Question

桂林岩溶区第四纪地层地基承载力确定

Answer 1

2.2.1　桂林岩溶区第四纪地层地基承载力确定的常用方法

地基承载力是指地基土单位面积上所能承受的荷载，通常把地基土单位面积上所能承受的最大荷载称为极限荷载或极限承载力。目前，在桂林岩溶区，第四系土层地基承载力确定有以下常用方法。

2.2.1.1　根据载荷试验的p-s曲线来确定

确定地基承载力最直接的方法是现场载荷试验的方法。荷载试验是对现场试坑中的天然土层中的承压板施加竖直荷载，测定承压板压力与地基变形的关系，从而确定地基土承载力和变形模量等指标。

承压板面积为0.25～歼族尺0.5 m ²（一般尺寸：50 cm ×50 cm,70 cm ×70 cm）加荷等级不少于8级，第一级荷载（包括设备重量）的最大加载量不应少于设计荷载的2倍，一般相当于基础埋深范围的土重。每级加载按10,10,10,15,15 min间隔测读沉降，以后隔半小时测读，当连续2 h内，每小时沉降小于0.1 mm 时，则认为已稳定，可加下一级荷载。直到地基达到极限状态为止。

对重要的建筑工程及市区填土、混合土和复合地基，可采用现场原位载荷试验确定地基土承载力特征值。根据试验结果可绘出载荷试验的p-s曲线，按下列穗租原则确定地基承载力特征值：

（1）当载荷试验的荷载沉降p-s曲线上有明显的比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值；

（2）当极限荷载能确定，且该值小于对应比例界限的荷载值2.0倍时，取极限荷载值的0.5倍；

（3）当不能由第1条和第2条确定时，可取s/b=0.01～0.015所对应的荷载值，但其值不应大于最大加载量的0.5倍。

2.2.1.2　根据原位测试和室内土工试验成果确定

由于《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）关于地基承载力的确定，已经取消了地基承载力查表内容，只是规定了地基承载力确定的方法和原则，而目前广西以及桂林还没有编制当地的《建筑地基基础设计规范》（GBJ 7—89），所以，在桂林岩溶区岩土工程勘察实践中，其地基岩、土承载力的确定，主要还是利用原位测试和室内土工试验成果，查原《建筑地基基础设计规范》（GBJ 7—89）的承载力表，并且多数勘察单位是以原规范中的地基承载力标准值为基础，结合当地经验综合确定地基承载力特征值。

其实，桂林岩溶区以原规范中的地基承载力标准值，作为基础确定地基承载力特征值，也是有道理的。根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002），地基承载力特征值实质上就是强度条件下的地基容许承载力，而在原《建筑地基基础设计规范》（GBJ 7—89）中的地基承载力标准值也是强度条件下的地基容许承载力，在机理上是一致的^[28]。

桂林岩溶区岩、土的地基承载力特征值常用表2.3至表2.7来确定（参考或引自原《建筑地基基础设计规范》（GBJ 7—89））。但当根据室内物理、力学指标平均值查表2.4和表2.5来确定地基承载力时，应按原《建筑地基基础设计规范》（GBJ 7—89）确定回归氏高修正系数，然后将承载力基本值乘以回归修正系数得到承载力特征值f_ak。

表2.3 碎石土承载力特征值f _ak（kPa）Table 2.3 Characteristic values f_ak of bearing capacity for gravel soil（kPa）

表2.4 粉土承载力基本值（kPa）Table 2.4 Basic values of bearing capac tiy for silt（kPa）

表2.5 粘性土承载力基本值（kPa）Table 2.5 Basic values of bearing capacity for clayey soil（kPa）

表2.6 砂土承载力特征值f_ak（kPa）Table 2.6 Characteristic values f_ak of bearing capacity for sand soil（kPa）

表2.7 粘性土承载力特征值f_akTable 2.7 characteristic values f_ak of bearing capacity for clayey soil

运用表2.3时，需注意以下两点：

（1）表中数值适用于骨架颗粒空隙全部由中砂、粗砂或硬塑、坚硬状态的粘性土（或稍湿的粉土）所充填；

（2）当粗颗粒为中等风化或强风化时，可按其风化程度适当降低承载力。当颗粒呈半胶结状时，可适当提高承载力。

在运用表2.4和表2.5时，需要注意以下几点：

（1）首先根据室内物理、力学指标平均值，按表2.4或表2.5确定地基承载力基本值，然后将得到的地基承载力基本值乘以回归修正系数ψ_f，便得到地基承载力特征值。回归修正系数ψ_f，可以按原《建筑地基基础设计规范》（GBJ 7—89）附录五确定。

（2）有括号者仅供内插用。

（3）折算系数ξ为0.1。

2.2.1.3　根据地基承载力理论公式确定

2.2.1.3.1　公式计算法确定地基承载力

地基承载力理论公式是在一定的假定条件下通过弹性理论或弹塑性理论导出的解析解，包括地基临塑荷载p_cr公式、临界荷载p_1/4公式、太沙基公式、斯肯普顿和汉森公式等。但工程勘察中较适用的还是《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）中所规定的公式，即：当偏心距e小于或等于0.033倍基础底面宽度时，由地基土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值，采用下列计算公式，并应满足变形要求：

f_a = M _bγb+ M _dγ_m d + M _cc_k 　　　　　　　（2.1）

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《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）确定；

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

c_k——基底下1倍基础短边宽深度内土的黏聚力标准值；

γ_m——基础底面以上土的加权平均重度，地下水水位以下取浮重度；

d——基础埋置深度。

2.2.1.3.2　地基承载力特征值修正

当基础宽度大于3 m 或埋置深度大于0.5 m 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，尚应按下式修正：

f_a =f_ak ＋η_bγ（b-3）＋η_dγ_m（d -0.5） 　　　（2.2）

式中：f_a——修正后的地基承载力特征值；

f_ak——地基承载力特征值；按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）原则确定；

η_b、η_d——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数；按基底下土的类别查《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）取值；

γ——基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；

b——基础底面宽度，当基础宽度小于3 m 时，按3 m取值，大于6 m 时，按6 m取值；

γ_m——基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；

d——基础埋置深度。

2.2.1.3.3　地基承载力理论公式应注意的几个方面

（1）理论计算公式适用于条形基础。这些计算公式是从平面问题的条形均布荷载情况下推导的，若将它近似地用于矩形基础，其结果略偏于安全。

（2）计算土中由自重产生的主应力时，假定土的侧压力系数K₀=1，这与土的实际情况不符，但这样可使计算公式简化。

（3）在计算临界荷载时，土中已出现塑性区，但这时仍按弹性理论计算土中应力，这在理论上是相互矛盾的，其所引起的误差随着塑性区范围的扩大而扩大。

2.2.1.4　单桩竖向承载力特征值的估算

桩基的单桩竖向承载力应根据桩型、场地地质条件和试桩资料综合确定，对地质条件复杂、缺乏同类型试桩资料和一级建筑的桩基工程，应通过现场的静载荷试验确定。

初步设计时，单桩竖向承载力特征值一般根据下式估算：

桂林岩溶区岩土工程理论与实践

式中：R _a——单桩竖向承载力特征值（kN）;

q_sia——第i层岩土桩侧阻力特征值（kPa）;

q_pa——桩端阻力特征值（kPa）;

A_p——桩端横截面积（m²）;

u_p——桩身周长（m）;

li——桩身穿过第i层岩土的厚度（m）。

2.2.2　几种主要第四纪地层地基承载力的确定

地基承载力确定是岩土工程勘察的重要内容之一。桂林岩溶区的地基组成，岩石地基主要为石灰岩，而土层地基主要为粘土、粉质粘土、粉土以及漓江阶地形成的砂、砾石、卵石等。当地已有相对成熟的地基承载力确定方法，但对于以下几种岩（土）层地基承载力的确定有待于进一步探讨和完善。

2.2.2.1　粘性土、粉土的地基承载力

桂林岩溶地基中，广泛地分布有粘土、粉质粘土以及漓江冲积阶地中的粉土，对这些地基土承载力的确定，一般有载荷试验、野外原位测试查表、室内土工试验结果查表、抗剪强度理论计算、当地经验等等。但在桂林地区，这几种方法确定的地基承载力有时差别较大，相关内容在本章的第2.3节中，进行了详细的分析，由其分析结果的表2.10可知，由不同方法确定的地基承载力差别较大，尤其是根据抗剪强度理论计算的结果，与野外原位测试查表、室内土工试验结果查表的相差很大。值得一提的是粉土，由于其内摩擦角较高，依据规范理论计算得到的地基承载力很高，但据野外标贯试验查表得到的地基承载力却较低，两者相差很大，此外，漓江阶地中的粉、细砂也存在类似的情况。为此，如果有条件的话，在岩土工程勘察中建议多进行载荷试验，并与多种方法进行综合对比，以取得相对可靠的地基承载力值。

2.2.2.2　砂类土的地基承载力

桂林岩溶区砂类土及卵石地基，主要分布在漓江一级阶地，各种粒径组成的砂类均有分布。厚度一般为数十厘米至数米，多见粉细砂，为浅褐色—黄褐色，主要矿物成分为石英，含少量云母碎片，其颗粒形状呈不规则形—亚圆形，级配往往不良，且有时含有10％～30％的粘粒。湿—饱和，多为松散状态—稍密状态，由于堆积时间较短以及上覆土层厚度不大，受自重压实程度相对较低，因此，区域内较少见中密—密实状态的砂类土。

在工程实践中，砂土地基承载力特征确定，目前多采用标准贯入试验和重型动力触探试验结果查表确定，在桂林地区，因缺少砂类土的载荷试验成果资料，更多的是依赖标准贯入试验结果查表。该层砂土有一个重要的特点是，其原位标准贯入试验N 值往往不大，粉、细砂的标准贯入试验锤击数往往只有3～5击/30 cm。若完全以查表确定其地基承载力特征值，会得出很低的地基承载力特征值，只有40～70 kPa左右，但根据当地的已有的岩土工程经验，该层的地基承载力特征值可以达到100 kPa甚至更高，主要是考虑了该层在建筑物荷载的作用下，其孔隙迅速减小，沉降能够较快完成，承载能力得以提高的缘故。总体来说，漓江一级阶地粉细砂的地基承载力特征值应该为80～120kPa。

2.2.2.3　混合土地基承载力

在桂林市的东部，例如三里店一带，常分布有含卵石粘土或含卵石粉质粘土，又称为混合土，该层土呈硬塑或坚硬状态，其组成中一般含有10％～40％的强风化或中风化卵石，卵石成分多为砂岩、粉砂岩。该层土的成因一直存在争议，有的认为是冲、洪积，有的认为是第四纪冰积物，也有干脆称为“不明成因堆积物”。至于它的成因，对地基承载力确定的影响可能不是太大，问题的关键是采用何种方法确定其地基承载力才是合理的，因为它既不能按粘性土来确定，也不能按卵石来确定。由于土中含有大量的卵石，采取土样进行室内土工试验以及现场标准贯入试验都很困难，且试验结果的可靠性也不高，尤其是室内剪切试验和压缩试验会受到很大影响，又如进行标贯试验时若遇上粒径大一点的中风化卵石，标贯锤击数就失真，有时还会损坏贯入器靴；若采用动力触探试验，由于试验对象是含卵石粘性土，不属于卵石，有关的手册中只有用动探试验结果查卵石、碎石或粘性土的承载力表，而用其表来查含卵石粘性土的地基承载力是否妥当，值得商榷和探讨！对于该层土的地基承载力和压缩模量确定，目前大部分技术人员这样处理：根据同样稠度状态的土的地基承载力和压缩模量，考虑到含有卵石，适当予以提高，至于提高多少，就只能凭个人经验，并没有一个客观的标准。，对于该层地基承载力的确定，目前还只能是依据动力触探试验或标准贯入试验，并可在该层进行一些载荷试验或旁压试验，进行综合对比，以便将来能建立根据动力触探试验可查的——桂林市含卵石粘性土地基承载力表。

随着新的国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2002）颁布，在新规范中，各种据以可查的岩（土）层地基承载力表被取消，只提供地基承载力确定的基本方法和原则，这主要是考虑到全国各地地基岩（土）层的成因、成分、结构、形成年代存在差异，尤其是一些特殊性土，如果用同一种标准指标来查表确定其承载力欠妥当。目前，在桂林市的岩土工程勘察中，载荷试验、静力触探试验、旁压试验、原位十字板剪切试验等资料数据还很少，如条件许可的话，以后应多进行这方面的试验，并与现有常用的标准贯入试验、动力触探试验、室内土工试验结果进行对比和分析，以取得相对可靠的地基承载力值，提出适合桂林岩溶地基承载力的确定原则、方法手段、据以可查的地基承载力表，为下一步制定地方建筑地基基础设计规范提供科学依据。

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