地基承载力确定方法-5.6.2

5.6.2.1 根据载荷试验确定地基承载力特征值

载荷试验是确定地基承载力特征值的主要方法。载荷试验包括浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验。浅层平板载荷试验适用于浅层地基，深层平板载荷试验适用于深层地基。两种载荷试验的试验要求在《规范》附录C、附录D中规定，现分别加以论述。

1.浅层平板载荷试验要点

（1）地基土浅层平板载荷试验适用于确定浅部地基土层的承压板下应力主要影响范围内的承载力和变形参数。承压板面积不应小于0.25m²，对于软土不应小于0.5m²。

（2）试验基坑宽度不应小于承压板宽度或直径的3倍。应保持试验土层的原状结构和天然湿度。宜在拟施压表面用粗砂或中砂层找平，其厚度不应超过20mm。

（3）加荷分级不应少于8级。最大加载量不应小于设计要求的2倍。

（4）每级加载后，按间隔10min、10min、10min、15min、15min，以后为每隔0.5h测读一次沉降量，当在连续2h内，每小时的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。

（5）当出现下列情况之一时，即可终止加荷：

1）承压板周围的土明显地侧向挤出；

2）沉降s急骤增大，荷载—沉降（p—s）曲线出现陡降段；

3）在某一级荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定标准；

4）沉降量与承压板宽度或直径之比大于或等于0.06。

（6）当满足（5）前三款的情况之一时，其对应的前一级荷载为极限荷载。

（7）承载力特征值的确定应符合下列规定：

1）当p—s曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值；

2）当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半；

3）当不能按上述二款要求确定时，当压板面积为0.25～0.5m²，可取s/b=0.01～0.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。

（8）同一土层参加统计的试验点不应少于3点，各试验实测值的极差不超过其平均值的30%时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值f_ak。

2.深层平板载荷试验要点

（1）深层平板载荷试验适用于确定深部地基土层及大直径桩，桩端土层在承压板下应力主要影响范围内的承载力和变形参数。

（2）深层平板载荷试验的承压板采用直径为0.8m的刚性板，紧靠承压板周围外侧的土层高度应不少于80cm。

（3）加荷等级可按预估极限承载力的1/10～1/15分级施加。

（4）每级加荷后，第一个小时内按间隔10min、10min、10min、15min、15min，以后为每隔0.5h测读一次沉降。当在连续2h内，每小时的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。

（5）当出现下列情况之一时，可终止加荷：

1）沉降s急骤增大，荷载—沉降（p—s）曲线上有可判断极限承载力的陡降段，且沉降量超过0.04d（d为承压板直径）；

2）在某级荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定；

3）本级沉降量大于前一级沉降量的5倍；

4）当持力层土层坚硬，沉降量很小时，最大加载量不小于设计要求的2倍。

（6）承载力特征值的确定应符合下列规定：

1）当p—s曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值；

2）满足前三条款终止加荷条件之一时，其对应的前一级荷载定为极限荷载，当该值小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半；

3）不能按上述二款要求确定时，可取s/b=0.01～0.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。

（7）同一土层参加统计的试验点不应少于3点，当试验实测值的极差不超过平均值的30%时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值f_ak。

可见，对于不同类型的地基土层，采用不同的控制标准确定地基承载力特征值。对于发生整体剪切破坏的土层，以强度控制，因为p—s曲线有明显的分界点，能够确定比例界限或极限荷载，此时采用比例界限作为地基承载力特征值，但是当比例界限值与极限荷载值很接近时，为安全起见，采用极限荷载数值的一半作为地基承载力特征值；对于发生局部剪切或冲剪破坏的土层，p—s曲线没有明显的分界点，无法确定比例界限或极限荷载，此时以变形控制，按照允许沉降量确定地基承载力特征值。

【例5.6-1】 由浅层平板载荷试验确定得到某黏性土场地的4个地基承载力实测值分别为f₁=245kPa，f₂=204kPa，f₃=235kPa，f₄=270kPa，地基承载力特征值与下列哪项数值最接近。

（A）228kPa （B）238kPa （C）248kPa （D）258kPa

答案：（B）

解答：4个点的地基承载力平均值为[（245+204+235+270）/4]kPa=（954/4）kPa=238.5kPa。

实测值的极差为（270-204）kPa=66kPa＜平均值的30%，即238.5×0.3kPa=71.6kPa。

地基承载力特征值可以取平均值为238.5kPa。

5.6.2.2 地基承载力特征值的修正

尽管载荷试验均是在基础底面进行，但是由于载荷试验承压板的宽度（直径）相对真实的基础宽度往往要小很多，因此，既不能考虑基础埋置深度范围内的超载对地基承载力试验结果的影响，也不能考虑基础宽度的增加对于承载力试验结果的影响。

基础底面荷载的影响深度直接与基础的宽度有关，基础宽度越大，荷载的影响深度越大。当在真实基础深度范围内存在软土层时，采用较小承压板进行载荷试验时，软土层对于地基承载力的影响不能反映出来。因此，基础宽度的增加对于承载力的提高是有一定限度的。

《规范》规定：当基础宽度大于3m或埋置深度大于0.5m时，从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应按式（5.6-2）修正

f_a=f_ak+η_bγ（b-3）+η_dγ_m（d-0.5） （5.6-2）

式中 f_a——修正后的地基承载力特征值（kPa）；

f_ak——地基承载力特征值（kPa），由载荷试验或其他原位测试并结合工程实践经验等方法综合确定；

η_b、η_d——基础宽度和埋置深度的地基承载力修正系数，按基底土的类别查表5.6-1取值；

γ——基础底面以下土的重度（kN/m³），地下水位以下取浮重度；

b——基础底面宽度（m），当基础底面宽度小于3m时按3m取值，大于6m时按6m取值；

γ_m——基础底面以上土的加权平均重度（kN/m³），位于地下水位以下的土层取浮重度；

d——基础埋置深度（m），一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。

表5.6-1 承载力修正系数

注：1.强风化和全风化的岩石，可参照所风化成的相应土类取值，其他状态下的岩石不修正。

2.地基承载力特征值按《规范》方法中深层平板载荷试验确定时，η_d取0。

3.含水比是指土的天然含水量与液限的比值。

4.大面积压实填土是指填土范围大于两倍基础宽度的填土。

图5.6-1 【例5.6-2】～【例5.6-6】用图

【例5.6-2】～【例5.6-6】 某地基土层如图5.6-1所示，表面为厚1.8m的人工填土，天然重度γ₁=17.5kN/m³，载荷试验确定的地基承载力特征值f_ak=180kPa；下层为粉质黏土，G_s=2.70，γ₂=19.4kN/m³，w=26%，w_L=34%，w_P=20%，载荷试验确定的地基承载力特征值f_ak=225kPa；地下水在地表以下3m处，水下粉质黏土的饱和重度γ_2sat=19.7kN/m³，w=27.5%，地基承载力特征值f_ak=205kPa。

【例5.6-2】 若设计基础埋置深度为0.5m，基础宽度为2.6m，持力层的地基承载力特征值与下列哪项数值最接近？

（A）180kPa （B）192kPa （C）205kPa （D）225kPa

答案：（A）

解答：持力层为人工填土，但是由于埋置深度为0.5m，基础宽度小于3m，因此根据《规范》规定，不需要进行持力层承载力特征值修正，直接采用载荷试验结果，f_a=f_ak=180kPa。

【例5.6-3】 若设计基础埋置深度为1.2m，墙下条形基础宽度为2.6m，持力层的地基承载力特征值与下列哪项数值最接近？

（A）180kPa （B）192kPa （C）225kPa （D）270kPa

答案：（B）

解答：由于基础埋置深度为1.2m＞0.5m，因此持力层承载力特征值需要进行修正

f_a=f_ak+η_bγ（b-3）+η_dγ_m （d-0.5）

持力层依然为人工填土，查表5.6-1确定承载力系数η_b=0，η_d=1.0。

γ_m=γ₁=17.5kN/m³，γ=γ₁=17.5kN/m³

f_a=f_ak+η_bγ（b-3）+η_dγ_m（d-0.5）=[180+0+1.0×17.5×（1.2-0.5）]kPa

=192.25kPa

由上述两道例题比较可见，基础宽度不变，基础埋置深度增加，地基承载力特征值增加。

【例5.6-4】 若设计基础埋置深度为1.8m，柱下独立基础宽度为4.5m，持力层的地基承载力特征值与下列哪项数值最接近？

（A）180kPa （B）192kPa （C）225kPa （D）270kPa

答案：（D）

解答：由于基础埋置深度为1.8m＞0.5m，基础宽度为4.5m＞3m，因此，持力层承载力特征值需进行修正。

持力层为粉质黏土层，先进行指标计算

由于基底下土为e及I_L均小于0.85的黏性土，查表5.6-1得，η_b=0.3，η_d=1.6。

埋深范围为人工填土：γ_m=γ₁=17.5kN/m³；基底土为粉质黏土：γ=γ₂=19.4kN/m³。

f_a=f_ak+η_bγ（b-3）+η_dγ_m（d-0.5）=[225+0.3×19.4×（4.5-3）+1.6×17.5×（1.8-0.5）]kPa=270.1kPa

【例5.6-5】 若设计基础埋置深度为3m，柱下独立基础宽度为4.5m，持力层的地基承载力特征值与下列哪项数值最接近？

（A）180kPa （B）192kPa （C）270kPa （D）283kPa

答案：（D）

解答：由于基础埋置深度为3m＞0.5m，基础宽度为4.5m＞3m，因此持力层承载力特征值需进行修正。

持力层依然为粉质黏土层，但是此时持力层处于水下，再进行指标计算

基底下土依然为e及I_L均小于0.85的黏性土，查表5.6-1得，η_b=0.3，η_d=1.6。

基底土为水下粉质黏土

γ=γ₂′=（19.7-10）kN/m³=9.7kN/m³

埋深范围为1.8m厚的人工填土和1.2m厚的水上粉质黏土

采用水下粉质黏土的承载力特征值

f_ak=205kPa

f_a=f_ak+η_bγ（b-3）+η_dγ_m（d-0.5）=[205+0.3×9.7×（4.5-3）+1.6×18.3×（3-0.5）]kPa=（205+4.37+73.2）kPa=282.6kPa

【例5.6-6】 若设计基础埋置深度为4.5m，基础宽度为10m，持力层的地基承载力特征值与下列哪项数值最接近？

（A）225kPa （B）283kPa （C）312kPa （D）324kPa

答案：（C）

解答：由于基础埋置深度为4.5m＞0.5m，筏形基础宽度为10m＞3m，因此持力层承载力特征值需进行修正。

持力层为水下粉质黏土层，由于基础宽度大于6m，计算时取6m。

基底下土e及I_L同【例5.6-5】结果均小于0.85的黏性土，η_b=0.3，η_d=1.6不变。

基底土为水下粉质黏土

γ=γ₂′=（19.7-10）kN/m³=9.7kN/m³

埋深范围为1.8m厚的人工填土、1.2m厚的水上粉质黏土和1.5m厚的水下粉质黏土

因此，增加基础宽度，地基承载力特征值也会显著增加。

5.6.2.3 根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值

《规范》规定：当偏心距小于或等于0.033倍基础底面宽度时，根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值可按式（5.6-3）计算，并应满足变形要求

f_a=M_bγb+M_dγ_md+M_cc_k （5.6-3）

式中 f_a——由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值；

M_b、M_d、M_c——承载力系数，按表5.6-2确定；

b——基础底面宽度（m），大于6m时按6m取值，对于砂土小于3m时按3m取值；

c_k——基底下一倍短边宽度的深度范围内土的黏聚力标准值（kPa）。

表5.6-2 承载力系数M_b、M_d、M_c

注：φ_k为基底下一倍短边宽度的深度范围内土的内摩擦角标准值（°）。

【例5.6-7】 根据土的抗剪强度指标确定地基承载力可按下式计算

f_a=M_bγb+M_dγ_md+M_cc_k

以下关于上式的适用条件e≤0.033b的解释下列哪项是正确的？

（A）f_a公式虽是在中心荷载下的条形基础导出的，但当偏心距e≤0.033b时，中心荷载下的承载力条件p_k≤f_a将成为控制条件，说明偏心荷载所产生的基底压力不会过分不均匀，这时公式计算结果不会产生较大误差

（B）公式是在条形基础受偏心荷载，偏心距e≤0.033b条件下导出的

（C）公式是在矩形基础受偏心荷载，偏心距e≤0.033b条件下导出的

（D）公式是在偏心荷载作用下，偏心距e≤0.033b条件下导出的

答案：（A）

解答：（A）符合实际。

【例5.6-8】～【例5.6-11】 某场地土为粉土，水位在地表以下2.0m，水位以上土的重度γ=17.6kN/m³，水位以下饱和重度γ_sat=19kN/m³。土的抗剪强度指标为：黏聚力c_k=12kPa，内摩擦角φ_k=23°。设计的柱下扩展基础2.2m×3.0m，承受中心荷载作用。

【例5.6-8】 若基础埋置深度为0.5m时，按《规范》推荐的理论公式确定持力层地基承载力特征值与下列哪项数值最接近？

（A）135kPa （B）145kPa （C）235kPa （D）250kPa

答案：（A）

解答：由φ_k=23°，查表5.6-2插值得M_b=0.71，M_d=3.66，M_c=6.25。

此时γ=γ_m=17.6kN/m³，b=2.2m，d=0.5m，代入下式得

f_a=M_dγb+M_dγ_md+M_cc_k=（0.71×17.6×2.2+3.66×17.6×0.5+6.25×12）kPa

=（27.49+32.21+75）kPa=134.7kPa

【例5.6-9】 若基础埋置深度为1.9m时，按《规范》推荐的理论公式确定地基承载力特征值与下列哪项数值最接近？

（A）135kPa （B）145kPa （C）211kPa （D）235kPa

答案：（C）

解答：M_b=0.71，M_d=3.66，M_c=6.25，γ_m=17.6kN/m³，b=2.2m都不变。d=1.9m，此时基底离地下水位很近，基底下土的重度采用有效重度γ=γ′=（19-10）kN/m³=9kN/m³，代入下式得

f_a=M_bγb+M_dγ_md+M_cc_k=（0.71×9.0×2.2+3.66×17.6×1.9+6.25×12）kPa

=（14.06+122.39+75）kPa=211.5kPa

【例5.6-10】 若基础埋置深度为2.5m时，按《规范》推荐的理论公式确定地基承载力特征值与下列哪项数值最接近？

（A）135kPa （B）145kPa （C）211kPa （D）235kPa

答案：（D）

解答：M_b=0.71，M_d=3.66，M_c=6.25，b=2.2m不变。

基底以上土的加权平均重度：，d=2.5m。

基底处于水下，土的重度采用有效重度γ=γ′=（19-10）kN/m³=9kN/m³，代入下式得

f_a=M_bγb+M_dγ_md+M_cc_k=（0.71×9.0×2.2+3.66×15.9×2.5+6.25×12）kPa

=（14.06+145.49+75）kPa=234.55kPa

【例5.6-11】 若地基土体为砂土，土的抗剪强度指标为黏聚力c_k=0kPa，内摩擦角φ_k=30°，其他条件不变，基础埋置深度为2.5m时，按《规范》推荐的理论公式确定地基承载力特征值与下列哪项数值最接近？

（A）157kPa （B）177kPa （C）260kPa （D）274kPa

答案：（D）

解答：基底以上土的加权平均重度：，d=2.5m。

基底处于水下，土的重度采用有效重度γ=γ′=（19-10）kN/m³=9kN/m³，以上同【例5.6-10】。

由φ_k=30°，查表5.6-2得M_b=1.9，M_d=5.59，M_c=7.95，b=2.2m＜3m对于砂土则取3m计算，代入下式得

f_a=M_bγb+M_dγ_md+M_cc_k=（1.9×9.0×3.0+5.59×15.9×2.5+7.95×0）kPa

=（51.3+222.2+0）kPa=273.5kPa