附录H 竖向和水平向基准基床系数载荷试验要点
H.0.1 本试验要点适用于测求弹性地基竖向和水平向基准基床系数。原2004规程没有对水平向基床系数的标准试验方法作出规定,本次修订推荐采用与竖向基床系数相同的标准方法求取。水平向基准基床系数试验时将承压板置于坑壁,采用水平向压力加载。
上海《地基基础设计规范》DGJ 08-11-2010附录G提供了上海地区竖向基床系数、水平向基床系数,见表36,可供与试验结果对比、校核、参考。
表36 上海地基基础设计规范竖向和水平向基床系数经验值
H.0.3 载荷试验中承压板采用边长为300mm的方形板。现行行业标准《铁路路基设计规范》TB 10001规定采用30cm直径的圆形承压板,取下沉量为0.125cm的荷载强度为基床系数;现行行业标准《公路路面现场测试规程》JTG E60,“承压板测定土基回弹模量试验方法”规定采用直径为30cm的圆形承压板;《高层建筑岩土工程勘察规程》JGJ 72-2004,规定采用直径为300mm圆形承压板。1955年Terzaghi最早采用1平方英尺面积的方形承压板载荷试验测定竖向基准基床系数;之后按基础尺寸换算的基床系数多引用Terzaghi公式。本次修订将承载板改为方形板。
H.0.6、H.0.7 本试验要点仅提供竖向及水平向基准基床系数。基床系数并不是岩土的特性指标,而是与基础或构件尺寸密切相关的计算系数。勘察单位可根据试验的结果提供基准基床系数,设计单位根据计算目的,基础或构件的尺寸、刚度进行修正,取得设计基础或设计构件下的基床系数。
原规程JGJ 72-2004规定竖向基床系数可按太沙基(Terzaghi,1955)建议的方法进行基础尺寸和形状的修正。对于砂性土地基,竖向载荷试验得出基床反力系数仅需进行基础尺寸修正;对于黏性土地基,则需进行基础尺寸和基础形状两项修正:
1 根据实际基础尺寸,修正后的竖向地基土基床系数Kv1(kN/m3)按下列公式计算:
式中:b——基础底面宽度(m)。
2 根据实际基础形状,修正后的竖向地基基床系数Ks(kN/m3)按下列公式计算:
式中:l——基础底面的长度(m)。
按照原规程JGJ 72-2004条文说明,当竖向载荷试验采用非标准承压板时,必须将试验结果修正为基准基床反力系数Kv(kN/m3),具体修正方法如下:
1 根据非标准板载荷试验p-s曲线,按下式计算竖向载荷试验基床系数K′v(kN/m3):
式中:p0——比例界限压力;如p-s关系曲线无初始直线段,p0可取极限荷载之半(kPa);
s——为相应于该p0值的沉降量(m)。
2 由非标准板载荷试验所得基床系数K′v,按下列公式计算竖向基准基床系数Kv(kN/m3):
式中:d——承压板的直径(m),当为方形承压板时,按其面积换算为等代直径。
上述修正公式是原规程JGJ 72-2004在条文说明中所列公式,执行过程中广东省建筑设计研究院的魏路先生曾于2010年3月2日来函提出疑问:他们设计一学校教学楼,7层框架,1层地下室,采用梁筏基础,持力层为②1砂质黏性土(可能是残积),天然地基承载力特征值200kPa、Es=3.3MPa,在计算筏板时,基床系数是一个重要参数,对配筋影响较大,做过压板尺寸为0.707m×0.707m的载荷试验,试验成果如表37所示。
表37 载荷试验原始成果
通过上述工程实例计算分析后认为:
1 基准基床系数Kv是按太沙基早年建议使用1平方英尺面积的承压底板载荷试验求得。现行国家标准《岩土工程勘察规范》GB 50021,规定尺寸为300mm×300mm的方形标准板,而该工程实例等采用0.707m×0.707m的非标准板0.5m2进行试验,试验结果K′v=41322kN/m3与经验值吻合。如按非标准板进行修正,其Kv=107178kN/m3较经验值大很多。宰金珉主编的《高层建筑基础分析与设计》中P53页和史佩栋等主编的《高层建筑基础工程手册》P95页均提出当承压底板宽度B1≥0.707m时,可不做面积大小的修正。为此本次修订规定不进行非标准板的修正。
2 太沙基建议的基础尺寸和形状(方形或矩形)修正,主要是针对独立柱基而言,而该工程是梁筏基础,若按太沙基建议的方法修正,所得Kv1和Ks值会相当小,不符合实际,故认为对筏形和箱形大面积基础可不进行基础尺寸和基础形状的修正。