通過上述分析和討論,不難得出“地基承載力允許值等于它的標(biāo)準(zhǔn)值”這一疑似悖論的原因,那就是在“2011 《地基規(guī)范》”中,實(shí)際存在兩個(gè)不同的特征值,其一是“標(biāo)準(zhǔn)值四個(gè)含義之一”的特征值,由試驗(yàn)的極限值( 破壞值) 概率分布的0. 05 分位值確定; 其二是“實(shí)際即為地基承載力允許值”的特征值,由載荷試驗(yàn)時(shí)的比例界限且不大于極限值一半或1 /3 來確定。兩個(gè)概念不同的特征值的并存,不僅混淆了標(biāo)準(zhǔn)值和允許值的關(guān)系,也不符合術(shù)語名稱單一性的原則。所謂術(shù)語名稱單一性,就是“在一個(gè)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi),一個(gè)術(shù)語只有一個(gè)概念,一個(gè)概念只用一個(gè)術(shù)語來表達(dá)”。
正是由于兩個(gè)內(nèi)涵完全不同的概念用一個(gè)術(shù)語來表述,才出現(xiàn)了“地基承載力允許值就是它的標(biāo)準(zhǔn)值”這種疑似悖論的結(jié)果,解決這一問題的最簡單的方法就是將“2011 《地基規(guī)范》”第2. 1. 3 條所定義的壓力值,即將“由載荷試驗(yàn)測定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形所對應(yīng)的壓力值,其最大值為比例界限值”改稱為容許應(yīng)力值。同時(shí)在規(guī)范條文中坦誠而明確地說明,地基承載能力的計(jì)算采用的是容許應(yīng)力法而非極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法中的正常使用極限狀態(tài)。
這種更改是有根據(jù)的,也是符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。固然,在文獻(xiàn)3 第1. 0. 3 條對地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范的制定提出了較苛刻的要求: “宜遵守本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的原則”。但在稍晚發(fā)布的GB 50153 - 2008第1. 0. 3 條卻放寬了要求: “當(dāng)缺乏統(tǒng)計(jì)資料時(shí),工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可根據(jù)可靠的工程經(jīng)驗(yàn)或必要的試驗(yàn)研究進(jìn)行,也可采用容許應(yīng)力或單一安全系數(shù)等經(jīng)驗(yàn)方法進(jìn)行”。同時(shí)在《條文說明》中不僅挑明了,“2011 《地基規(guī)范》”中地基設(shè)計(jì)采用的是容許應(yīng)力法和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用的是極限狀態(tài)法的事實(shí),還對這一做法給予了肯定。認(rèn)為積極推廣和廣泛采用以概率理論為基礎(chǔ)以分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法,并不意味著排斥其它有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。
前面分析了地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和允許值的三點(diǎn)差別,現(xiàn)在就它們的幾個(gè)細(xì)節(jié)問題進(jìn)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(cuò)的。需要解釋的是,其中的公稱值、名義值、標(biāo)定值等三個(gè)術(shù)語的概念是完全相同的。這在國內(nèi)文獻(xiàn)中都有據(jù)可查。如名義值,定義是“用非統(tǒng)計(jì)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(shí)際出發(fā),根據(jù)已有的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),通過分析判斷后,協(xié)議一個(gè)公稱值(nominalvalue) 作為代表值”,這就是說,公稱值是依據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(jì)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(shí)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(shí)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(jì)得出特征值時(shí),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(shí),特征值要優(yōu)先于名義值,只有堅(jiān)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(jì)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(huì)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(shí)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(jì)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(shí)的名義值,都可稱之為標(biāo)準(zhǔn)值。但是在確定材料強(qiáng)度或地基承載力( 巖土強(qiáng)度) 名義值時(shí),必須是材料強(qiáng)度或地基承載力( 巖土強(qiáng)度即巖土極限承載力) 的真實(shí)反映,如果反映的是材料強(qiáng)度或地基承載力( 巖土強(qiáng)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(qiáng)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(jì)時(shí)的地基抗力指標(biāo),是為了“避免過去一律提‘標(biāo)準(zhǔn)值’時(shí)所帶來的混淆”。這一解釋很令人費(fèi)解。當(dāng)前,幾乎所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,材料的抗力( 強(qiáng)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(qiáng)度試驗(yàn)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(jì)算公式中同時(shí)出現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)值和特征值,并且是由標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)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(jìn)而將容許應(yīng)力法視為極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法中的正常使用極限狀態(tài),又混淆了兩類設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范,其中包含《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)規(guī)范,結(jié)構(gòu)的可靠性理論仍停留在“定值設(shè)計(jì)方法”階段,一些規(guī)范如《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》TJ 17 - 74、《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范》TJ 7 - 74 等,采用容許應(yīng)力法的設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范( 試行) 》GBJ 3 - 73、《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》TJ 10 - 74 等,采用安全系數(shù)法的設(shè)計(jì)表達(dá)式,材料抗力采用強(qiáng)度或設(shè)計(jì)強(qiáng)度,但在構(gòu)件截面強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(qiáng)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(qiáng)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(jì)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(jì)方法沒有關(guān)系,在極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法提出之前即已廣泛用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中。
《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50153 - 92 和《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》GB 50068 - 2001、《工程結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范編制時(shí)應(yīng)遵守的規(guī)定和原則,在制定建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)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(jì)使用年限內(nèi)應(yīng)具有足夠的或適當(dāng)?shù)目煽慷龋煽慷炔捎靡愿怕世碚摓榛A(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法分析確定,并用可靠指標(biāo)度量。
此時(shí), “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(xiàng)系數(shù)構(gòu)成的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì)”。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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)方法,在極限狀態(tài)設(shè)計(jì)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(jì)方法計(jì)算地基承載力時(shí),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(jì)方法計(jì)算地基承載力時(shí),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(jì)采用的是,極限狀態(tài)設(shè)計(jì)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(jì)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(qiáng)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(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)試驗(yàn)確定”,并“采用隨機(jī)變量概率模型描述”和“運(yùn)用參數(shù)估計(jì)和概率分布的假設(shè)檢驗(yàn)方法確定。檢驗(yàn)的顯著性水平可取0. 05”。事實(shí)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(qiáng)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(yàn)破壞時(shí)的平均值乘以統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)而得出,統(tǒng)計(jì)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(yàn)時(shí)與比例界限點(diǎn)相對應(yīng)的承載力( 且不大于破壞時(shí)的極限荷載的一半或1 /3) ,并進(jìn)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(jìn)行簡單的數(shù)學(xué)處理甚至不進(jìn)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(gè)含義之一。
3 力學(xué)的物理量不同
結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)采用材料性能標(biāo)準(zhǔn)值,若材料性能為抗力時(shí),應(yīng)采用材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,亦即材料強(qiáng)度概率分布的0. 05 分位值。所謂強(qiáng)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(qiáng)度或強(qiáng)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(shí)際上,巖土的單軸抗壓強(qiáng)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(yàn)時(shí)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(qiáng)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?yàn)槌休d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(qiáng)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(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),是極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法和定值設(shè)計(jì)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(shí)的內(nèi)力”,只有采用材料強(qiáng)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(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì),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(jìn)行設(shè)計(jì)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(diǎn)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)?。?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?
可參照廣東省標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》,DBJ15-31-2003第四章的內(nèi)容。
地基處理后的修正問題在地基處理規(guī)范上有規(guī)定,你可以用地基處理規(guī)范和設(shè)計(jì)他溝通。
1、地基承載力特征值可由載荷試驗(yàn)或其它原位測試、公式計(jì)算、并結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方法綜合確定。2、當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時(shí),從載荷試驗(yàn)或其它原位測試、經(jīng)驗(yàn)值等方法確定的地基承載力特征值...
在“2011 《地基規(guī)范》”的《條文說明》中,對我國現(xiàn)行規(guī)范中的“標(biāo)準(zhǔn)值”做出了如下解釋: “根據(jù)國外有關(guān)文獻(xiàn),相應(yīng)于我國規(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,在國際標(biāo)準(zhǔn)《結(jié)構(gòu)可靠性總原則》ISO 2394 中相應(yīng)的術(shù)語直譯為‘特征值’( Characteristic Value) ,該值的確定可以是統(tǒng)計(jì)得出,也可以是傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)值或某一物理量限定的值”。這條解釋是針對“標(biāo)準(zhǔn)值”所做出的通用性解釋,即適用于所有被稱之為“標(biāo)準(zhǔn)值”的物理量。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中,主要有三個(gè)物理量,作用( 荷載) 、材料性能和幾何參數(shù),它們的基本代表值,都是用標(biāo)準(zhǔn)值表述的。
而地基承載力是材料性能( 巖土強(qiáng)度) 中的重要性能,所以該《條文說明》的解釋也適用于地基承載力。依據(jù)該《條文說明》的解釋,地基承載力特征值就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四個(gè)含義之一,或者說,地基承載力特征值就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值,也是地基承載力的基本代表值。
同時(shí),在該規(guī)范的《條文說明》中又認(rèn)為,“地基承載力特征值是指由載荷試驗(yàn)地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形對應(yīng)的壓力值,實(shí)際即為地基承載力的允許值”。 “本次規(guī)范對地基設(shè)計(jì)采用正常使用極限狀態(tài)這一原則,所選定的地基承載力是在地基土的壓力變形曲線線性變形段內(nèi)相應(yīng)于不超過比例界限點(diǎn)的地基壓力值,即允許承載力?!庇纱丝梢姡?011 《地基規(guī)范》”采用的地基承載力特征值就是地基承載力的允許值。綜上兩《條文說明》的解釋即可推出,地基承載力允許值即為地基承載力特征值,而地基承載力特征值又是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一,所以地基承載力允許值理所當(dāng)然地就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四種含義之一。簡言之,地基承載力允許值就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。
國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007 - 2011 ( 以下簡稱“2011 《地基規(guī)范》”) 與GB 50007 - 2002”相比,2011 版有了多處補(bǔ)充和完善。如在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級分類表中增加了基坑工程的內(nèi)容( 雖然基坑工程既非地基工程也非基礎(chǔ)工程) ; 明確了“抗浮驗(yàn)算”屬于基礎(chǔ)穩(wěn)定性的內(nèi)容而非地基穩(wěn)定性,并給出了驗(yàn)算公式和控制條件。
對巖石地基設(shè)計(jì)也補(bǔ)充了一些新的規(guī)定等等。盡管如此,在“2011 《地基規(guī)范》”中仍有一些不足之處。例如在地基巖土抗力性能基本代表值的術(shù)語及其參數(shù)的表達(dá)上,規(guī)范及其條文說明多有疑似悖論之處。其中之一就是,“地基承載力允許值是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值的四個(gè)含義之一”,或者說“地基承載力允許值就是地基承載力標(biāo)準(zhǔn)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(gè)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(gè)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(qiáng)度的基本代表值,它的內(nèi)涵是地基巖土強(qiáng)度概率分布的0. 05 分位數(shù)。在這一點(diǎn)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(jì)階段的產(chǎn)物,且源于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì),比較客觀,如按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)表達(dá)式進(jìn)行設(shè)計(jì),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(shí)際為地基的容許應(yīng)力值) ,其內(nèi)涵為載荷試驗(yàn)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(yàn)確定的,是結(jié)構(gòu)可靠性理論在定值設(shè)計(jì)方法階段的產(chǎn)物,與極限狀態(tài)設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)方法改為容許應(yīng)力法,問題就將獲得圓滿的解決 。2100433B
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實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案 精彩文檔 地基容許承載力的確定方法 地基的容許承載力是單位面積上容許的最大壓力。容許承載的基本要素是:地基土 性質(zhì);地基土生成條件;建筑物的結(jié)構(gòu)特征。極限承載力是能承受的最大荷載。將極限 承載力除以一定的安全系數(shù),才能作為地基的容許承載力。 漿砌片石擋墻地基承載力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí) ,將基礎(chǔ)改為砼基礎(chǔ)是為了增加擋墻的整 體性 .這也只能是相差不大時(shí)才行 .一般來說要深挖直至達(dá)到要求 .如果深挖不行只有擴(kuò)大 基礎(chǔ) ,降低壓強(qiáng) .或者改為其它方案 從現(xiàn)場施工的角度來講地基,地基可分為天然地基、人工地基。地基就是基礎(chǔ)下 面承壓的巖土持力層。天然地基是不需要人加固的天然土層,其節(jié)約工程造價(jià)。人工地 基:經(jīng)過人工處理或改良的地基。當(dāng)土層的地質(zhì)狀況較好,承載力較強(qiáng)時(shí)可以采用 天然 地基;而在地質(zhì)狀況不佳的條件下,如坡地、沙地或淤泥地質(zhì),或雖然土層質(zhì)地較好, 但上部荷載過大時(shí),為使地基具有足
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地基承載力特征值、地基承載力設(shè)計(jì)值、地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值關(guān)系 一、原因 與鋼、混凝土、砌體等材料相比,土屬于大變形材料,當(dāng)荷載增加時(shí),隨著 地基變形的相應(yīng)增長, 地基承載力也在逐漸加在, 很難界定出下一個(gè)真正的“極 限值”,而根據(jù)現(xiàn)有的理論及經(jīng)驗(yàn)的承載力計(jì)算公式, 可以得出不同的值。因此, 地基極限承載力的確定, 實(shí)際上沒有一個(gè)通用的界定標(biāo)準(zhǔn), 也沒有一個(gè)適用于一 切土類的計(jì)算公式,主要依賴根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)所定下的界限和相應(yīng)的安全系數(shù)加以 調(diào)整,考慮一個(gè)滿足工程的要求的地基承載力值。 它不僅與土質(zhì)、 土層埋藏順序 有關(guān),而且與基礎(chǔ)底面的形狀、大小、埋深、上部結(jié)構(gòu)對變形的適應(yīng)程度、地 水位的升降、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的差別等等有關(guān),不能作為土的工程特性指標(biāo)。 另一方面,建筑物的正常使用應(yīng)滿足其功能要求, 常常是承載力還有潛力可 挖,而變形已達(dá)到可超過正常使用的限值,也就是變表控制了承載力。 因此,根據(jù)傳統(tǒng)習(xí)慣,
中國制定的“工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范”(TJ7-74)中規(guī)定,在基礎(chǔ)寬度小于3米, 埋深0.5—1.0米的條件下,粘性土主要根據(jù)孔隙比(e)、天然含水量(Wo)、相對含水量(Wb)考慮。砂根據(jù)飽和度(Sr)和緊密度(D)決定,也可按標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及鉆探試驗(yàn)錘擊數(shù)確定地基承載力。當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3米,埋深大于1米時(shí),必須按下式校正:P=[σ] k1r0(b-3) k2r(h-1)。式中P為計(jì)算承載力(噸/平方米),[σ]為按表查得的承載力(噸/平方米),r0及r為地基土持力層的天然容重(地下水位以下取水下容重,噸/立方米),k1及k2為安全系數(shù),取2—3。
【學(xué)員問題】地基的承載力?
【解答】地基承載力:地基滿足變形和強(qiáng)度的條件下,單位面積所受力的最大荷載。在荷載作用下,地基要產(chǎn)生變形。隨著荷載的增大,地基變形逐漸增大,初始階段地基土中應(yīng)力處在彈性平衡狀態(tài),具有安全承載能力。當(dāng)荷載增大到地基中開始出現(xiàn)某點(diǎn)或小區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)在其某一方向平面上的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí),該點(diǎn)或小區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)就發(fā)生剪切破壞而處在極限平衡狀態(tài),土中應(yīng)力將發(fā)生重分布。這種小范圍的剪切破壞區(qū),稱為塑性區(qū)(plasticzone)。地基小范圍的極限平衡狀態(tài)大都可以恢復(fù)到彈性平衡狀態(tài),地基尚能趨于穩(wěn)定,仍具有安全的承載能力。但此時(shí)地基變形稍大,必須驗(yàn)算變形的計(jì)算值不允許超過允許值。當(dāng)荷載繼續(xù)增大,地基出現(xiàn)較大范圍的塑性區(qū)時(shí),將顯示地基承載力不足而失去穩(wěn)定。此時(shí)地基達(dá)到極限承載力。
確定方法
(1)原位試驗(yàn)法(in-situtestingmethod):是一種通過現(xiàn)場直接試驗(yàn)確定承載力的方法。包括(靜)載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等,其中以載荷試驗(yàn)法為最可靠的基本的原位測試法。
(2)理論公式法(theoreticalequationmethod):是根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算的理論公式確定承載力的方法。
(3)規(guī)范表格法(codetablemethod):是根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)、現(xiàn)場測試指標(biāo)或野外鑒別指標(biāo),通過查規(guī)范所列表格得到承載力的方法。規(guī)范不同(包括不同部門、不同行業(yè)、不同地區(qū)的規(guī)范),其承載力不會(huì)完全相同,應(yīng)用時(shí)需注意各自的使用條件。
(4)當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)法(localempiricalmethod):是一種基于地區(qū)的使用經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行類比判斷確定承載力的方法,它是一種宏觀輔助方法。
合理確定
一、原因
與鋼、混凝土、砌體等材料相比,土屬于大變形材料,當(dāng)荷載增加時(shí),隨著地基變形的相應(yīng)增長,地基承載力也在逐漸加大,很難界定出下一個(gè)真正的“極限值”,而根據(jù)現(xiàn)有的理論及經(jīng)驗(yàn)的承載力計(jì)算公式,可以得出不同的值。因此,地基極限承載力的確定,實(shí)際上沒有一個(gè)通用的界定標(biāo)準(zhǔn),也沒有一個(gè)適用于一切土類的計(jì)算公式,主要依賴根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)所定下的界限和相應(yīng)的安全系數(shù)加以調(diào)整,考慮一個(gè)滿足工程的要求的地基承載力值。它不僅與土質(zhì)、土層埋藏順序有關(guān),而且與基礎(chǔ)底面的形狀、大小、埋深、上部結(jié)構(gòu)對變形的適應(yīng)程度、地下水位的升降、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)的差別等等有關(guān),不能作為土的工程特性指標(biāo)。
另一方面,建筑物的正常使用應(yīng)滿足其功能要求,常常是承載力還有潛力可挖,而變形已達(dá)到可超過正常使用的限值,也就是變形控制了承載力。
因此,根據(jù)傳統(tǒng)習(xí)慣,地基設(shè)計(jì)所用的承載力通常是在保證地基穩(wěn)定的前提下,使建筑物的變形不超過其允許值的地基承載力,即允諾承載力,其安全系數(shù)已包括在內(nèi)。無論對于天然地基或樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì),原則均是如此。
隨著《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GBJ68-84)施行,要求抗力計(jì)算按承載能力極限狀態(tài),采用相應(yīng)于極限值的“標(biāo)準(zhǔn)值”,并將過去的總安全系數(shù)一分為二,由荷載分項(xiàng)系數(shù)和抗力分項(xiàng)系數(shù)分擔(dān),這給傳統(tǒng)上根據(jù)經(jīng)驗(yàn)積累、采用允許值的地基設(shè)計(jì)帶來了困擾。
《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ7-89)以承力的允許值作為標(biāo)準(zhǔn)值,以深寬修正后的承載力值作為設(shè)計(jì)值,引起的問題是,抗力的設(shè)計(jì)值大于標(biāo)準(zhǔn)值,與《建筑可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068-2001)規(guī)定不符,因此本次規(guī)范進(jìn)行了修訂。
二、對策
《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》(GB50068-2001)鑒于地基設(shè)計(jì)的特殊性,將上一版“應(yīng)遵守本標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定”修改為“宜遵守本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的原則”,并加強(qiáng)了正常使用極限狀態(tài)的研究。而《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001)也完善了正常使用極限狀態(tài)的表達(dá)式,認(rèn)可了地基設(shè)計(jì)中承載力計(jì)算可采用正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合。
“特征值”一詞,用以表示按正常使用極限狀態(tài)計(jì)算時(shí)采用的地基承載力和單樁承載力的值。
三、應(yīng)用
用作抗力指標(biāo)的代表值有標(biāo)準(zhǔn)值和特征值。當(dāng)確定巖土抗剪強(qiáng)度和巖石單軸抗壓強(qiáng)度指標(biāo)時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)值;由荷載試驗(yàn)確定承載力時(shí)取特征值,載荷試驗(yàn)包括深層、淺層、巖基、單樁、錨桿等,見規(guī)范有關(guān)附錄。
地基承載力特征值fak是由荷載試驗(yàn)直接測定或由其與原位試驗(yàn)相關(guān)關(guān)系間接確定和由此而累積的經(jīng)驗(yàn)值。它相于載荷試驗(yàn)時(shí)地基土壓力-變形曲線上線性變形段內(nèi)某一規(guī)定變形所對應(yīng)的壓力值,其最大值不應(yīng)超過該壓力-變形曲線上的比例界限值。
修正后的地基承載力特征值fa是考慮了影響承載力的各項(xiàng)因素后,最終采用的相應(yīng)于正常使用極限狀態(tài)下的設(shè)計(jì)值的地基允許承載力。
單樁承載力特征值Ra是由載荷試驗(yàn)直接測定或由其與原位試驗(yàn)的相關(guān)關(guān)系間接推定和由此而累積的經(jīng)驗(yàn)值。它相應(yīng)于正常使用極限狀態(tài)下允許采用單樁承載力設(shè)計(jì)值。
當(dāng)按地基承載力計(jì)算以確定基礎(chǔ)底面積和埋深或按單樁承載力確定樁的數(shù)量時(shí),傳至基礎(chǔ)或承臺底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)采用標(biāo)準(zhǔn)組合,相應(yīng)的抗力限值采用修正后的地基承載力特征值或單樁承載力特征值。即S≤C,C為抗力或變形的限值;pk≤fa(地基);Qk≤Ra(樁基)。此時(shí)特征值fa、Ra即為正常使用極限狀態(tài)下的抗力設(shè)計(jì)值。
當(dāng)根據(jù)材料性質(zhì)確定基礎(chǔ)或樁臺的高度、支擋結(jié)構(gòu)截面、計(jì)算基礎(chǔ)或支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)力、確定配筋和驗(yàn)算材料強(qiáng)度時(shí),上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載效應(yīng)和相應(yīng)的基底板應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的基本組合,即γ0S≤R計(jì)算,此時(shí)地基反力p、樁頂下反力Ni和主動(dòng)土壓力Ea等相應(yīng)為荷載設(shè)計(jì)值,要采用相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)。
因此,閱讀地質(zhì)報(bào)告時(shí),若為“特征值”則為允許值,安全系數(shù)已包括在內(nèi);若為“標(biāo)準(zhǔn)值”,則為極限值,應(yīng)考慮相應(yīng)的抗力分項(xiàng)系數(shù)。
簡單的說地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值、地基承載力設(shè)計(jì)值是老規(guī)范的表述方式,特征值是新規(guī)范的表述方式,其取值方法大概相同,考慮的修正有所區(qū)別。
以上內(nèi)容均根據(jù)學(xué)員實(shí)際工作中遇到的問題整理而成,供參考,如有問題請及時(shí)溝通、指正。
地基基礎(chǔ)允許承載力是指在保證地基穩(wěn)定的條件下,房屋和構(gòu)筑物的沉降量不超過容許值的地基承載力。中國制定的“工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范”(TJ7-74)中規(guī)定,在基礎(chǔ)寬度小于3米, 埋深0.5—1.0米的條件下,粘性土主要根據(jù)孔隙比(e)、天然含水量(Wo)、相對含水量(Wb)考慮。砂根據(jù)飽和度(Sr)和緊密度(D)決定,也可按標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)及鉆探試驗(yàn)錘擊數(shù)確定地基承載力。當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3米,埋深大于1米時(shí),必須按下式校正:P=[σ] k1r0(b-3) k2r(h-1)。式中P為計(jì)算承載力(噸/平方米),[σ]為按表查得的承載力(噸/平方米),r0及r為地基土持力層的天然容重(地下水位以下取水下容重,噸/立方米),k1及k2為安全系數(shù),取2—3。