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為什么要分層提供地基承載力?國外也這樣嗎?

 SKxuan214 2015-12-04


現(xiàn)在的勘察報(bào)告是按不同深度的土層分層提供地基承載力,其實(shí)質(zhì)是基本條件(小壓板,無埋深或假定為標(biāo)準(zhǔn)條基)下的地基承載力。我的問題是:①國外是否也是這樣做;②一般我們是把深層土假想為在地面處提供地基承載力,看了幾本土力學(xué)教材也只是講天然地基淺基礎(chǔ)承載力公式,多未講天然地基深基礎(chǔ)承載力公式。


在國外的土力學(xué)著作中,包括前蘇聯(lián),對淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)的承載力問題都是分別討論的,概念非常清楚,不可能用淺基礎(chǔ)的地基承載力公式去計(jì)算深層土的地基承載力問題。

在我國的許多著作或教材中,對這個(gè)問題的概念也是清楚的。錢家歡教授主編的《土工原理與計(jì)算》中,第八章地基承載力,其中第五節(jié)講的是“深基礎(chǔ)地基承載力”,在這節(jié)開頭就說明了兩者的區(qū)別:“深基礎(chǔ)與淺基礎(chǔ)具有不同的破壞特征,因而其承載力的確定也各有所異。前面各節(jié)所介紹的承載力計(jì)算公式均只適用于淺基礎(chǔ)的情況。本節(jié)將討論深基礎(chǔ)地基的破壞特征及其承載力的確定方法?!?/span>

鄭大同教授在《地基極限承載力的計(jì)算》一書中論述了梅耶霍夫?qū)ι罨A(chǔ)地基承載力的貢獻(xiàn):“50年代,梅耶霍夫進(jìn)一步考慮了基礎(chǔ)底面以上,土體發(fā)生抗剪強(qiáng)度的影響,從而提出了淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)的極限承載力公式。”“梅耶霍夫在19951年曾經(jīng)指出,地基承載力取決于地基土的物理力學(xué)性質(zhì)(密度、抗剪強(qiáng)度和變形性質(zhì)),取決于地基中的原始應(yīng)力和地下水的情況,取決于基礎(chǔ)的物理性質(zhì)(基礎(chǔ)尺寸、埋置深度和基底的粗糙程度),而且也取決于建造基礎(chǔ)的方法?!?/span>

但在工程勘察工作中,不知從什么時(shí)候開始,要求按不同深度的土層分層提供地基承載力,而且不管土層的埋藏深度如何,都用淺基礎(chǔ)的地基承載力公式計(jì)算深層土的地基承載力。這種做法對工程實(shí)踐是不合適的,更為可怕的是使工程師們的學(xué)術(shù)思想都搞糊涂了,基本概念也不講了,以己之昏昏,怎能使人昭昭,糊里糊涂地計(jì)算,糊里糊涂地應(yīng)用,浪費(fèi)了也沒有覺察,危險(xiǎn)了在吃安全系數(shù)的余量。

分層提供承載力是一種習(xí)慣做法,是歷史的產(chǎn)物,在基礎(chǔ)埋深不大的情況下問題不突出;

如何提供?將深層的土層假定在地面,設(shè)定一個(gè)淺基礎(chǔ)的寬度與埋深,用規(guī)范的公式計(jì)算,要求設(shè)計(jì)人員按實(shí)際埋置深度進(jìn)行修正后使用;

或者將淺層土載荷試驗(yàn)得到的承載力,按相似的物理指標(biāo)推廣到深層土中;

看四份巖土工程報(bào)告,其中兩份是國內(nèi)的,兩份是由國外巖土工程師編寫的,一份在國外,一份在國內(nèi)。


〔實(shí)例1.1-1〕軟土地區(qū)某沖壓車間壓機(jī)基礎(chǔ)的巖土工程勘察,壓機(jī)基礎(chǔ)尺寸為24m×86.5m,基底總壓力為204kPa,采用樁基礎(chǔ)??紤]3種不同樁長的方案,樁的入土深度分別為45m、60m和65m,樁端持力層分別為第⑧b、第⑨b、和第⑩層,因此鉆孔深度91.45m,勘探深度范圍內(nèi)揭露了十多層的土層。

對于這樣的一個(gè)項(xiàng)目,已經(jīng)明確采用長樁基礎(chǔ)的工程,還要在勘察報(bào)告中分層地提供那么多土層的地基容許承載力,不知道其目的究竟是什么?地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)根本不需要這些土層作為天然地基的持力層,也不需用這些土層的地基承載力進(jìn)行設(shè)計(jì)。特別是這些深層土的地基承載力,用淺基礎(chǔ)地基承載力公式計(jì)算得到的這些數(shù)據(jù)既沒有什么用處,也沒有什么物理意義,顯然是多余的。


〔實(shí)例1.1-2〕國內(nèi)某電廠擴(kuò)建工程的巖土工程勘察報(bào)告。主廠房為框架和排架結(jié)構(gòu)兩種結(jié)構(gòu)型式,采用天然地基方案,勘探孔深度39m~42m,揭露了9層土層,對各個(gè)主要土層均進(jìn)行了地基承載力的分析與計(jì)算,地基容許承載力的綜合建議值。

這份資料的特點(diǎn)是已經(jīng)明確采用天然地基上的淺基礎(chǔ),設(shè)計(jì)主廠房的基礎(chǔ)埋置深度為6.5m,基底最大壓力為200kPa。第③1層土層的埋藏深度正好在6.5m左右,對表1-2中所提供的地基承載力進(jìn)行深寬修正以后的地基承載力也大于基底最大壓力,因此采用③1層作為主車間基礎(chǔ)的持力層是可行的。


〔實(shí)例1.1-3〕這是一份美國加州某超市的巖土工程報(bào)告。建設(shè)場地的面積為74000m2,建筑面積為21500m2,結(jié)構(gòu)為單層排架。由結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的柱荷載為:內(nèi)柱385kN,外柱267KN;由活荷載所產(chǎn)生的柱荷載為680kN,地坪均布荷載為7.3kPa,最大集中荷載為23kN;承重墻荷載為181.4kN/m~272.1kN/m,非承重墻荷載為22.3kN/m~90.7kN/m。

該場地典型的土層柱狀圖見圖1-1,基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所需的地基容許承載力數(shù)值見表1-3。這份報(bào)告表明,巖土工程分析需要以確切的上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)的荷載為依據(jù),才能進(jìn)行必要的計(jì)算。對于地基承載力,對于采用天然地基的項(xiàng)目,只需要分析持力層的地基承載力,不需要分層提供每層土的地基承載力。資料也表明,評價(jià)地基承載力時(shí),如果采用極限承載力公式計(jì)算,可以按照不同的荷載組合,分別采用不同的安全系數(shù)。


〔實(shí)例1.1-4〕由國外的巖土工程師為外商投資建于國內(nèi)軟土地區(qū)的某商城編寫的巖土工程報(bào)告。該商城場地面積18600m2,周邊長度160m×105m。建筑物全景見圖1-2,由北、東、西三個(gè)塔樓和裙房組成,北塔樓地上48層,框剪結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)尺寸55m×43m,基底平均壓力為350kPa;東、西塔樓均為地上32層,框剪結(jié)構(gòu),東塔樓基礎(chǔ)面積32m×72m,

基底平均壓力為265kPa,西塔樓基礎(chǔ)面積32m×55m,基底平均壓力為265kPa;裙房為地上8層,框架結(jié)構(gòu),基底平均壓力為150kPa。全部采用筏板下的樁基礎(chǔ),滿堂布樁,樁徑500mm、壁厚9mm的鋼管樁,樁長35m,單樁承載力1330kN。北塔樓的基坑開挖深度為7.5m,東、西塔樓為6.5m,裙房為4.5m。




提供分層承載力的主要問題

1.將勘察報(bào)告的結(jié)論建立在缺乏物理概念的基礎(chǔ)之上;

2.在工程中采用這種方法確定地基承載力,存在許多無法估計(jì)的不確定性,可能是安全隱患,也可能會造成資源浪費(fèi);

3.將在基礎(chǔ)埋置深度不深的歷史條件下得到的深寬修正的經(jīng)驗(yàn)方法,推廣到10余米以致20多米的深度,對所引起的可能問題沒有充分地估計(jì);

4.由于高層建筑的大量采用,基礎(chǔ)埋置深度的急劇增大,由于確定地基承載力方法的不科學(xué)性帶來的問題日益嚴(yán)重;

現(xiàn)在應(yīng)該冷靜地分析和考慮如何解決這個(gè)問題。

分層提供承載力是為了讓設(shè)計(jì)人員了解土層特性

設(shè)計(jì)人員確實(shí)需要了解各層土的工程性質(zhì),但勘察人員應(yīng)該給設(shè)計(jì)人員正確的信息,以免誤導(dǎo)。其實(shí)在勘察工作中,已經(jīng)分層取土作了土的物理力學(xué)性質(zhì)的試驗(yàn),也作了各種原位測試,在勘察報(bào)告中,已經(jīng)可以分層提供了土的工程性質(zhì)指標(biāo),設(shè)計(jì)人員根據(jù)這些信息已經(jīng)可以充分地了解各土層地工程特性了。

分層提供地基承載力的做法不僅沒有給設(shè)計(jì)人員以正確認(rèn)識地基土的任何有用的信息,相反卻使設(shè)計(jì)人員容易產(chǎn)生誤解、誤判,造成不良的后果

分層提供地基承載力的方法還有一個(gè)非常致命的缺陷,因?yàn)槭前春軠\的埋置深度來考慮的,如果實(shí)際工程是采用了比較深的埋置深度,在勘察報(bào)告中就會提出設(shè)計(jì)人員應(yīng)按實(shí)際埋深進(jìn)行深度修正。


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