地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值

地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值是根據(jù)野外鑒別結(jié)果確定的承載力值。包括：標(biāo)貫試驗、靜力觸探、旁壓及其它原位測試得到的值。

通過上述分析和討論，可知地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和允許值，是兩個不同的概念，兩者完全不相同。而特征值則是標(biāo)準(zhǔn)值的兩種含義之一，同允許值是兩個不同的概念。

地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值即特征值是表征地基巖土強度的基本代表值，它的內(nèi)涵是地基巖土強度概率分布的0. 05 分位數(shù)。在這一點上，國際標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)都是相同的。由于它是結(jié)構(gòu)可靠度理論發(fā)展到極限狀態(tài)設(shè)計階段的產(chǎn)物，且源于試驗數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計，比較客觀，如按極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式進行設(shè)計，可以知曉結(jié)構(gòu)或構(gòu)件承載能力的失效概率大致在什么范圍內(nèi)。

地基承載力允許值( 實際為地基的容許應(yīng)力值) ，其內(nèi)涵為載荷試驗的極限值除以安全系數(shù)的商且不大于比例界限值，安全系數(shù)是根據(jù)工程經(jīng)驗確定的，是結(jié)構(gòu)可靠性理論在定值設(shè)計方法階段的產(chǎn)物，與極限狀態(tài)設(shè)計方法無關(guān)。

在“2011 《地基規(guī)范》”中，之所以產(chǎn)生地基承載力允許值為它的標(biāo)準(zhǔn)值的四個含義之一的疑似悖論，其原因在于，把地基承載力允許值稱之為地基承載力特征值。若將“2011 《地基規(guī)范》”中的特征值改為容許應(yīng)力值，正常使用極限狀態(tài)設(shè)計方法改為容許應(yīng)力法，問題就將獲得圓滿的解決 。2100433B

前面分析了地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和允許值的三點差別，現(xiàn)在就它們的幾個細(xì)節(jié)問題進行深入的討論。

(1) “2011 《地基規(guī)范》”《條文說明》中提到的“我國規(guī)范中‘標(biāo)準(zhǔn)值’的含義可以有特征值、公稱值、名義值、標(biāo)定值四種”的說法，基本上是沒錯的。需要解釋的是，其中的公稱值、名義值、標(biāo)定值等三個術(shù)語的概念是完全相同的。這在國內(nèi)文獻中都有據(jù)可查。如名義值，定義是“用非統(tǒng)計方法確定的值”。它的英文術(shù)語是nominal value;公稱值，在《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009 －2012《條文說明》中的解釋為，“目前，并非對所有荷載都能取得充分的資料，為此，不得不從實際出發(fā)，根據(jù)已有的工程實踐經(jīng)驗，通過分析判斷后，協(xié)議一個公稱值(nominalvalue) 作為代表值”，這就是說，公稱值是依據(jù)實踐經(jīng)驗協(xié)議得出的值; 標(biāo)定值，則在《條文說明》中有明確的解釋，其概念與上述公稱值相同，其英文術(shù)語也是nominal value。所以，公稱值、名義值、標(biāo)定值的準(zhǔn)確含義可采用 “用非統(tǒng)計方法確定的值”。這樣一來，我國規(guī)范中“標(biāo)準(zhǔn)值”的含義，只有兩種: CharacteristicValue 和nominal value，而不是四種。其中nominal value 可譯成名義值，或公稱值，或標(biāo)定值。

(2) 誠然，Characteristic Value 直譯為特征值，但在我國，幾乎所有的規(guī)范都譯為標(biāo)準(zhǔn)值，同時把漢語中的標(biāo)準(zhǔn)值也譯為Characteristic Value ( 只有“2011 《地基規(guī)范》”譯為Standardized Value) 。標(biāo)準(zhǔn)值和特征值雖然詞源相同，其概念的內(nèi)涵有細(xì)微區(qū)別。關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)值的概念，準(zhǔn)確地說應(yīng)當(dāng)是特征值的概念。此時的標(biāo)準(zhǔn)值就是特征值，標(biāo)準(zhǔn)值的概念和就是特征值的概念，都是概率分布的0. 05 分位值。若因某種原因無法通過數(shù)理統(tǒng)計得出特征值時，才取名義值作為標(biāo)準(zhǔn)值。

雖然標(biāo)準(zhǔn)值有特征值和名義值兩種含義，但在確定標(biāo)準(zhǔn)值時，特征值要優(yōu)先于名義值，只有堅持“特征值優(yōu)先于名義值”的原則，才能體現(xiàn)出極限狀態(tài)設(shè)計方法是以概率理論為基礎(chǔ)的重要特性。把特征值、公稱值、名義值、標(biāo)定值并列而不分主次，嚴(yán)格說來是不確切的，會給人一種誤解，似乎是特征值和名義值都可以毫無條件的稱為標(biāo)準(zhǔn)值。實際上用名義值充當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)值是有條件的，其條件是無法計算出特征值。

(3) 在我國規(guī)范中，特征值和無法確定特征值時的名義值，都可稱之為標(biāo)準(zhǔn)值。但是在確定材料強度或地基承載力( 巖土強度) 名義值時，必須是材料強度或地基承載力( 巖土強度即巖土極限承載力) 的真實反映，如果反映的是材料強度或地基承載力( 巖土強度) 的一半或三分之一，還是不能稱之為名義值，也不能稱之為材料強度容許值或地基承載力容許值，只能稱之為容許應(yīng)力值( permissible stress value) 。

(4) 之所以采用特征值( 即允許值) 作為地基承載能力設(shè)計時的地基抗力指標(biāo)，是為了“避免過去一律提‘標(biāo)準(zhǔn)值’時所帶來的混淆”。這一解釋很令人費解。當(dāng)前，幾乎所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，材料的抗力( 強度) 指標(biāo)，如混凝土、鋼筋、磚石砌體、鋼材等等，都使用標(biāo)準(zhǔn)值作為基本代表值，似未聽說有什么混淆，就是在“2011 《地基規(guī)范》”中，有些巖土性能，如黏聚力和內(nèi)摩擦角等也都采用標(biāo)準(zhǔn)值作為基本代表值，似也未有混淆之說。尤其是在使用室內(nèi)飽和單軸抗壓強度試驗方法來確定完整、較完整和較破碎巖石的地基承載力特征值的計算公式中同時出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)值和特征值，并且是由標(biāo)準(zhǔn)值計算出特征值，也都沒帶來混淆。相反的是，用特征值表達(dá)允許值后，反而混淆了標(biāo)準(zhǔn)值、特征值、允許值三者之間的關(guān)系，甚至推演出允許值等于標(biāo)準(zhǔn)值的疑似悖論。進而將容許應(yīng)力法視為極限狀態(tài)設(shè)計方法中的正常使用極限狀態(tài)，又混淆了兩類設(shè)計方法的概念 。

1 產(chǎn)生背景和使用條件不同

上世紀(jì)70 年代的一系列建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，其中包含《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》TJ7 － 74。在這部規(guī)范中，表征地基抗力的術(shù)語是地基容許承載力，而該規(guī)范“是按著安全系數(shù)法制定的，地基設(shè)計承載力允許值的安全系數(shù)采用2.0”。由此可見，地基承載力允許值只適用于安全系數(shù)法( 或容許應(yīng)力法) 。在該規(guī)范中既未出現(xiàn)也沒使用“地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值”或“地基承載力特征值”等術(shù)語。

由于上世紀(jì)70 年代的設(shè)計規(guī)范，結(jié)構(gòu)的可靠性理論仍停留在“定值設(shè)計方法”階段，一些規(guī)范如《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》TJ 17 － 74、《木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范( 試行) 》GBJ 5 － 73 及《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》TJ 7 － 74 等，采用容許應(yīng)力法的設(shè)計表達(dá)式，材料抗力采用容許應(yīng)力值或容許承載力; 另外一些規(guī)范如《磚石結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范( 試行) 》GBJ 3 － 73、《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》TJ 10 － 74 等，采用安全系數(shù)法的設(shè)計表達(dá)式，材料抗力采用強度或設(shè)計強度，但在構(gòu)件截面強度設(shè)計表達(dá)式中荷載效應(yīng)要乘以安全系數(shù)K。在以上所有的規(guī)范中也都不使用“強度標(biāo)準(zhǔn)值”或“承載力標(biāo)準(zhǔn)值”等術(shù)語。

所以，“材料的容許應(yīng)力”、“荷載效應(yīng)乘以安全系數(shù)”( 即材料的強度除以安全系數(shù)) 、“地基土的容許承載力”等術(shù)語，都是定值設(shè)計方法階段的產(chǎn)物，與當(dāng)前廣泛采用的以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法沒有關(guān)系，在極限狀態(tài)設(shè)計方法提出之前即已廣泛用于結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域中。

《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GBJ 68 － 84 發(fā)布之后又陸續(xù)發(fā)布了《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50153 － 92 和《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50068 － 2001、《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50153 － 2008 等統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，作為建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范以及鋼結(jié)構(gòu)、薄壁型鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)等設(shè)計規(guī)范編制時應(yīng)遵守的規(guī)定和原則，在制定建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范時也宜遵守這些統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)所制定的原則。這些統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)都要求，結(jié)構(gòu)在規(guī)定的設(shè)計使用年限內(nèi)應(yīng)具有足夠的或適當(dāng)?shù)目煽慷?，可靠度采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法分析確定，并用可靠指標(biāo)度量。

此時， “結(jié)構(gòu)構(gòu)件宜根據(jù)規(guī)定的可靠指標(biāo)，采用由作用的代表值、材料性能的標(biāo)準(zhǔn)值、幾何參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值和各相應(yīng)的分項系數(shù)構(gòu)成的極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式進行設(shè)計”。從此以后，術(shù)語“標(biāo)準(zhǔn)值”才逐漸使用在各專業(yè)設(shè)計規(guī)范中。由此可見，材料性能標(biāo)準(zhǔn)值特別是材料抗力標(biāo)準(zhǔn)值，是伴隨極限狀態(tài)設(shè)計方法而衍生出來的概念，是結(jié)構(gòu)可靠度理論發(fā)展到以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計階段的產(chǎn)物，只適用于以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法，在極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式中，都不再使用容許應(yīng)力或安全系數(shù)等參數(shù)。

所以，當(dāng)采用定值設(shè)計方法計算地基承載力時，地基( 巖土) 抗力采用地基承載力允許值;當(dāng)采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計方法計算地基承載力時，則采用地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。兩者的使用條件是不同的。

在“2011 《地基規(guī)范》”中，一方面稱地基設(shè)計采用的是，極限狀態(tài)設(shè)計方法中的“正常使用極限狀態(tài)”，一方面又使用地基承載力特征值( 即允許值) 作為地基土的抗力指標(biāo)，并使用容許應(yīng)力方法的設(shè)計表達(dá)式，顯然是不恰當(dāng)?shù)摹?

2 數(shù)學(xué)處理方法不同

材料性能標(biāo)準(zhǔn)值為“符合規(guī)定質(zhì)量的材料性能概率分布的某一分位值”。并明確指出，“材料和巖土的強度、彈性模量、變形模量、壓縮模量、內(nèi)摩擦角、黏聚力等物理力學(xué)性能，應(yīng)根據(jù)有關(guān)的試驗方法標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)試驗確定”，并“采用隨機變量概率模型描述”和“運用參數(shù)估計和概率分布的假設(shè)檢驗方法確定。檢驗的顯著性水平可取0. 05”。事實上，很多材料如鋼筋、混凝土、鋼材、砌體，乃至于巖土的內(nèi)摩擦角、黏聚力的標(biāo)準(zhǔn)值都是按上述要求確定的。就連《巖土工程勘察規(guī)范》GB 50021 － 2001認(rèn)為，巖土參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，即“巖土參數(shù)的基本代表值，通常取概率分布的0．05 分位值”。這就是說，標(biāo)準(zhǔn)值的數(shù)學(xué)特征就是概率分布的0. 05 分位值。

在“2011 《地基規(guī)范》”中，有些稱為標(biāo)準(zhǔn)值的巖土參數(shù)，如巖石飽和單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值、黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值和內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值等，都是取試驗破壞時的平均值乘以統(tǒng)計修正系數(shù)而得出，統(tǒng)計修正系數(shù)是按概率分布的0. 05 分位值確定的;另有一些巖土參數(shù)，如地基承載力等，被稱之為特征值( 即允許值) ，則是取載荷試驗時與比例界限點相對應(yīng)的承載力( 且不大于破壞時的極限荷載的一半或1 /3) ，并進行簡單的數(shù)學(xué)處理( 如剔除異常數(shù)據(jù)并取其平均值) 而得出，與概率分布毫無關(guān)系。

由此可見，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，必須是概率分布的0. 05 分位值。而地基承載力特征值( 即允許值) ，只進行簡單的數(shù)學(xué)處理甚至不進行數(shù)學(xué)處理即可。兩者使用的數(shù)學(xué)處理方法是不相同的。

一方面認(rèn)為地基承載力特征值( 即允許值)是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一，一方面又不用概率分布的方法來確定，不僅不符合規(guī)定，也從另一角度說明了地基承載力特征值( 即允許值) ，并不是標(biāo)準(zhǔn)值的四個含義之一。

3 力學(xué)的物理量不同

結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計時，應(yīng)采用材料性能標(biāo)準(zhǔn)值，若材料性能為抗力時，應(yīng)采用材料強度標(biāo)準(zhǔn)值，亦即材料強度概率分布的0. 05 分位值。所謂強度，應(yīng)是材料抵抗破壞的能力，即材料所能承受的最大應(yīng)力，而不是材料所能承受的最大應(yīng)力的若干份之一( 最大應(yīng)力的若干份之一應(yīng)稱之為允許應(yīng)力不能稱之為強度或強度允許值) 。同理，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值也是指地基所能承受的最大荷載即極限值，而不是地基所能承受的極限值的若干份之一。實際上，巖土的單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值、黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值、內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值等都是指試驗時得出的最大值或極限值并經(jīng)數(shù)學(xué)處理得出的。所以地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值必須是強度或極限值的0. 05 分位值。

地基承載力允許值( 即特征值) 則不同，它是取地基土的比例界限值或極限值的若干份之一，而不是取極限值。標(biāo)準(zhǔn)值和允許值(即特征值)的力學(xué)特征是不同的。這再一次證明，地基承載力允許值(即特征值) 不是它的標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一，甚至都不能稱之為承載力，因為承載力或承載能力有“結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所能承受的最大內(nèi)力”之含義，所以“2011 《地基規(guī)范》”中地基承載力特征值(即允許值) 的準(zhǔn)確稱呼應(yīng)是地基(巖土)的容許應(yīng)力。

采用材料強度標(biāo)準(zhǔn)值或地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值( 極限值) 而不采用容許應(yīng)力或地基承載力允許值進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，是極限狀態(tài)設(shè)計方法和定值設(shè)計方法最根本的差別。所謂承載能力乃是指“結(jié)構(gòu)或構(gòu)件所能承受的最大內(nèi)力，或達(dá)到不適于繼續(xù)承載的變形時的內(nèi)力”，只有采用材料強度標(biāo)準(zhǔn)值或地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值( 極限值) ，并按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計表達(dá)式進行設(shè)計，才能保證結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的可靠指標(biāo)和失效概率符合規(guī)定。而采用材料的容許應(yīng)力或地基承載力允許值并按正常使用極限狀態(tài)進行設(shè)計是無法知曉其可靠指標(biāo)和失效概率的。

在“2011 《地基規(guī)范》”中，一方面認(rèn)為地基承載力特征值( 即允許值) 就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，一方面又用地基容許應(yīng)力來定義地基承載力特征值( 即允許值) ，這不僅混淆了兩者的力學(xué)概念，也不相符合規(guī)定。

綜合以上三點差別可知，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和地基承載力允許值( 即特征值) 的差別是極其明顯的，將地基承載力允許值視為地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一是非常不恰當(dāng)?shù)摹?zhǔn)確地說，用地基承載力特征值來表征地基承載力允許值是非常不恰當(dāng)?shù)摹?