地基沉降分析與沉降量計算問題的探討

文/肖紅科 邯鄲建筑設計有限責任公司 河北邯鄲 056000

地基沉降分析與沉降量計算問題的探討

文/肖紅科 邯鄲建筑設計有限責任公司 河北邯鄲 056000

地基沉降是指地基土層由于受到各種附加應力的作用，土層壓密形變、移位而引起的地基表面沉降的現(xiàn)象。過大的地基沉降會對建筑物造成比較大的危害，對建筑物的地基沉降情況進行監(jiān)測，并采取預防和補救措施，控制地基過大沉降，則首先需要對地基沉降量進行一個較為準確的計算。本文主要對地基沉降的原因和沉降類型進行了分析，并對地基沉降量計算方面的問題進行了探討。

地基沉降；分析；計算

建筑物地基在長期的荷載作用下，會產(chǎn)生一定量的沉降，尤其是不規(guī)則、不均勻的沉降，會導致上層建筑物傾斜、開裂，以致喪失使用功能。因此，地基的過大沉降對于建筑具有極大的危害性，嚴重影響建筑物的使用功能和使用壽命。進行地基沉降計算，通過對沉降量數(shù)據(jù)的分析和研究，可以有效地預測和掌握地基沉降的趨勢和狀況，對于建筑物的選址、設計以及建筑物的維修、維護，保證建筑物的安全正常使用都具有重要的作用。

1、地基沉降的原因

地基產(chǎn)生沉降的原因主要是由于地基受到外部荷載作用造成的。在建筑物修建之前，地基土層本身就存在著由土體自身重力而形成的自重應力，這種自重應力的相對穩(wěn)定基本維持了地基土層受力和結構的穩(wěn)定。建筑施工建設改變了地基土層原來的受力狀態(tài)，建筑物荷載通過基礎底面?zhèn)鬟f給地基，使地基土層受到了極大的外部荷載作用力，地基土體內(nèi)部的土粒在荷載作用力下重新排列，原有的內(nèi)部應力也隨之發(fā)生改變。在豎向、側向、橫向三向應力分量作用下，使地基在各方向上產(chǎn)生不同的形變，導致地基各點的豎向和側向位移，其中地基表面的豎向變形被稱為地基的基礎沉降。在實際中，建筑物荷載作用力和地基均勻性總是存在或多或少的差異的，致使地基各部分的受力情況有所不同，地基各部分的沉降也總是不均勻的。這種不均勻的沉降使得地基上層建筑物相應地產(chǎn)生額外的應力和不規(guī)則形變，如果地基沉降過大的話，超過了一定限度，將導致建筑物歪斜、開裂，喪失使用功能，甚至完全損壞。例如建筑物墻體開裂、高聳建筑物傾斜或是與建筑物連接的管道斷裂等等。

2、地基沉降的分類

在長期的荷載作用下，建筑地基產(chǎn)生的沉降，其最終沉降量可分為初始沉降、主固結沉降和次固結沉降三個部分，在進行地基沉降計算時，需要對三個部分進行綜合考慮。

2.1 初始沉降

初始沉降又稱瞬時沉降，是指荷載開始對地基產(chǎn)生做用力的短時間內(nèi)，土體變形而引起的沉降。由于瞬時作用力使飽和軟土孔隙水來不及排出，因而土體只發(fā)生了形變而沒有體變。初始沉降并不是最終沉降量的主要部分，當荷載施加在飽和軟土地基上時，尤其是臨時的大量荷載，會是地基產(chǎn)生較為明顯的瞬時沉降，由此而形成的沉降會占到總沉降量的相當部分，此時應對初始沉降量進行估算。

2.2 主固結沉降

主固結沉降是地基沉降計算的主要部分。主固結沉降是指地基處于較穩(wěn)定的長期荷載作用下，隨著時間的延長，地基孔隙水不斷排出而形成的沉降。主固結沉降發(fā)生在荷載施加作用時到孔隙水壓力消除之后，主固結沉降持續(xù)時間長，對地基沉降的影響較大。

2.3 次固結沉降

次固結沉降取量決于土骨架本身的蠕變性質(zhì)，是指地基土中孔隙水消除，有效應力增長基本不變之后，隨時間延長，土體緩慢變形所引起的沉降。這種變形既包括體積變化，又包括剪應變，且與孔隙水排出無關。

3、地基沉降的計算。

地基沉降的計算方法可以分為四大類，即彈性理論法、工程方法、數(shù)值分析法和經(jīng)驗公式法。彈性理論法對于均質(zhì)的、彈性的、各自同行的半空間體，其計算較為精確，該方法主要用于計算瞬時沉降量；工程方法是通過彈性理論來對地基中的附加應力進行計算，由應力致應變關系來確定沉降量，該方法計算結果是包括了主固結沉降和瞬時沉降之和，應用范圍也最為廣泛；數(shù)值分析法計算參數(shù)較多，程序較為復雜，難于操作，一般只用于重要工程的沉降計算；經(jīng)驗公式法采用各種經(jīng)驗公式直接進行沉降計算，同時原位實驗可以直接準確地反應地基土的力學性質(zhì)，對于沉降計算，具有其獨特的優(yōu)勢。

3.1 瞬時沉降量的計算

由于剪應力作用，地基內(nèi)部會產(chǎn)生剪切變形和附加沉降，該變形和沉降量隨荷載增加而增大。該沉降沒有專門的、合適的計算方法，一般都是在計算固結沉降量時，根據(jù)附加沉降情況對計算結果進行修正，來得到最終沉降量的。

3.2 主固結沉降量的計算

對于主固結沉降，分層總和法是最為經(jīng)典的，應用最普遍的計算方法。分層總和法應用了彈性理論計算，是在地基沉降計算深度范圍內(nèi)，將其劃分為若干層次，對各分層土體的壓縮量進行計算，然后將結果相加從而得到最終的沉降量。具體操作步驟如下：（1）根據(jù)土體性質(zhì)和相關要求對地基進行分層，地下水位和各天然土層界面必須作為分層界面，且各分層的厚度不能大于0.4B（B為基底寬度）；（2）計算各分層的自重應力；（3）計算各分層點的附加應力，并計算出各分層界面處附加應力的平均值；（4）將各分層附加應力平均值和自重應力平均值相加，得到該分層受壓后所受總應力并由此確定壓縮層厚度；（5）計算出各分層的壓縮量，將其相加得到最終沉降量。分層總合法計算沉降時，通常是將情況理想化，假定地基土壓縮時是沒有側向變形，因此其計算結果較實際來說一般偏小，為了得到較為準確的計算結果，首先在對土層分層時需合理掌握，避免分層過大造成較大的計算誤差，進行計算時通常選取取基底中心點下附加應力。規(guī)范推薦法是對分層總和法的修正，在計算時考慮了土質(zhì)類型、荷載性質(zhì)等因素，采用修正系數(shù)，修正計算結果，提高了沉降計算的準確度。

3.3 次固結沉降量的計算

次固結沉降量一般比主固結沉降量要小很多，常可以忽略不計，但對于極軟的粘性土，次固結沉降量會成為總沉降量當中的重要組成，在計算總沉降量時才應重點注意。

綜上所述，地基沉降的各種計算方法各有特點，在進行計算時，應根據(jù)實際情況酌情采用，可以盡可能地提高計算的科學性和準確性。