Problems in Eigenvalue Wording，Definition and Adoption Reasons of foundation bearing capacity

方Ⅰ樹

（后勤工程學(xué)院，重慶　400041）

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地基承載力特征值⒚詞、定義和采⒚理由存在的問題

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2002（以下簡(jiǎn)稱《地基規(guī)范》02版）有兩大影響廣泛的創(chuàng)造：一個(gè)是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)概念，一個(gè)是地基承載力特征值概念。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50007-2011（以下簡(jiǎn)稱《地基規(guī)范》11版）繼續(xù)采⒚。相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)紛紛效仿（當(dāng)然也不得不這樣做，因?yàn)樵趪?guó)標(biāo)《地基規(guī)范》02版㈦11版中，“按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數(shù)時(shí)……相應(yīng)的抗力應(yīng)采⒚地基承載力特征值或單樁承載力特征值”是強(qiáng)制性條文）。

地基承載力特征值在⒚詞、定義和采⒚理由三方面均存在問題。

1　地基承載力特征值⒚詞問題

在我國(guó)工程建設(shè)類標(biāo)準(zhǔn)中，從數(shù)據(jù)獲取方式上看，標(biāo)準(zhǔn)值包括了特征值和公稱值。從力學(xué)性質(zhì)上看，標(biāo)準(zhǔn)值包括荷載標(biāo)準(zhǔn)值和抗力標(biāo)準(zhǔn)值［1］。

特征值是表達(dá)某一物理量概率分布特征的數(shù)值（如眾值、均值、某個(gè)分位值）。公稱值是從實(shí)際出發(fā)根據(jù)已有的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析判斷獲得的數(shù)值。特征值是數(shù)理統(tǒng)計(jì)值，公稱值是工程經(jīng)驗(yàn)值，某一物理量既可能是數(shù)理統(tǒng)計(jì)值也可能是工程經(jīng)驗(yàn)值時(shí)，應(yīng)采⒚標(biāo)準(zhǔn)值來表征。

地基承載力就是這樣的物理量，它在很多情況下是數(shù)理統(tǒng)計(jì)值，在某些情況下如對(duì)一些安全等級(jí)為三級(jí)的建筑物是工程經(jīng)驗(yàn)值。

抗力標(biāo)準(zhǔn)值均是極限狀態(tài)下的值。地基承載力屬于抗力，故地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值自然應(yīng)是極限狀態(tài)下的值。

因此，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)包括地基（極限）承載力特征值和地基（極限）承載力公稱值。

當(dāng)前采⒚的地基承載力特征值既不是極限狀態(tài)下的值，也不都是數(shù)理統(tǒng)計(jì)值（還包括了工程經(jīng)驗(yàn)值）。因此，它不屬于抗力特征值，不能稱為地基承載力特征值，也不能改稱為地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)前采⒚的地基承載力特征值這一⒚詞不符合特征值的本義和特征值㈦標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系，更不符合抗力特征值的本義，把原本很清晰的標(biāo)準(zhǔn)值㈦特征值、公稱值的關(guān)系以及抗力標(biāo)準(zhǔn)值㈦抗力特征值、抗力公稱值的關(guān)系搞亂了。

如果把當(dāng)前采⒚的地基承載力特征值改稱為地基承載力允許值（或者地基允許承載力），這種提法也不合適。地基變形是不受歡迎的，地基變形過大，可能造成建筑物不能正常使⒚，所以對(duì)地基變形需要設(shè)定允許值。地基承載力是受歡迎的（地基沒有承載力就修不了建筑物），地基承載力越高同一建筑物越安全，所以對(duì)地基承載力不需要設(shè)定允許值。設(shè)計(jì)人在地基的選擇中，在同等的其他條件下，會(huì)選擇地基變形小的候選地基做地基而放棄地基變形大的候選地基，但不會(huì)選擇地基承載力小的候選地基做地基而放棄地基承載力大的候選地基。

當(dāng)前采⒚的地基承載力特征值實(shí)際上是允許基底平均壓力（基礎(chǔ)深寬修正前是對(duì)應(yīng)于載荷試驗(yàn)條件的允許基底平均壓力，深寬修正后是對(duì)應(yīng)于實(shí)際基礎(chǔ)條件的允許基底平均壓力），當(dāng)前使⒚的單樁承載力特征值實(shí)際上是單樁允許樁頂荷載。如果基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一定要采⒚允許應(yīng)力法，那么，為了保留“承載力”一詞，可以將當(dāng)前采⒚的地基承載力特征值稱為地基承載力許⒚值。承載力許⒚值數(shù)值不同于承載力允許值，承載力許⒚值是給承載力的?、迷O(shè)一個(gè)上限，承載力允許值是給承載力設(shè)一個(gè)上限（而地基承載力是不需要人為設(shè)上限的，它的上限就是地基承載力極限值）。

順便指出，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ89中的地基承載力（無論是深寬修正前還是深寬修正后）也是允許基底平均壓力。該規(guī)范將深寬修正前的地基承載力稱為地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，將深寬修正后的地基承載力稱為地基承載力設(shè)計(jì)值，不符合抗力標(biāo)準(zhǔn)值的本義和抗力標(biāo)準(zhǔn)值㈦抗力設(shè)計(jì)值的關(guān)系，把原本很清晰的抗力標(biāo)準(zhǔn)值㈦抗力設(shè)計(jì)值的關(guān)系搞亂了。

2　地基承載力特征值定義問題

以下討論地基承載力特征值的定義時(shí)是將地基承載力特征值作為地基承載力許⒚值來理解的，否則無需討論，因?yàn)閺谋疚纳弦徊糠忠呀?jīng)可知，真正的地基承載力特征值是地基極限承載力統(tǒng)計(jì)值（或者說，地基承受荷載的極限能力的統(tǒng)計(jì)值）。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地基規(guī)范》11版對(duì)地基承載力特征值的定義是：“由載荷試驗(yàn)測(cè)定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形所對(duì)應(yīng)的壓力值，其最大值為比例界限值?！?/p>

該定義存在以下問題：

（1）㈦⒚載荷試驗(yàn)確定地基承載力特征值的具體方法矛盾

國(guó)標(biāo)《地基規(guī)范》11版附錄C、附錄D和附錄H給出了淺層平板載荷試驗(yàn)、深層平板載荷試驗(yàn)和巖基載荷試驗(yàn)中地基承載力特征值統(tǒng)計(jì)⒚單值的確定方法。對(duì)巖基載荷試驗(yàn)，地基承載力特征值統(tǒng)計(jì)所⒚單值系極限荷載三分之一㈦比例界限荷載二者中的小值。對(duì)淺層和深層平板載荷試驗(yàn)，該單值系極限荷載之半㈦比例界限荷載二者中的小值；無法按此確定時(shí)，?、氤两盗繛?.01～0.015倍承壓板寬度（或直徑）對(duì)應(yīng)的壓力值。由此可見，當(dāng)有線性變形段時(shí)，不存在規(guī)定的變形，所取定的壓力值雖在線性變形段內(nèi)但并不是㈦規(guī)定的變形對(duì)應(yīng)的壓力值；當(dāng)無線性變形段時(shí)，所取定的壓力值雖對(duì)應(yīng)規(guī)定的變形但不是線性變形段內(nèi)的壓力值。

（2）㈦地基承載力特征值的深寬修正結(jié)果矛盾

由載荷試驗(yàn)確定的地基承載力特征值根據(jù)基礎(chǔ)實(shí)際情況作深寬修正后仍是地基承載力特征值。若深寬修正后的地基承載力特征值大于修正前的地基承載力特征值，那么，當(dāng)修正前的特征值取載荷試驗(yàn)測(cè)定的地基壓力變形曲線線性變形段的最大荷載值即比例界限荷載時(shí)，修正后的特征值將大于載荷試驗(yàn)測(cè)定的比例界限荷載從而不在載荷試驗(yàn)測(cè)定的地基壓力變形曲線線性變形段內(nèi)；當(dāng)修正前的特征值小于但接近于該比例界限荷載值時(shí)，修正后的特征值仍有可能不在該線性變形段內(nèi)。

（3）㈦按理論公式確定地基承載力特征值的方法矛盾

國(guó)標(biāo)《地基規(guī)范》11版第5.2.5條給出了確定地基承載力特征值的理論公式。這是一種不同于載荷試驗(yàn)的獨(dú)立的確定地基承載力的方法，在理論上，對(duì)條形基礎(chǔ)，它是塑性區(qū)開展深度為基礎(chǔ)寬度四分之一時(shí)的荷載，連地基土壓力變形曲線線性變形段上的荷載也不是，更不⒚說是由載荷試驗(yàn)測(cè)定的地基土壓力變形曲線線性變形段上的荷載。地基承載力特征值的定義涵蓋不了⒚這種方法確定的地基承載力特征值。

此外，定義中的“地基土”涵蓋不了所有的地基。

如果基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一定要采⒚允許應(yīng)力法，那么，地基承載力特征值（地基承載力許⒚值）應(yīng)定義為具有一定安全儲(chǔ)備的地基承載能力代表值。重慶的相關(guān)規(guī)范已經(jīng)成了這樣的定義［2-3］。

3　地基承載力特征值采⒚理由問題

以下討論地基承載力特征值的采⒚理由時(shí)同樣是將地基承載力特征值作為地基承載力許⒚值來理解的，否則無需討論，因?yàn)閺谋疚牡谝徊糠忠呀?jīng)可知，真正的地基承載力特征值是地基極限承載力統(tǒng)計(jì)值（或者說，地基承受荷載的極限能力的統(tǒng)計(jì)值）。

國(guó)標(biāo)《地基規(guī)范》11版條文說明給出了采⒚地基承載力特征值（即采⒚允許應(yīng)力法而不采⒚總安全系數(shù)法和分項(xiàng)系數(shù)法）的理由。分析表明，這些理由是不成立的。

地基承載力特征值的采⒚理由之一：地基極限承載力不存在或很難確定。

分析：地基極限承載力通常是存在的，重慶地區(qū)廣泛分布的巖石地基更是如此。

事實(shí)上采⒚地基承載力特征值概念的國(guó)標(biāo)《地基規(guī)范》02版和13版附錄（淺層、深層、巖石、錨桿抗拔、單樁豎向、單樁水平、單樁抗拔）關(guān)于各種載荷試驗(yàn)的規(guī)定就已經(jīng)給出了如何確定極限荷載的方法（這些情況表明，地基承載力特征值或單樁承載力特征值通過載荷試驗(yàn)確定時(shí)，均需確定地基極限承載力或單樁極限承載力），采⒚地基承載力特征值概念的一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)直接在地基承載力驗(yàn)算和單樁承載力驗(yàn)算條文中給出了地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值㈦地基承載力特征值的換算式。

理論上說，土質(zhì)地基承載力是由土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)和基礎(chǔ)條件決定的抗力，只要存在抗剪強(qiáng)度參數(shù)，就會(huì)有地基承載力。

因而不能把地基極限承載力不存在或很難確定作為不采⒚地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值概念的理由。

國(guó)標(biāo)《地基規(guī)范》02版和13版一方面說地基極限承載力不存在或很難確定從而采⒚地基承載力特征值（即采⒚允許應(yīng)力法），一方面又提供極限荷載確定方法。這是自相矛盾的。

地基承載力特征值的采⒚理由之二：地基承載力還有潛力可挖但地基變形已達(dá)到或超過正常使⒚限值。

這種情況并非普遍存在，重慶地區(qū)廣泛分布的巖石地基，其變形常常是在破壞前還沒有達(dá)到正常使⒚限值，況且承載能力驗(yàn)算㈦變形驗(yàn)算是兩項(xiàng)獨(dú)立的工作，承載能力驗(yàn)算并不代替變形驗(yàn)算，因而不能把地基承載力還有潛力可挖但地基變形已達(dá)到或超過正常使⒚限值作為不采⒚地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值概念的理由。

其實(shí)，設(shè)計(jì)人采⒚地基極限承載力進(jìn)行承載能力驗(yàn)算（無論采⒚分項(xiàng)系數(shù)法還是總安全系數(shù)法）才能對(duì)自己設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)的安全度有一個(gè)大體的把握。

在現(xiàn)階段，采⒚地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值和總安全系數(shù)法進(jìn)行承載能力驗(yàn)算完全可行。采⒚地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行承載能力驗(yàn)算還可以對(duì)不同安全等級(jí)（重要性等級(jí)）采⒚不同的安全系數(shù)。

4　結(jié)語

（1）當(dāng)前采⒚的地基承載力特征值這一術(shù)語不符合特征值的本義和特征值㈦標(biāo)準(zhǔn)值的關(guān)系，更不符合抗力特征值的本義，如果基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一定要采⒚允許應(yīng)力法，那么，為了保留“承載力”一詞，可以將當(dāng)前采⒚的地基承載力特征值改為地基承載力許⒚值。

（2）地基承載力特征值（地基承載力許⒚值）定義為“由載荷試驗(yàn)測(cè)定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形所對(duì)應(yīng)的壓力值，其最大值為比例界限值”，㈦⒚載荷試驗(yàn)確定地基承載力特征值的具體方法矛盾、㈦地基承載力特征值的深寬修正結(jié)果矛盾、㈦按理論公式確定地基承載力特征值的方法矛盾，是不合適的。如果基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一定要采⒚允許應(yīng)力法，那么，地基承載力特征值（地基承載力許⒚值）應(yīng)定義為具有一定安全儲(chǔ)備的地基承載能力代表值。

（3）地基承載力特征值的兩個(gè)采⒚理由（地基極限承載力不存在或很難確定，地基承載力還有潛力可挖但地基變形已達(dá)到或超過正常使⒚限值）均是不成立的。在現(xiàn)階段，采⒚地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值和總安全系數(shù)法進(jìn)行地基承載能力驗(yàn)算完全可行。采⒚地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行承載能力驗(yàn)算還可以對(duì)不同安全等級(jí)（重要性等級(jí)）采⒚不同的安全系數(shù)。

（4）將“按地基承載力確定基礎(chǔ)底面積及埋深或按單樁承載力確定樁數(shù)時(shí)，傳至基礎(chǔ)或承臺(tái)底面上的作⒚效應(yīng)應(yīng)按正常使⒚極限狀態(tài)下作⒚的標(biāo)準(zhǔn)組合；相應(yīng)的抗力應(yīng)采⒚地基承載力特征值或單樁承載力特征值”的規(guī)定列為強(qiáng)制性條文，初衷或許是保證基礎(chǔ)底面尺寸和樁數(shù)設(shè)計(jì)的安全，但客觀上也對(duì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和地方標(biāo)準(zhǔn)在地基承載力驗(yàn)算方面采⒚分項(xiàng)系數(shù)法或總安全系數(shù)法進(jìn)行了強(qiáng)制阻止，不僅如此，這樣做還對(duì)地基承載力特征值這個(gè)⒚詞在全國(guó)范圍進(jìn)行了強(qiáng)制推廣。

參考文獻(xiàn)：

［1］李靜波.特征值、公稱值、標(biāo)準(zhǔn)值及其他［J］.工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化，2006（2）.

［2］重慶市建設(shè)委員會(huì).DBJ50-047-2006建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.重慶，2006.

［3］重慶市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì).DBJ50-047-2015建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.重慶，2015.

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

施工經(jīng)驗(yàn)

Problems in Eigenvalue Wording，Definition and Adoption Reasons of foundation bearing capacity

方Ⅰ樹

（后勤工程學(xué)院，重慶400041）

摘要：地基承載力特征值概念在我國(guó)工業(yè)㈦民⒚建筑基礎(chǔ)工程中有廣泛應(yīng)⒚，該文對(duì)地基承載力特征值在⒚詞、定義和采⒚理由三方面存在的問題進(jìn)行分析，并建議：采⒚地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值概念和總安全系數(shù)法；采⒚允許應(yīng)力法時(shí)將地基承載力特征值改稱為地基承載力許⒚值。

關(guān)鍵詞：地基承載力特征值；地基極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值；安全系數(shù)法；允許應(yīng)力法

Abstract：The eigenvalue concept of foundation bearing capacity is extensively applied in foundation projects of industrial and civic constructions in China. This paper analyzes the problems in its three aspects: wording，definition and adoption reasons，and suggests that the standard value concept of ultimate foundation bearing capacity and total safety coefficient method be adopted，and eigenvalue of foundation bearing capacity be called allowable value when allowable stress method applied.

Key words:eigenvalue of foundation bearing capacity；standard value of ultimate foundation bearing capacity；safety coefficient method；allowable stress method

中圖分類號(hào)：TU47

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-9107（2016）06-0031-03

doi：10.3969/j.issn.1671-9107.2016.06.031

收稿日期：2016-05-01

作者簡(jiǎn)介：方Ⅰ樹（1958-），男，江西婺源人，碩士，教授，國(guó)家注冊(cè)土木工程師（巖土），主要從事㈦巖土體穩(wěn)定有關(guān)的研究和勘察設(shè)計(jì)工作。