1、前言

綜合確定地基承載力特征值，是巖土工程師的基本功。當(dāng)前進(jìn)行巖土工程勘察，尤其是涉及地基基礎(chǔ)，對(duì)主要受力層內(nèi)的每層土提供地基承載力特征值fak，是必須的工作內(nèi)容。

確定地基承載力特征值fak，目前的方法有：載荷試驗(yàn)法、其他原位測(cè)試法、理論計(jì)算法、經(jīng)驗(yàn)查表法和現(xiàn)場(chǎng)鑒別法。在具體工程上，巖土工程師在使用這幾種方法時(shí)，往往出現(xiàn)用各種方法確定的結(jié)果不同，甚至相去甚遠(yuǎn)。如何分析這確實(shí)是剛?cè)腴T，甚至是很資深的巖土工程師必須面對(duì)的問(wèn)題。

本文本文對(duì)此進(jìn)行了探討，供各位巖土工程師和專家參考，不妥之處，請(qǐng)指正。

 

2、地基承載力的本質(zhì)

要不斷研究和感悟地基承載力的概念、內(nèi)涵，這有助于對(duì)地基承載力的深刻理解和面對(duì)具體工程問(wèn)題時(shí)的綜合確定。

（1）地基承載力研究簡(jiǎn)史

不斷考察地基承載力基本理論的發(fā)展史，可以感悟不同時(shí)代、地區(qū)的工程技術(shù)發(fā)展需求，更多地注意其研究假定和適用范圍。詳見文獻(xiàn)[1]。

（2）中國(guó)使用過(guò)的幾個(gè)歷史階段的地基承載力概念

地基容許承載力[R]：確保地基不產(chǎn)生剪切破壞而失穩(wěn)，同時(shí)又保證建筑物的沉降不超過(guò)允許值的最大荷載。

地基極限承載力R：使地基發(fā)生剪切破壞，失去整體穩(wěn)定時(shí)的基礎(chǔ)底面最小壓力，即地基能承受的最大荷載強(qiáng)度。地基極限承載力和地基容許承載力是一對(duì)承載力概念。

地基承載力基本值f0：用某一方法確定的相應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)（載荷板）寬度和埋深時(shí)的地基容許承載力代表值。

地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk：考慮了土性指標(biāo)變異影響后的相應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)（載荷板）寬度和埋深時(shí)具有某一特定置信概率的地基容許承載力代表值。

地基承載力設(shè)計(jì)值f：是指地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值fk經(jīng)基礎(chǔ)寬度和埋深修正，或直接用地基抗剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，考慮實(shí)際基礎(chǔ)寬度和埋深，采用承載力理論公式計(jì)算得到的地基容許承載力值。地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值和地基承載力設(shè)計(jì)值是一對(duì)承載力概念。

地基承載力特征值fak ：相應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)（載荷板）寬度和埋深時(shí)的地基容許承載力代表值。

深寬修正后地基承載力特征值fa ：是指地基承載力特征值fak經(jīng)基礎(chǔ)寬度和埋深修正得到的地基容許承載力值，或直接用地基抗剪強(qiáng)度指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值，考慮實(shí)際基礎(chǔ)寬度和埋深，用承載力理論公式計(jì)算得到的地基容許承載力值。

（3）地基破壞的三種形式（引自文獻(xiàn)[2]）

整體破壞：

 

局部破壞：

刺入破壞：

（4）美國(guó)地基承載力幾個(gè)概念

見下圖。

（5）地基承載力的本質(zhì)

地基承載力不是地基的固有參數(shù)，是綜合反應(yīng)地基、基礎(chǔ)及地基基礎(chǔ)共同作用的一個(gè)參數(shù)。這一點(diǎn)，早已為業(yè)界共識(shí)。即便如此，因目前進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，先是依據(jù)地基承載力特征值的大小進(jìn)行承載力驗(yàn)算，進(jìn)而根據(jù)工程需要，進(jìn)行地基變形控制。因此，雖說(shuō)地基承載力不是地基的固有參數(shù)，但是在工程上，仍是當(dāng)做一個(gè)地基的固有參數(shù)來(lái)對(duì)待。只是，明白了地基承載力的本質(zhì)，在確定地基承載力特征值以及進(jìn)行基礎(chǔ)深寬修正求取相應(yīng)于實(shí)體基礎(chǔ)條件下的地基承載力時(shí)，要事先考慮這些影響因素，以便后來(lái)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)符合巖土特性和工程實(shí)體的實(shí)際。

地基承載力的研究和確定，基本都是從小尺寸（相對(duì)于工程實(shí)體而言）的載荷板試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比來(lái)的。對(duì)于工程實(shí)體基礎(chǔ)條件，地基承載力應(yīng)該是指工程實(shí)體基礎(chǔ)荷載-地基變形曲線（p-s曲線）上相應(yīng)于某一特征（曲線特征、荷載控制特征、變形控制特征、地基基礎(chǔ)穩(wěn)定特征及其綜合確定的特征）時(shí)的荷載值。未來(lái)隨科技發(fā)展，將來(lái)如有一天，依據(jù)勘察的巖土特性和基礎(chǔ)及其上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工、使用條件，能夠智慧給出實(shí)體基礎(chǔ)荷載-地基變形曲線（p-s曲線），工程實(shí)體地基承載力確定和工程實(shí)體地基變形控制，將真正獲得突破，至此巖土工程發(fā)展將進(jìn)入智慧巖土工程新階段。

（6）地基承載力確定的難點(diǎn)

無(wú)論是采用載荷試驗(yàn)，還是采取其他原位測(cè)試、理論計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)查表，都涉及到一個(gè)以點(diǎn)代面的問(wèn)題。工程實(shí)體基礎(chǔ)坐在一個(gè)和工程實(shí)體基礎(chǔ)相適應(yīng)的巖土介質(zhì)空間體上，而勘察得到的巖土性質(zhì)指標(biāo)是從勘探點(diǎn)的位置得到的。如何從有限的勘探點(diǎn)位置得到的巖土性質(zhì)指標(biāo)，來(lái)評(píng)價(jià)推斷整個(gè)實(shí)體工程地基空間體的地基承載力，是難點(diǎn)。為此，巖土工程師要善于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并熟悉基本理論，理通法自明，將理論和實(shí)踐相結(jié)合，做好具體問(wèn)題具體分析。

3、載荷試驗(yàn)法

載荷試驗(yàn)法有平板載荷試驗(yàn)、深井載荷試驗(yàn)和螺旋板載荷試驗(yàn)，這些都有規(guī)范規(guī)定，都是經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，具體試驗(yàn)時(shí)應(yīng)當(dāng)執(zhí)行。有一點(diǎn)需要注意，就是深井載荷試驗(yàn)和螺旋板載荷試驗(yàn)，注意試驗(yàn)的深度和未來(lái)的工程實(shí)體基礎(chǔ)埋深兩個(gè)可能的不同，這牽涉到超載的影響問(wèn)題。甚至還要注意地基承載力檢測(cè)時(shí)的埋深問(wèn)題，這些都是因超載的影響而可能導(dǎo)致地基承載力不同的重要方面。

4、其他原位測(cè)試法、經(jīng)驗(yàn)查表法和現(xiàn)場(chǎng)鑒別法

其他原位測(cè)試法是針對(duì)地層的不同，可選用動(dòng)力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)（自鉆式和預(yù)鉆式）、扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)、十字板試驗(yàn)、波速試驗(yàn)等其他原位測(cè)試法，根據(jù)原位測(cè)試指標(biāo)代入經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算地基承載力。選用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算地基承載力特征值，要注意經(jīng)驗(yàn)公式的適用地層、地質(zhì)成因和適用范圍。

經(jīng)驗(yàn)查表法，是指采用室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)，比如孔隙比、含水量、液性指數(shù)、相對(duì)密實(shí)度等，查經(jīng)驗(yàn)表計(jì)算地基承載力特征值。

現(xiàn)場(chǎng)鑒別法，是針對(duì)碎石土等不宜采用其他方法確定地基承載力的土，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)挖掘鑒別其密實(shí)度、成分、級(jí)配等，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定其地基承載力特征值。

上述三種方法，很重要的一點(diǎn)是，使用的測(cè)試指標(biāo)、試驗(yàn)指標(biāo)和密實(shí)度鑒別情況，要注意其代表性，應(yīng)能代表整個(gè)工程實(shí)體的地基空間體。這牽涉到了巖土指標(biāo)的空間分布和可靠性。從這個(gè)角度看，過(guò)去歷史上使用了地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值這個(gè)概念，其中要考慮地基巖土指標(biāo)的可靠性，是有道理的。地基的復(fù)雜性、變異性和隨機(jī)性，除其成因、成分等客觀因素外，尚與巖土工程勘察測(cè)試人、裝備、管理等主觀因素有關(guān)，如此看，在這一點(diǎn)上，地基遠(yuǎn)比上部結(jié)構(gòu)，要復(fù)雜得多。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)不再使用地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值概念，而改用了地基承載力特征值，是符合實(shí)際的。使用地基承載力特征值，表面上未提到地基的可靠性，但實(shí)際上是把考慮地基可靠性這個(gè)問(wèn)題，交給巖土工程師針對(duì)具體工程，進(jìn)行因地制宜來(lái)解決。這符合實(shí)際。

另有兩點(diǎn)需要注意：一是標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)鉆桿直徑為42mm，現(xiàn)在工程上不少是采用了直徑為50mm的鉆桿，注意其對(duì)標(biāo)貫擊數(shù)的影響，先進(jìn)行桿長(zhǎng)、桿徑修正后，再代入經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。

聶慶科等人在山西孝義某工程用兩種直徑的鉆桿進(jìn)行了標(biāo)貫試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，在0~30 m范圍內(nèi)，φ42鉆桿與φ50鉆桿測(cè)得標(biāo)貫擊數(shù)N值的平均值比值在0.85~0.87之間，30~40 m范圍內(nèi)φ42鉆桿與φ50鉆桿測(cè)得標(biāo)貫擊數(shù)N值的平均值比值為1.09。在粉質(zhì)黏土和粉土中φ50鉆桿所測(cè)得標(biāo)貫擊數(shù)N值大于φ42鉆桿，在密實(shí)砂土中，兩種鉆桿所測(cè)得標(biāo)貫擊數(shù)N值較為接近。詳見文獻(xiàn)[3]。根據(jù)范建好論文（詳見文獻(xiàn)[4]），同一場(chǎng)地,埋深11m以上的珊瑚砂層,采用Φ42鉆桿進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)的擊數(shù)與采用Φ50鉆桿進(jìn)行標(biāo)貫試驗(yàn)的擊數(shù)之比值為0.93~0.95。

二是采用鉆孔取土?xí)r，鉆孔取土的孔隙比，比探井取土的孔隙比要小，要先進(jìn)行修正，再查經(jīng)驗(yàn)表確定地基承載力特征值。

5、理論計(jì)算法

作者于2001年通過(guò)研究認(rèn)為，地基承載力特征值可以用土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)代入太沙基等學(xué)者公式，取q=0，B=0.707m后計(jì)算確定。詳見文獻(xiàn)[1]。

6、地基承載力特征值的綜合確定

對(duì)于既定的地基，其地基承載力特征值是一定的，不應(yīng)因測(cè)定方法不同而不同。由此可見，用多種方法確定地基承載力特征值，應(yīng)該是一致的。“多種方法一致，互相印證” 是確定地基承載力特征值的最高境界。如果出現(xiàn)不一致，一定會(huì)有原因，一定是某個(gè)方法、參數(shù)選取、經(jīng)驗(yàn)公式或經(jīng)驗(yàn)表等，不符合這個(gè)場(chǎng)地實(shí)際。

綜合確定的第一步，是要解決好參數(shù)的選取，解決好其真實(shí)性、標(biāo)準(zhǔn)性、代表性；第二步就是選好適合的經(jīng)驗(yàn)公式、經(jīng)驗(yàn)表和理論公式；第三步，分析工程實(shí)體基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)施工情況，確保最終確定的地基承載力特征值用于每一個(gè)基礎(chǔ)，都能確保安全合理。

地基承載力特征值的最終確定，既有測(cè)試的成分，也有分析 “猜” 的成分，作者曾給出口訣 “連猜帶算看經(jīng)驗(yàn)” ，在這里奉獻(xiàn)給各位巖土工程師，供參考。