深基础工程出现土力学问题

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1、15．深基础的稳定性和承载力问题15.1当采用长桩和超长桩的时候，还能用浅基础的承载力修正方法吗？《建筑桩基技术规范》JGJ94—2008中，第5.4.1节关于软弱下卧层强度验算的公式中：σ+γz≤fzmaz式中f为软弱下卧层经深度修正的地基承载力特征值。az《建筑桩基技术规范》在这里引用了《建筑地基基础设计规范》关于地基承载力深度修正的方法。我的问题是，当采用长桩和超长桩的时候，这个软弱下卧层的埋藏深度可能已经超过40m了，这种情况还用浅基础的承载力修正方法，可能带来多大的误差?能否考虑采用深基础的地基承载力进行验算?你提出的这个问题确实存在，值得进行研究。深基础的地基承载力是深基础工程设

2、计中的一个重要的土力学课题，但目前在各种设计规范中推荐的地基承载力计算公式大多是建立在浅基础假定的基础上。显然，用浅基础的地基承载力公式计算深基础的地基承载力将使估计的承载力数值过低，不能充分发挥地基的承载能力。在土力学的发展过程中，曾对计算深基础地基承载力的课题进行过研究和求解，得到一些可供实用的结果。但由于深基础的试验验证比较困难，理论计算和实测结果的对比分析资料比较少见。Meyerhof提出的深基础地基承载力的基本图式以及与浅基础的比较见图5.1.1-6。假定条形基础的宽度为B，在地面以下的埋置深度为Df，如假定基础底面是光滑的，那么基础底面AB就可以看成是大主应力面，因此滑动面BC与

3、与最大主应力面成45°+ϕ/2，滑动线CD是以B点为中心的对数螺线。Meyerhof认为对于浅基础，滑动面可能向地面发展，而对于深基础，滑动面不可能发展至地面，可[1]能交于基础侧面的某一深度处。图5.1.1-6深基础和浅基础破坏滑动面的比较根据图5.1.1-7所示的图式，可以讨论Meyerhof地基承载力公式推导的概念。为了简化，将BE面上面的楔形土体BEF的作用，概化为作用在深基础侧面上的等代应力σa和τa，以及作用于BE面上的等代应力σ0和τ0。于是BE平面可以看作为“等代自由面”，这个面与水平面的夹角为β，其值随基础的埋置深度增大而增大。这里引入的β、σ0和τ0是与基础的埋置深度有关

4、的参数。β=0时，适用于基础放置在地面上；0<β<90°适用于浅基础和深基础；β<0时，适用于基础放置在斜坡上。图5.1.1-7Meyerhof课题的推导在推导时先不考虑土的重度，只考虑内聚力与超载的影响；然后再考虑土的重度，而不考虑内聚力和超载的影响。最后将这两部分叠加起来，即得出总的地基极限承载力公式。地基极限承载力q由下式求得：1q=q′+q′′=γBN+σN+cN（5.1.1-11）γ0qc2承载力系数Nγ、Nq、和Nc是土的内摩擦角ϕ及β的函数，可由图5.1.1-8查得。图5.1.1-8承载力系数曲线Nγ的曲线；b)Nq的曲线；c)Nc的曲线在式（5.1.1-11）中，如令σ0=0

5、，表示基础放置于斜坡的地面上。如基础埋置在地面下Df处，则在地基承载力中还要考虑基础侧面与土之间的摩擦力f；此时，总的地基承载力为：Q=qB+2fD（5.1.1-12）fff式中f=τa，见式（2-143）。在图5.1.1-6所示的深基础的情况，对数螺线CDE的起始半径为：BBC=πϕ（5.1.1-13）2sin−42∠CBE=θ3πϕ5πϕθ=π−−=−（以弧度计）（5.1.1-14）24242基础的最小埋置深度为Dfmin，则5πϕB−D=BCeθtgϕ=e42fminπϕ（5.1.1-15）2sin−42最小埋置深度Dfmin取决于基础的

6、宽度B及土的内摩擦角ϕ，比Dfmin值与内摩擦角的关系见表5.1.1-1。根据最小埋置深度的概念，B可以认为当基础的埋置深度大于最小埋置深度时，可以作为深基础来考虑。相对最小埋置深度与内摩擦角的关系表5.1.1-1ϕ01020304045DfminB0.7071.533.428.5323.844.4比较图5.1.1-5的深基础与图5.1.1-6的图式，两者的差别主要在内聚力和超载的影响部分。计算深基础的极限承载力时，可将图5.1.1-6中的BE面与深基础的侧面重合，即令：πβ=,η=02根据ϕθ=135+β−η−2得5πϕθ=−42深基础的承载力的公式为：q′=cNc+σ0Nq（5.1.1

7、-16）式中5π(1+sinϕ)2−ϕtgϕN=eq2cosϕNc=(Nq−1)ctgϕ当πβ=21σ0=γDfK0=σa（5.1.1-17）2说明对于深基础，σ0与σa相等。对于粘土地基（ϕ=0）上的条形和圆形基础的极限承载力，Meyerhof为了避免每次需要确定σ0值，将承载力系数Nc和Nq合并起来成为一个系数Ncq。这样，作用在粘土地基上的条形基础的极限承载力公式可以写成：q′=cNcq（5