基底附加应力计算中相关参数的取值问题探讨

曹建勇

(四川省地矿局404地质队, 四川西昌 615000)

基底附加应力计算中相关参数的取值问题探讨

曹建勇

(四川省地矿局404地质队, 四川西昌 615000)

勘察设计工作中，常需进行附加应力的计算，以便进行地基沉降量估算、软弱下卧土层承载力验算等。然而，现有规范、教材、手册、文献等，对基底附加应力的概念定义并不很统一，GB 5007-2011《建筑地基基础设计规范》对基底处附加应力计算中相关参数的取值并无具体条文解释和说明，给广大岩土工程技术人员在实际生产工作中造成了困扰。文章根据基底附加应力的术语定义和相关行业规范条文规定，对基底附加应力计算中相关参数的取值问题进行了探讨，提出对基底附加应力计算中相关参数的取值，当规范有具体条文规定时，应严格按规范条文取值；当规范无条文明确时，则应按相关参数的术语定义和工程设防中的不利原则进行取值。

基底； 自重应力； 附加应力； 术语定义； 规范规定

勘察设计工作中，常需进行附加应力的计算，以便进行地基沉降量估算、软弱下卧土层承载力验算等。然而，现有规范、教材、手册、文献等，对基底附加应力的概念定义并不很统一，GB 5007-2011《建筑地基基础设计规范》(以下简称《地基基础规范》)对基底处附加应力计算中相关参数的取值并无具体条文解释和说明，给广大岩土工程技术人员在实际生产工作中造成了困扰。本文根据基底附加应力的术语定义和相关行业规范条文规定，对基底附加应力计算中相关参数的取值问题进行了探讨，以此与广大岩土工程技术人员共勉。

1 沉降量计算时相关参数取值探讨

《地基基础规范》5.3.5条：计算地基变形时，地基内应力分布，可采用各向同性均质线性变形体理论。其最终变形量可按下式进行计算：

式中：P0为相应于作用的准永久组合时基础底面处的附加应力。

对上述公式，《地基基础规范》并未就附加应力P0进行概念定义，也未对具体计算方法进行条文说明。这种情况，工作中应严格按照相关参数的术语定义进行附加应力P0的准确计算。在基础顶面准永久组合荷载F已确定，则P0应按下述方法进行计算：

P0=P-γh

式中：

式中：G按文献[1]为基础及其上土的总重力，kN，G=γGAd,基础埋深d必须从设计地面或室内外平均设计地面算起。

但在计算P0=P-γh中γh时，《地基基础规范》并未交代清楚，当设计地面与原天然地面标高不一致、涉及挖填方等时常给广大工程技术人员带来困扰，此时就应根据术语定义进行计算。

对γh的定义，文献[1]定义为“基底处建造前土中自重应力”，并明确γh从天然地面算起；文献[2]定义为“基础底面处土的自重应力”。

对基底附加应力P0的定义，文献[1]定义为“基底压力与基础底面处土的自重应力之差”；文献[2]定义为“基底压力减去底面处的自重应力”；文献[3]定义为“地基中应力发生改变的部份称为附加应力”；文献[4]定义为“在土中产生的应力增量称为附加应力”。

虽然各文献对γh和附加应力的定义用词用语不相同，但总体概念为附加应力为增加的部份才是附加应力。此时针对如下四种情况根据术语进行基底附加应力计算。

1.1 第一种情况

如图1所示，设计室外地面与原天然地面标高相同。

图1 设计地面与天然地面标高相同

第一种情况计算无争议。基础及其上土重力计算G=γGAd中d按图1中d计取。基底附加应力计算公式P0=P-γh中h取图中d值，相应γ取d内各层土的厚度加权平均重度值。

1.2 第二种情况

如图2所示，设计室外地面高于原天然地面标高。

图2 设计地面高于天然地面标高

第二种情况，《地基基础规范》中未具体规定和说明，则应根据术语的定义计算。基础及其上土重力计算G=γGAd中d按图2中d1计取。基底附加应力计算公式P0=P-γh中h应取图2中d2值，相应γ取d2内土的厚度加权平均重度值。

1.3 第三种情况

如图3所示，室内、外地面标高不相同。

图3 室内外地面标高不相同

第三种情况，《地基基础规范》中也无具体取值说明，也应根据术语的定义计算。在基础及其上土重力计算G=γGAd中，文献[1]指出d按图3中1/2(d1+d2)计取，笔者认为教材不是规范，从安全设防角度d应按图3中d1取值，因为规范并没有说必须要按1/2(d1+d2)。基底附加应力计算公式P0=P-γh中h应取至原天然地面。

1.4 第四种情况

如图4所示，大面积挖方整平场地，设计地面高于挖方整平地面。

图4 大面积挖方整平场地

第四种情况，应根据术语的定义取值，并应充分考虑大面积挖方整平后地基土发生回弹卸荷的因素，基础及其上土重力计算G=γGAd中d按图4中d1计取。基底附加应力计算公式P0=P-γh中h应取图4中d2值，即计取至挖方整平后地面标高，以有利于安全设防又不违反规范规定。

2 软卧层验算时相关参数取值探讨

《地基基础规范》5.2.7条：当地基受力层范围内存在软弱下卧层时，应按下式验算软弱下卧层的地基承载力：

PZ+PCZ≤faz

式中：PZ为相应于作用的标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加应力；PCZ为软弱下卧层顶面处土的自重应力。

对条形基础和矩形基础，上式中PZ可按下列公式简化计算：

条形基础：

矩形基础：

应注意的是，此两式中pc为基础底面处土的自重应力，地基基础规范中也未给予条文解释说明。作者认为，此处两式中Pc=γh，相应γ和h也应按前述1款的四种情况分别取值。

3 行业规范相关参数取值问题探讨

JTGD 63-2007《公路桥涵地基与基础设计规范》4.3.4条：墩台基础的最终沉降量，可按下式计算：

P0=P-γh

J 464-2005《铁路桥涵地基与基础设计规范》: 基础由于其底面以下受压土层Zn压缩产生的总沉降量S可按下式计算：

σz(0)=σh-γh

JTGD 63-2007《公路桥涵地基与基础设计规范》和J 464-2005《铁路桥涵地基与基础设计规范》两个规范对墩台基底面以上土的自重应力γh计算时，对基础底面埋深h取值有明确规定：当基础受水流冲刷时，从一般冲刷线算起；当不受水流冲刷时，从天然地面算起；如位于挖方内，则由开挖后地面算起。另外这两个规范对基底压力的取值也有专门规定。

DL/T 5395-2007《碾压式土石坝设计规范》附录G.2.2也对坝基土体自重应力和坝体荷载引起的附加应力计算有详细规定。

像这类行业规范有明确规定的，则应按行业规范的具体条文规定进行相关参数的取值。

4 结论

基底附加应力计算中相关参数的取值问题，不仅仅是个当前学术界认识不很统一的学术问题，它还涉及到建筑工程地基与基础的选择，不仅与安全设计有关，并直接影响到工程造价，出了工程事故它还是个法律问题。综上所述，笔者对基底附加应力计算中相关参数的取值，认为当规范有具体条文规定时，应严格按规范条文取值；当规范无条文明确时，则应按相关参数的术语定义和工程设防中的不利原则进行取值。

[1] 东南大学， 浙江大学， 湖南大学， 等. 土力学[M]. 2版.北京：中国建筑工业出版社，2005.

[2] 周景星，李广信，虞石民.基础工程[M]. 2版..北京：中国建筑工业出版社，2005.

[3] 龚晓南， 刘松玉， 李广信, 等. 土力学[M]. 北京：清华大学出版社，2007.

[4] 工程地质手册[M]. 4版. 北京：中国建筑工业出版社，2007.

[定稿日期]2017-07-24

曹建勇(1972～),男，大学本科,工程师，主要从事岩土工程勘察设计工作。

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