地基基础允许承载力

中国制定的“工业与民用建筑地基基础设计规范”（TJ7-74）中规定，在基础宽度小于3米， 埋深0.5—1.0米的条件下，粘性土主要根据孔隙比（e）、天然含水量（Wo）、相对含水量（Wb）考虑。砂根据饱和度（Sr）和紧密度（D）决定，也可按标准贯入试验及钻探试验锤击数确定地基承载力。当基础宽度大于3米，埋深大于1米时，必须按下式校正：P=[σ] k1r0（b-3） k2r（h-1）。式中P为计算承载力（吨/平方米），[σ]为按表查得的承载力（吨/平方米），r0及r为地基土持力层的天然容重（地下水位以下取水下容重，吨/立方米），k1及k2为安全系数，取2—3。

通过上述分析和讨论，可知地基承载力标准值和允许值，是两个不同的概念，两者完全不相同。而特征值则是标准值的两种含义之一，同允许值是两个不同的概念。

地基承载力标准值即特征值是表征地基岩土强度的基本代表值，它的内涵是地基岩土强度概率分布的0. 05 分位数。在这一点上，国际标准和国家标准都是相同的。由于它是结构可靠度理论发展到极限状态设计阶段的产物，且源于试验数据的数理统计，比较客观，如按极限状态设计表达式进行设计，可以知晓结构或构件承载能力的失效概率大致在什么范围内。

地基承载力允许值( 实际为地基的容许应力值) ，其内涵为载荷试验的极限值除以安全系数的商且不大于比例界限值，安全系数是根据工程经验确定的，是结构可靠性理论在定值设计方法阶段的产物，与极限状态设计方法无关。

在“2011 《地基规范》”中，之所以产生地基承载力允许值为它的标准值的四个含义之一的疑似悖论，其原因在于，把地基承载力允许值称之为地基承载力特征值。若将“2011 《地基规范》”中的特征值改为容许应力值，正常使用极限状态设计方法改为容许应力法，问题就将获得圆满的解决 。2100433B

通过上述分析和讨论，不难得出“地基承载力允许值等于它的标准值”这一疑似悖论的原因，那就是在“2011 《地基规范》”中，实际存在两个不同的特征值，其一是“标准值四个含义之一”的特征值，由试验的极限值( 破坏值) 概率分布的0. 05 分位值确定; 其二是“实际即为地基承载力允许值”的特征值，由载荷试验时的比例界限且不大于极限值一半或1 /3 来确定。两个概念不同的特征值的并存，不仅混淆了标准值和允许值的关系，也不符合术语名称单一性的原则。所谓术语名称单一性，就是“在一个专业领域内，一个术语只有一个概念，一个概念只用一个术语来表达”。

正是由于两个内涵完全不同的概念用一个术语来表述，才出现了“地基承载力允许值就是它的标准值”这种疑似悖论的结果，解决这一问题的最简单的方法就是将“2011 《地基规范》”第2. 1. 3 条所定义的压力值，即将“由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值”改称为容许应力值。同时在规范条文中坦诚而明确地说明，地基承载能力的计算采用的是容许应力法而非极限状态设计方法中的正常使用极限状态。

这种更改是有根据的，也是符合国家标准规定的。固然，在文献3 第1. 0. 3 条对地基基础设计规范的制定提出了较苛刻的要求: “宜遵守本标准规定的原则”。但在稍晚发布的GB 50153 － 2008第1. 0. 3 条却放宽了要求: “当缺乏统计资料时，工程结构设计可根据可靠的工程经验或必要的试验研究进行，也可采用容许应力或单一安全系数等经验方法进行”。同时在《条文说明》中不仅挑明了，“2011 《地基规范》”中地基设计采用的是容许应力法和基础设计采用的是极限状态法的事实，还对这一做法给予了肯定。认为积极推广和广泛采用以概率理论为基础以分项系数表达的极限状态设计方法，并不意味着排斥其它有效的结构设计方法。

前面分析了地基承载力标准值和允许值的三点差别，现在就它们的几个细节问题进行深入的讨论。

(1) “2011 《地基规范》”《条文说明》中提到的“我国规范中‘标准值’的含义可以有特征值、公称值、名义值、标定值四种”的说法，基本上是没错的。需要解释的是，其中的公称值、名义值、标定值等三个术语的概念是完全相同的。这在国内文献中都有据可查。如名义值，定义是“用非统计方法确定的值”。它的英文术语是nominal value;公称值，在《建筑结构荷载规范》GB 50009 －2012《条文说明》中的解释为，“目前，并非对所有荷载都能取得充分的资料，为此，不得不从实际出发，根据已有的工程实践经验，通过分析判断后，协议一个公称值(nominalvalue) 作为代表值”，这就是说，公称值是依据实践经验协议得出的值; 标定值，则在《条文说明》中有明确的解释，其概念与上述公称值相同，其英文术语也是nominal value。所以，公称值、名义值、标定值的准确含义可采用 “用非统计方法确定的值”。这样一来，我国规范中“标准值”的含义，只有两种: CharacteristicValue 和nominal value，而不是四种。其中nominal value 可译成名义值，或公称值，或标定值。

(2) 诚然，Characteristic Value 直译为特征值，但在我国，几乎所有的规范都译为标准值，同时把汉语中的标准值也译为Characteristic Value ( 只有“2011 《地基规范》”译为Standardized Value) 。标准值和特征值虽然词源相同，其概念的内涵有细微区别。关于标准值的概念，准确地说应当是特征值的概念。此时的标准值就是特征值，标准值的概念和就是特征值的概念，都是概率分布的0. 05 分位值。若因某种原因无法通过数理统计得出特征值时，才取名义值作为标准值。

虽然标准值有特征值和名义值两种含义，但在确定标准值时，特征值要优先于名义值，只有坚持“特征值优先于名义值”的原则，才能体现出极限状态设计方法是以概率理论为基础的重要特性。把特征值、公称值、名义值、标定值并列而不分主次，严格说来是不确切的，会给人一种误解，似乎是特征值和名义值都可以毫无条件的称为标准值。实际上用名义值充当标准值是有条件的，其条件是无法计算出特征值。

(3) 在我国规范中，特征值和无法确定特征值时的名义值，都可称之为标准值。但是在确定材料强度或地基承载力( 岩土强度) 名义值时，必须是材料强度或地基承载力( 岩土强度即岩土极限承载力) 的真实反映，如果反映的是材料强度或地基承载力( 岩土强度) 的一半或三分之一，还是不能称之为名义值，也不能称之为材料强度容许值或地基承载力容许值，只能称之为容许应力值( permissible stress value) 。

(4) 之所以采用特征值( 即允许值) 作为地基承载能力设计时的地基抗力指标，是为了“避免过去一律提‘标准值’时所带来的混淆”。这一解释很令人费解。当前，几乎所有的结构设计规范，材料的抗力( 强度) 指标，如混凝土、钢筋、砖石砌体、钢材等等，都使用标准值作为基本代表值，似未听说有什么混淆，就是在“2011 《地基规范》”中，有些岩土性能，如黏聚力和内摩擦角等也都采用标准值作为基本代表值，似也未有混淆之说。尤其是在使用室内饱和单轴抗压强度试验方法来确定完整、较完整和较破碎岩石的地基承载力特征值的计算公式中同时出现了标准值和特征值，并且是由标准值计算出特征值，也都没带来混淆。相反的是，用特征值表达允许值后，反而混淆了标准值、特征值、允许值三者之间的关系，甚至推演出允许值等于标准值的疑似悖论。进而将容许应力法视为极限状态设计方法中的正常使用极限状态，又混淆了两类设计方法的概念 。