端阻力特征值的规定均根据桩端入土深度的不同进行了调整，表现为岩（土）层性质相近，标贯值相同时，桩端阻力特征值取值范围不同。

 

　　3.2地基承载力特征值fak和桩端阻力特征值qpa是两个不同的概念，不能简单的在两者之间划关系，笔者有同事在进行抗拔桩基设计时，有时地勘部门提供参数不全，为简便计，把地基承载力特征的两倍作为桩端阻力特征值来进行桩基设计，这种做法是不可取的，两者之间并没有直接的对应关系。

 

　　3.4地基承载力特征值fak相对精确的测试方法应为载荷试验，通过荷载-沉降曲线（p-s）确定，而桩端阻力特征值qpa现场测试手段亦可通过荷载-沉降曲线（p-s）确定，如较常用的深层平板载荷试验。造成对同一种土层选为不同基础形式时特征值差异大的原因就在于周边土对基础底部的约束及影响考虑不同，如果选用深层平板载荷试验来确定地基承载力特征值fak时，则在进行天然基础设计时不应进行基础埋深的地基承载力修正。

 

　　参考文献

 

　　[1]《工程地质手册》编委会.工程地质手册（第四版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

 

　　[2]华南理工大学，东南大学，浙江大学，湖南大学.地基及基础（第二版）[M].北京：中国建筑工业出版社，1991.

 

　　[3]中华人民共和国国家标准.GB50021-2001（2009版）.岩土工程勘察规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2009.

 

　　[4]湖北省地方标准.DB42/242-2003.建筑地基基础技术规范[S].武汉：湖北省建设厅，2003.