地基設(shè)計(jì)荷載取值研究

鄭余義

(四川岷江電力股份有限公司，四川都江堰611830)

    荷載是上部結(jié)構(gòu)對(duì)于基礎(chǔ)的一種力學(xué)作用，是上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)之間的數(shù)值聯(lián)系。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的荷載是上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的結(jié)果，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的荷載必須和上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的荷載組合取值一致。但由于地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在概念與設(shè)計(jì)方法上都有差異，設(shè)計(jì)原則也不統(tǒng)一，造成了地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)荷載規(guī)定中的某些方面與上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的習(xí)慣并不完全一致。為了進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，在荷載計(jì)算時(shí)，必須進(jìn)行3套荷載傳遞的計(jì)算，即荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合、基本組合和準(zhǔn)永久組合，荷載傳遞計(jì)算的結(jié)果各適用于不同的計(jì)算項(xiàng)目。

1.地基設(shè)計(jì)荷載

    地基設(shè)計(jì)包括三個(gè)方面的內(nèi)容，即地基承載力計(jì)算，地基變形驗(yàn)算和地基穩(wěn)定性驗(yàn)算。地基承載力計(jì)算是每項(xiàng)工程必須進(jìn)行基本內(nèi)容：穩(wěn)定性驗(yàn)算井不要求所有的工程都需要進(jìn)行，只有兩種情況下才需要驗(yàn)算建筑的穩(wěn)定性，一種是經(jīng)常受水平荷載的高層建筑物和高聳結(jié)構(gòu)，另一種是建造在斜坡上的建筑物和構(gòu)筑物。

荷載規(guī)定應(yīng)包含荷載組臺(tái)與荷載取值兩個(gè)方面。在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的5個(gè)不同項(xiàng)目中，關(guān)于荷載組合與荷載取值的規(guī)定是完全不同的。困此有必要理解其采用的不同荷載組合和取值朦因。下面分別加以討論，參見(jiàn)表1。

    1.1地基承載力計(jì)算

    地基承載力計(jì)算按正常使用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)，荷載取標(biāo)準(zhǔn)組合。按《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的設(shè)計(jì)朦則，抗力應(yīng)為標(biāo)準(zhǔn)值，但在《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中稱為特征值。按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的說(shuō)明由英文術(shù)語(yǔ)eh—teristic value翻譯得到的。其實(shí)從設(shè)計(jì)的表達(dá)式可以看出，這里的地基承載力特征值或者單樁承載力特征值在土力學(xué)的概念上就是地基容許承載力和單樁容許承載力。在土力學(xué)和基礎(chǔ)工程中，容許承載力就是由極限承載力除以安全系數(shù)求得的；或者在壓力變形曲線上取第一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)的對(duì)應(yīng)壓力值，也就是比例極限；或者取某一規(guī)定變形值的對(duì)應(yīng)壓力。

    1.2變形驗(yàn)算

    變形驗(yàn)算的荷載組合應(yīng)考率長(zhǎng)期效應(yīng)的組合，荷載值采用準(zhǔn)永久組合這是由于地基變形主要是由土層的固結(jié)引起的，而土的固結(jié)常常延續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，作用時(shí)間很短的的可變荷載不可能引起固結(jié)沉降，因此計(jì)算時(shí)不計(jì)人風(fēng)荷載和地震荷載。

    1.3穩(wěn)定性驗(yàn)算

    穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)當(dāng)屬于按承載力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的范疇，因此荷載組合取基本組合，荷載取值采用設(shè)計(jì)值。但規(guī)范又規(guī)定分項(xiàng)系敬取l.0，說(shuō)明實(shí)際采用的荷載還是標(biāo)準(zhǔn)值。這從《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定可知，當(dāng)作用和抗力都是由土的體積力引起時(shí)，穩(wěn)定性驗(yàn)算仍然采用安全系數(shù)的設(shè)計(jì)方法，因此荷載只能取標(biāo)準(zhǔn)值。但將計(jì)算得到的土壓力或滑坡推力用于計(jì)算抗滑樁的截面與配筋時(shí)，必須乘以1.35的分項(xiàng)系數(shù)，在驗(yàn)算樁的水早承載力時(shí)，則取分項(xiàng)系數(shù)l.0。

    1.4基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    對(duì)于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》完全遵循上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，荷載采用承載能力極限狀態(tài)下的基本組合，并采用相應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)；抗力采用各種材料的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。

2.工程算例

    礎(chǔ)底面的壓力廈土和基礎(chǔ)的自重壓力分別參見(jiàn)表2，基礎(chǔ)埋置深度為3.0 m，基礎(chǔ)底面以上土體的平均重度為12kN／m5。

    2.1 確定基礎(chǔ)足寸時(shí)的基礎(chǔ)底面壓力值

    以地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深+或按單樁承載力確定樁數(shù)時(shí)，傳至基礎(chǔ)或承臺(tái)底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載效用的標(biāo)準(zhǔn)組合。表2中，165 kPa為上揶結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)底面的壓力標(biāo)準(zhǔn)值，再加上土和基礎(chǔ)的自重壓力60kPa，得到225kPa。

    2.2確定地基變形時(shí)的基礎(chǔ)底自壓力值

    計(jì)算地基變形時(shí)，傳至基礎(chǔ)底面上的荷載效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)下荷載教用的準(zhǔn)永久組合，不計(jì)入風(fēng)荷載和地震作用，從表2中．按要求取上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)底面的壓力準(zhǔn)永久值l50kPa，加上土和基礎(chǔ)的自重60kPa，得基礎(chǔ)底而總壓力210 kPa，再減去基礎(chǔ)底面處土的有效自重壓力36 kPa．得變形計(jì)算時(shí)的基礎(chǔ)底面附加壓力為174 kPa。

    2.3驗(yàn)算地基穩(wěn)定所需的荷載計(jì)算時(shí)的基礎(chǔ)底面的壓力值

    計(jì)算擋土墻土壓力、地基或斜坡穩(wěn)定及滑坡推力時(shí)，荷載效應(yīng)應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)F荷載效麻的基本組合，但其分項(xiàng)系數(shù)均為l0。在表2中、180 kPa為上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)底面的壓力，再加上土和基礎(chǔ)的自重壓力60 kPa，得到240Kd?a。

    2.4計(jì)算基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)力時(shí)的基礎(chǔ)底面壓力

    在確定基礎(chǔ)或樁臺(tái)高度、支擋結(jié)構(gòu)界面、計(jì)算基礎(chǔ)或支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)力埔定配筋和驗(yàn)算材斟強(qiáng)度時(shí)，上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載效應(yīng)組合和相應(yīng)的基底反力，應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)下荷載效應(yīng)的的基本組合，采用相應(yīng)的分項(xiàng)是系數(shù)。取相應(yīng)于荷載標(biāo)準(zhǔn)值的基底凈反力I80 kPa，乘以1.35的分項(xiàng)系數(shù)．得反力設(shè)計(jì)值為243 kPa。

   2.5驗(yàn)算基礎(chǔ)裂縫寬度時(shí)的基礎(chǔ)底面壓力

    當(dāng)需要驗(yàn)算基礎(chǔ)裂縫寬度時(shí)，應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)荷載效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)組合165 kPa。

3.結(jié)束語(yǔ)

    地基是建筑物最基礎(chǔ)的部分，是荷載傳遞的載體。地基設(shè)計(jì)是一項(xiàng)艱巨而復(fù)雜的任務(wù)，荷載的多樣性使得地基設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，在不同的情況下，荷載組合與荷載取值的規(guī)定是完全不同的，因此有必要對(duì)基礎(chǔ)荷載設(shè)計(jì)取值詳細(xì)的了解，以保設(shè)計(jì)出的建筑物基礎(chǔ)安全穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)

[1]GB 50007-2002建麓地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[2]GB 50068-200l建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S]條件：在各種荷載條件下，某建筑物上部結(jié)構(gòu)的荷載傳至基礎(chǔ)

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)