巖體地基承載力確定方法應(yīng)用對(duì)比研究

完顏亞飛

【摘 要】：巖石地基承載力的確定方法國(guó)內(nèi)外差異較大，缺乏普遍統(tǒng)一（通用）的標(biāo)準(zhǔn)。本文總結(jié)了巖體地基常用的確定方法，即原位試驗(yàn)法、地基規(guī)范查表法、理論公式計(jì)算法。側(cè)重于實(shí)際應(yīng)用，便于工程設(shè)計(jì)人員結(jié)合工程基本條件及工程要求提供合理的巖體地基承載力值。

【關(guān)鍵詞】：巖體地基承載力；載荷試驗(yàn)；理論公式

【前言】：地基承受荷載的能力稱為地基的承載力。地基承載力通常區(qū)分為兩種承載力，一種稱為極限承載力，它是指地基即將喪失穩(wěn)定性時(shí)的承載力。另一種稱為容許承載力，它是指地基穩(wěn)定有足夠的安全度并且變形控制在建筑物容許范圍內(nèi)時(shí)的承載力。影響地基承載力的因素很多，除地基巖土體的性質(zhì)外，還與基礎(chǔ)的埋置深度、寬度、形狀有關(guān)。容許承載力則還與建筑物的結(jié)構(gòu)特性有關(guān)。

地基的容許承載力有基本值（f_0）、標(biāo)準(zhǔn)值（f_k）和設(shè)計(jì)值（f）之分。基本值是指有關(guān)規(guī)范規(guī)定的特定基礎(chǔ)深度和埋深的地基承載力；標(biāo)準(zhǔn)值是按標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法確定并經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理后的承載力值，標(biāo)準(zhǔn)值也稱為特征值；設(shè)計(jì)值是在標(biāo)準(zhǔn)值的基礎(chǔ)上按基礎(chǔ)埋置深度和寬度修正后的地基承載力值或按理論公式計(jì)算到的承載力值。

地基承載力的確定一般有三種途徑，分別為原位試驗(yàn)法、地基相關(guān)規(guī)范查表法、理論公式計(jì)算法。

、原位試驗(yàn)法

原位實(shí)驗(yàn)法獲得巖體地基承載力特征值通常通過平板載荷試驗(yàn)（PLT）確定。平板載荷試驗(yàn)（PLT）是在一定面積的剛性承壓板上加荷，通過承壓板向地基逐級(jí)加荷，測(cè)定地基的壓力與變形特性的原位測(cè)試方法。它反映承壓板下1.5～2.0倍承壓板直徑或?qū)挾确秶鷥?nèi)，地基強(qiáng)度、變形的綜合性狀。

《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）規(guī)定，載荷試驗(yàn)應(yīng)布置在有代表性的地點(diǎn)，每個(gè)場(chǎng)地不宜小于3個(gè)點(diǎn)，當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)巖土體不均勻時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加試驗(yàn)點(diǎn)。

通過載荷試驗(yàn)測(cè)得壓力-沉降（P-S）曲線，P-S曲線上起始直線段的終點(diǎn)為比例界限（即臨塑荷載），符合終止加載條件的前一級(jí)荷載為極限荷載。將極限荷載除以安全系數(shù)（一般取3），所得值與對(duì)應(yīng)于比例界限的荷載相比較，取小值。巖體地基承載力不進(jìn)行深寬修正。

公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范

根據(jù)《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 JTG D63-2007》，一般巖石地基可根據(jù)強(qiáng)度等級(jí)、節(jié)理發(fā)育情況確定承載力基本容許值，對(duì)于復(fù)雜的巖層（如溶洞、斷層、軟弱夾層、易溶巖石、軟化巖石等）應(yīng)按各項(xiàng)因素綜合確定。巖體地基承載力基本值（f_k/kPa）經(jīng)驗(yàn)取值范圍如下表：

建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（GBJ-89）》主要結(jié)合巖體的風(fēng)化程度與堅(jiān)硬程度進(jìn)行建議，所推薦的地基巖體承載力標(biāo)準(zhǔn)值（f_k/kPa）見下表：

水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范

根據(jù)《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范 GB50287-2006》，壩基巖體允許承載力宜根據(jù)巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度，結(jié)合巖體結(jié)構(gòu)、裂隙發(fā)育程度，做相應(yīng)折減后確定地質(zhì)建議值。巖體承載力估算可參照壩基巖體容許承載力經(jīng)驗(yàn)取值表格，見下表：

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50007-2002》，對(duì)完整、較完整和較破碎的巖石地基承載力特征值，可根據(jù)室內(nèi)飽和單軸抗壓強(qiáng)度按下式計(jì)算：f_a=φ_r?f_rk

式中：f_a為巖石地基承載力特征值，f_rk為飽和單軸抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，φ_r為折減系數(shù)。根據(jù)巖體完整程度以及結(jié)構(gòu)面的間距、寬度、產(chǎn)狀和組合，由地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定。無經(jīng)驗(yàn)時(shí)，對(duì)完整巖體可取0.5；對(duì)較完整巖體可取0.2～0.5；對(duì)較破碎巖體可取0.1～0.2。

加拿大基礎(chǔ)工程手冊(cè)

加拿大基礎(chǔ)工程手冊(cè)規(guī)定結(jié)構(gòu)面間距大于0.3m的巖體為完整巖體。針對(duì)完整巖體，當(dāng)結(jié)構(gòu)面是閉合并且產(chǎn)狀是有利的情況時(shí)（比如層面垂直于基礎(chǔ)底面，結(jié)構(gòu)面沒有張開等），巖體基礎(chǔ)的力學(xué)性能一般是超過設(shè)計(jì)要求的。在這種條件下，容許承載力可以通過以下的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系估算：q_a=k_sp×q_u 式中，q_a 為設(shè)計(jì)容許承載力；q_u為巖石無側(cè)限抗壓強(qiáng)度；k_sp為包含了安全系數(shù)為3的經(jīng)驗(yàn)折減系數(shù)，一般取值范圍0.1～0.4，具體取值參考下表：

如果巖石材料非常差，比如結(jié)構(gòu)面（節(jié)理）非常發(fā)育、巖體非常破碎或者全強(qiáng)風(fēng)化，通常的做法是將巖體視為土體考慮，按常規(guī)土力學(xué)的理論設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，進(jìn)行承載力計(jì)算。

巖石地基工程設(shè)計(jì)手冊(cè)（USACE）

美標(biāo)巖體承載力計(jì)算方法基于極限平衡理論，適用于結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)直接坐落于巖體上或淺基礎(chǔ)（基礎(chǔ)埋深小于四倍的基礎(chǔ)寬度）。

首先應(yīng)根據(jù)地基的巖體條件判斷地基可能的破壞模式，巖體條件一般分為四種類型，分別為完整巖體、節(jié)理巖體、互層巖體、破碎巖體。根據(jù)巖體條件具體細(xì)分為九種破壞模式，對(duì)應(yīng)相應(yīng)的計(jì)算公式。

結(jié)論

巖基在荷載作用下其變形量的大小或破壞的方式受巖體自身結(jié)構(gòu)條件、力學(xué)性質(zhì)及受力情況等多方面因素制約。所以，針對(duì)不同的地質(zhì)條件確定地基巖體承載力的方法也有所不同。

巖體地基的基本特點(diǎn)是強(qiáng)度高、抗變形能力強(qiáng)，由于巖體中存在著各種結(jié)構(gòu)面，導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的不均一。巖基的變形不僅由巖體的彈性變形和塑形變形引起，而且還會(huì)沿某些結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切破壞而引起較大的基礎(chǔ)沉降和基礎(chǔ)滑移。

美標(biāo)規(guī)范中巖體地基容許承載力計(jì)算方法相對(duì)繁瑣，并應(yīng)注意其適用條件，計(jì)算結(jié)果一般高于國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系取值，當(dāng)安全系數(shù)取值為4時(shí)，與國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系取值結(jié)果相當(dāng)。

由于國(guó)內(nèi)巖體地基承載力經(jīng)驗(yàn)關(guān)系取值方法尚未在國(guó)際上充分推廣認(rèn)可，而美標(biāo)規(guī)范在國(guó)際上權(quán)威性較高，在不具備進(jìn)行載荷試驗(yàn)等現(xiàn)場(chǎng)原位試驗(yàn)的情況下，可根據(jù)美標(biāo)規(guī)范中巖體地基承載力計(jì)算方法確定巖體地基承載力。

【參考文獻(xiàn)】：

《巖體力學(xué)》（劉佑榮等，1999）；

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ-89、GB50007-2002）；

《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）；

《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63-2007）；

《水力發(fā)電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（GB50287-2006）；

《加拿大基礎(chǔ)工程手冊(cè)》（2006）；

《巖石地基工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》（USACE 1994）。endprint