一、起因

与钢、混凝土、砌体等材料相比,土属于大变形材料,当荷载增加时,随着地基变形的相应增长,地基承载力也在逐渐加大,很难界定出一个真正的“极限值”,而根据现有理论的、半理论半经验的或经验的承载力计算公式,可以得出不同的值。因此,地基极限承载力的确定,实际上没有一个可以通用的界定标准,也没有一个可以适用于一切土类的计算公式,主要依赖于根据工程经验所定下的界限和相应的安全系数加以调整,考虑一个满足工程要求的地基承载力值。它不仅与土质、土层埋藏顺序有关,而且与基础底面的形状、大小、埋深、上部结构对变形的适应程度、地下水位的升降、地区经验的差别等等有关,不能作为土的工程特性指标。
另一方面,建筑物的正常使用应满足其功能要求,常常是承载力还有潜力可挖,而变形已达到或超过正常使用的限值,也就是由变形控制了承载力。以往的工程实践证明,绝大多数地基事故皆由地基变形过大且不均匀造成。
因此,根据传统习惯,地基设计所选用的承载力通常是在保证地基稳定的前提下,使建筑物的变形不超过其允许值的地基承载力,即允许承载力,其安全系数已包括在内。无论对于天然地基或桩基础的设计,原则上均是如此。
随着《建筑结构设计统一标准》(ＧＢＪ68—84)的施行,要求抗力计算按承载能力极限状态,采用相应于极限值的“标准值”,并将过去的总安全系数一分为二,由荷载分项系数和抗力分项系数分担,这给传统上根据经验积累、采用允许值的地基设计带来了困扰。
《建筑地基基础设计规范》(ＧＢＪ7—89)以承载力的允许值作为标准值,以深宽修正后的承载力值作为设计值,引起的问题是,抗力的设计值大于标准值,与《建筑结构可靠度设计统一标准》(ＧＢ50068—2001)的规定不符,因此《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》(ＤＢＪ01—501—92)对于地基抗力只用“标准值”,没有“设计值”一词。但实际上“设计值”的含义用法并没有错,问题在于标准值要求对应的是极限值。因此《港工地基规范》(ＪＴＪ219)将地基承载力表改称为“设计值”,而非“标准值”。
《建筑桩基技术规范》(ＪＧＪ94—94)采用以标准值表示单桩极限承载力,承载力表为桩的极限端阻或侧阻的标准值。但勘察人员常常忽略了“极限”二字,于是提供的勘察报告上,地基承载力是标准值,桩的侧阻、端阻也是标准值,这样认真的设计人员就要问:这“标准值”指的是“允许值”还是“极限值”?是已除以2还是需再除以1 6?而仔细的勘察人员也会问:设计院要求的承载力,是否已考虑了荷载放大?
为了避免差错、理顺关系,这次规范修订决定在这方面有所改进。

二、对策

《建筑结构可靠度设计统一标准》(ＧＢ50068—2001)鉴于地基设计的特殊性,已将上一版“应遵守本标准的规定”修改为“宜遵守本标准规定的原则”,并加强了对正常使用极限状态的研究。而《建筑结构荷载规范》(ＧＢ50009—2001)也完善了正常使用极限状态的表达式,认可了地基设计中承载力计算可采用正常使用极限状态荷载效应标准组合。
根据国外有关文献,相应于我国规范中“标准值”的含义可以有特征值、公称值、名义值、标定值等四种,在国际标准《结构可靠性总原则》ＩＳＯ2394中相应的术语直译应为“特征值”(ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｖａｌｕｅ),该值的确定可以是统计得出,也可以是传统经验值或某一物理量限定的值。
本次修订采用“特征值”一词,用以表示按正常使用极限状态计算时采用的地基承载力和单桩承载力的值,以避免过去一律提“标准值”时所带来的混淆。

三、应用

用作抗力指标的代表值有标准值和特征值。当确定岩土抗剪强度和岩石单轴抗压强度指标时用标准值;由载荷试验确定承载力时取特征值,载荷试验包括深层、浅层、岩基、单桩、锚杆等,见该规范的有关附录。
地基承载力特征值ｆａｋ是由载荷试验直接测定或由其与原位试验的相关关系间接推定和由此而累积的经验值。它相应于载荷试验时地基土压力 变形曲线上线性变形段内某一规定变形所对应的压力值,其最大值不应超过该压力 变形曲线上的比例界限值。
修正后的地基承载力特征值ｆａ是考虑了影响承载力的各项因素(例如基础的埋深和宽度、上部结构对变形的适应能力等等)后,最终采用的相应于正常使用极限状态下的设计值的地基允许承载力。
单桩承载力特征值Ｒａ是由载荷试验直接测定或由其与原位试验的相关关系间接推定和由此而累积的经验值。它相应于正常使用极限状态下允许采用的单桩承载力设计值。
当按地基承载力计算以确定基础底面积和埋深或按单桩承载力确定桩的数量时,传至基础或承台底面上的荷载效应应按正常使用极限状态采用标准组合,相应的抗力限值应采用修正后的地基承载力特征值或单桩承载力特征值。即:Ｓ≤Ｃ,Ｃ为抗力或变形的限值;ｐｋ≤ｆａ(地基);Ｑｋ≤Ｒａ(桩基)。此时特征值ｆａ,Ｒａ即为正常使用极限状态下的抗力设计值。
当根据材料性质确定基础或桩台的高度、支挡结构截面、计算基础或支挡结构内力、确定配筋和验算材料强度时,上部结构传来的荷载效应和相应的基底反力应按承载能力极限状态下荷载效应的基本组合,即γ0Ｓ≤Ｒ计算,此时,地基反力ｐ、桩顶下反力Ｎｉ和主动土压力Ｅａ等相应为荷载设计值,要采用相应的分项系数。四、结论按上述作法,分清了荷载与抗力这两条线,明确了两类极限状态的适用范围和表达式。概念清楚了,关系理顺了,对于勘察人员所提供的报告,若为“特征值”则为允许值,安全系数已包括在内;若为“标准值”,则为极限值,应考虑相应的抗力分项系数。这样,在设计中就可避免差错,不致造成危险或保守。