[分享]邱博士:你必须知道的地基承载力特征值历史沿袭

作者:北岛Land‖ 时间: 2018-09-04 00:00 阅读:
声明:本文纯属作者个人技术观点,与其他单位无关。
作者简介:邱明兵
《建筑桩基技术规范》JGJ 94-2008编委
《建筑桩基技术规范应用手册》2010年,第三作者
《建筑地基沉降控制与工程实例》2011年
《建筑结构震害机理与概念设计 》2011年
国家一级注册结构工程师(2003年)
注册土木工程师(岩土)(2005年)
高级工程师
中国土木工程学会土力学及岩土工程分会桩基础学术委员会委员
中国工程建设标准化协会地基基础专业委员会委员
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有群友问起:卵石有没有深宽修正系数?
这个问题很神奇。其实他稍微翻翻规范,就能找得到。
再者,如果稍微了解一些地基承载力特征来源,就能知道“有没有”。
我反复强调,概念为先,机理为本。在工程实践和科研的历史进程中,了解这些概念的演化,很有必要。

当前,地基承载力特征值fak及其修正值fa是绝大多数工程师进行地基基础设计的核心参数,因此有必要了解其历史发展渊源,以便能合理使用。
上世纪50年代,实业凋敝,百废待兴,新中国需要大量工程建设。为了正确指导工业与民用建筑的建设,1954 年12 月,我国翻译引进第一本前苏联地基规范НиТу6248,仅限于内部发行,命名为《天然地基设计暂行规范》(规结7 - 54) ,该规范的重点是:“地基土受到的压力不应超过地基土的容许承载力(大致相当于今天的“地基土承载力特征值fak”)”,并明确指出:当“基础宽度0.6~1.0m,基础埋深2.0m”时,可查表得到容许承载力,同时给出了岩石、强风化岩石、大块碎石、砂土和第四系粘土的承载力表格。其中砂土根据湿度和密实度给出承载力,粘土根据孔隙比和稠度给出承载力。当基础宽度大于1.0m , 基础埋深大于2.0m或小于2.0m时应进行深宽修正。第一本引进的地基规范奠定了“以地基土承载力控制”的设计思想,对我们各类工程中地基的设计产生了深远的影响。
1955 年前苏联发布《房屋与工业结构物天然地基设计标准与技术规范》( НиТу127255)。1956 年12 月,我国建委建议审慎推广。这里略作介绍。该规范的变化可用以下两方面概括:
1)在地基土承载力方面。将原来的“承载力”改为地基土的“计算强度表”,并对数据进行了调整。此外还规定了用土的抗剪强度指标c、φ计算临塑荷载PB/4 (中心荷载) 或PB/3 (偏心荷载) 的公式;
2)在地基土沉降变形方面。第一次提出:地基应按沉降变形控制设计。在此基础上,将地基土竖向变形分为固结沉降和地基失稳陷落,并且提出了相应控制指标:绝对下沉、平均下沉、纵倾和横倾、相对弯曲。为了能计算出地基土的沉降,又规定了土的压缩模量宜由浅层、深层载荷试验确定;同时根据工程实测和建筑病害调查结果,规定了各种房屋和结构物地基沉降变形限值;为了方便工程师设计减少工作量,规定了可不进沉降变形计算的条件。计算方法采用了工程师熟悉的分层总和法,同时还提出“必要时考虑地基、基础和上部结构协同作用”。
由于这本前苏联规范未作为我国“正式规范”,推广时指出“设计时要具体问题具体分析”,推广时间又与规结7 – 54重合,并且我国工程设计的“优良传统”是:凡是规范规定的,不管对错一律执行;凡是规范没有规定的,一律不执行。因此尽管这本规范质量极高,但在我国影响力也远不如规结7 – 54。而以“地基沉降变形控制”的设计思想被埋没,以“地基承载力控制”的设计思想则继续发展。
1962 年前苏联发布了《建筑法规》, 其中第二卷第二篇第一章为《房屋及建筑物地基设计标准》(СНиПⅡ2Ь11 - 62), 与НиТу127255 比, 没有大的原则性变化。
1974 年,《工业与民用建筑地基基础设计规范》(试行,TJ 7274) 发布,这是我国第一本地基基础设计规范。无需否认的是,该规范在章节编排、承载力计算、沉降变形计算等方面吸收前苏联规范经验,并根据当时我国实情增加了“基础设计”一章,由此也将规范命名为“地基基础”。事实上,由于“地基土”和“混凝土”特性的巨大差异,世界上多数国家都将“基础或承台设计”作为结构构件列入“混凝土规范”范畴,我国路桥领域也是如此,目前的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004即包含了桩承台的设计内容。
此外,毋庸置疑的是,在岩土工程领域,TJ 7274在两方面做了大量奠基性的工作,开创了我国地基设计的新纪元。并为此后20多年的地基设计做出了巨大贡献。
1)在地基承载力方面。中国建筑科学院地基基础研究所在全国众多勘察设计单位的参与协助下,全面总结50~70年代初大量厂房和多层砖混结构的地基设计经验,建立了13张地基容许承载力表:
(1) 根据类别和风化程度确定岩石承载力;
(2) 根据密实度确定碎石土承载力;
(3) 根据密实度确定砂土承载力;
(4) 根据含水比确定老粘性土承载力;
(5) 根据物理性指标(孔隙比、液性指数) 确定一般粘性土承载力;
(6) 根据含水量确定沿海淤泥和淤泥质土承载力;
(7) 根据含水比确定红粘土承载力;
(8) 根据压缩模量确定粘性素填土承载力;
(9) 根据标准贯入锤击数确定砂土承载力;
(10) 根据标准贯入锤击数确定老粘性土和一般粘性土承载力;
(11) 根据轻便触探锤击数确定一般粘性土承载力;
(12) 根据轻便触探锤击数确定粘性素填土承载力;
(13) 根据物理性指标确定新近沉积粘性土承载力。
2)在地基沉降变形方面。收集了大量工业与民用建筑物沉降观测资料,在详细分析其病害原因的基础上,提出了“地基沉降变形限值”表格,成为地基设计的重要指标。
1989 年,《建筑地基基础设计规范》(GBJ 7-89)修订发布,在地基承载力方面,规范组认为“鉴于我国幅员辽阔,同类土性质随地区差异较大,仅通过搜集几十份或百余份载荷试验资料来包络全国是不现实的。因此,各地在使用这类表时,应取慎重态度。最好在本地区进行若干试验验证,取得经验后再行使用。且这类表仅限于一般建筑,对于重要的一级建筑物必须进行载荷试验”。将承载力表从正文移至附录。在地基沉降变形方面,继续收集沉降观测资料,对分层总和法进行改进,并对沉降经验系数做了进一步调整。
2002年,《建筑地基基础设计规范》(GBJ 50007-2002)修订发布,在地基承载力方面,该规范取消了附录中的用土的物理性指标查地基承载力的表格;在地基沉降变形方面,继续收集沉降观测资料,改进分层总和法,调整沉降经验系数。
TJ 7274发布以来,随着工程建设大量开工,各种工程问题层出不穷,为了解决这些问题,规范体系继续发展。如:湿陷性黄土、膨胀土、冻土等特殊土质分列出相应规范;桩基、基坑、边坡、锚杆等特殊应用功能编列相应规范;在土质较差不适合建设的场地发展出了地基处理及刚性桩复合地基(CFG桩)并编列相应规范。
2011年,《建筑地基基础设计规范》(GBJ 50007-2011)修订发布。
从地基基础类规范的演化进程可以看出:
(1)规范是在随着工程实践在进步。这个工程实践是包含试验、理论、建设等,不单单是一个理论或者建设。
(2)规范是集体智慧的结晶,是专家的集体共识。这些共识禁不禁得住考验,靠实践。规范条文的每一次修编,都是慎重的,都被实践检验着,被实践修正着。规范本身是“活”的,并不是一成不变。
(3)规范条文是成体系的,这是一个系统,相互之间有内在联系。不能独立去理解和应用。这一点请读者务必重视。


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