地基沉降分析與沉降量計(jì)算問題的探討

【摘要】地基沉降是指地基土層由于受到各種附加應(yīng)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(huì)對(duì)建筑物造成比較大的危害，對(duì)建筑物的地基沉降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并采取預(yù)防和補(bǔ)救措施，控制地基過大沉降，則首先需要對(duì)地基沉降量進(jìn)行一個(gè)較為準(zhǔn)確的計(jì)算。本文主要對(duì)地基沉降的原因和沉降類型進(jìn)行了分析，并對(duì)地基沉降量計(jì)算方面的問題進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】地基沉降；分析；計(jì)算

建筑物地基在長(zhǎng)期的荷載作用下，會(huì)產(chǎn)生一定量的沉降，尤其是不規(guī)則、不均勻的沉降，會(huì)導(dǎo)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(duì)于建筑具有極大的危害性，嚴(yán)重影響建筑物的使用功能和使用壽命。進(jìn)行地基沉降計(jì)算，通過對(duì)沉降量數(shù)據(jù)的分析和研究，可以有效地預(yù)測(cè)和掌握地基沉降的趨勢(shì)和狀況，對(duì)于建筑物的選址、設(shè)計(jì)以及建筑物的維修、維護(hù)，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(yīng)力，這種自重應(yīng)力的相對(duì)穩(wěn)定基本維持了地基土層受力和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。建筑施工建設(shè)改變了地基土層原來的受力狀態(tài)，建筑物荷載通過基礎(chǔ)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(yīng)力也隨之發(fā)生改變。在豎向、側(cè)向、橫向三向應(yīng)力分量作用下，使地基在各方向上產(chǎn)生不同的形變，導(dǎo)致地基各點(diǎn)的豎向和側(cè)向位移，其中地基表面的豎向變形被稱為地基的基礎(chǔ)沉降。在實(shí)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(yīng)地產(chǎn)生額外的應(yīng)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(dǎo)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(zhǎng)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(jié)沉降和次固結(jié)沉降三個(gè)部分，在進(jìn)行地基沉降計(jì)算時(shí)，需要對(duì)三個(gè)部分進(jìn)行綜合考慮。

2.1初始沉降

初始沉降又稱瞬時(shí)沉降，是指荷載開始對(duì)地基產(chǎn)生做用力的短時(shí)間內(nèi)，土體變形而引起的沉降。由于瞬時(shí)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(dāng)荷載施加在飽和軟土地基上時(shí)，尤其是臨時(shí)的大量荷載，會(huì)是地基產(chǎn)生較為明顯的瞬時(shí)沉降，由此而形成的沉降會(huì)占到總沉降量的相當(dāng)部分，此時(shí)應(yīng)對(duì)初始沉降量進(jìn)行估算。

2.2主固結(jié)沉降

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

2.3次固結(jié)沉降

次固結(jié)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(yīng)力增長(zhǎng)基本不變之后，隨時(shí)間延長(zhǎng)，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(yīng)變，且與孔隙水排出無關(guān)。

3、地基沉降的計(jì)算。

地基沉降的計(jì)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(yàn)公式法。彈性理論法對(duì)于均質(zhì)的、彈性的、各自同行的半空間體，其計(jì)算較為精確，該方法主要用于計(jì)算瞬時(shí)沉降量；工程方法是通過彈性理論來對(duì)地基中的附加應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算，由應(yīng)力致應(yīng)變關(guān)系來確定沉降量，該方法計(jì)算結(jié)果是包括了主固結(jié)沉降和瞬時(shí)沉降之和，應(yīng)用范圍也最為廣泛；數(shù)值分析法計(jì)算參數(shù)較多，程序較為復(fù)雜，難于操作，一般只用于重要工程的沉降計(jì)算；經(jīng)驗(yàn)公式法采用各種經(jīng)驗(yàn)公式直接進(jìn)行沉降計(jì)算，同時(shí)原位實(shí)驗(yàn)可以直接準(zhǔn)確地反應(yīng)地基土的力學(xué)性質(zhì)，對(duì)于沉降計(jì)算，具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

3.1瞬時(shí)沉降量的計(jì)算

由于剪應(yīng)力作用，地基內(nèi)部會(huì)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(jì)算方法，一般都是在計(jì)算固結(jié)沉降量時(shí)，根據(jù)附加沉降情況對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正，來得到最終沉降量的。

3.2主固結(jié)沉降量的計(jì)算

對(duì)于主固結(jié)沉降，分層總和法是最為經(jīng)典的，應(yīng)用最普遍的計(jì)算方法。分層總和法應(yīng)用了彈性理論計(jì)算，是在地基沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)，將其劃分為若干層次，對(duì)各分層土體的壓縮量進(jìn)行計(jì)算，然后將結(jié)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(guān)要求對(duì)地基進(jìn)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(jì)算各分層的自重應(yīng)力；（3）計(jì)算各分層點(diǎn)的附加應(yīng)力，并計(jì)算出各分層界面處附加應(yīng)力的平均值；（4）將各分層附加應(yīng)力平均值和自重應(yīng)力平均值相加，得到該分層受壓后所受總應(yīng)力并由此確定壓縮層厚度；（5）計(jì)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(jì)算沉降時(shí)，通常是將情況理想化，假定地基土壓縮時(shí)是沒有側(cè)向變形，因此其計(jì)算結(jié)果較實(shí)際來說一般偏小，為了得到較為準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，首先在對(duì)土層分層時(shí)需合理掌握，避免分層過大造成較大的計(jì)算誤差，進(jìn)行計(jì)算時(shí)通常選取取基底中心點(diǎn)下附加應(yīng)力。規(guī)范推薦法是對(duì)分層總和法的修正，在計(jì)算時(shí)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(jì)算結(jié)果，提高了沉降計(jì)算的準(zhǔn)確度。

3.3次固結(jié)沉降量的計(jì)算

次固結(jié)沉降量一般比主固結(jié)沉降量要小很多，常可以忽略不計(jì)，但對(duì)于極軟的粘性土，次固結(jié)沉降量會(huì)成為總沉降量當(dāng)中的重要組成，在計(jì)算總沉降量時(shí)才應(yīng)重點(diǎn)注意。

綜上所述，地基沉降的各種計(jì)算方法各有特點(diǎn)，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況酌情采用，可以盡可能地提高計(jì)算的科學(xué)性和準(zhǔn)確性。