地基沉降預測方法分析

楊琳琳

【摘 要】當前，以軟土作為地基的工程建設不斷增多，如何保證地基沉降在規定的期限內符合相關要求，確定可靠的規劃、設計方案，成為軟土基礎建設面臨的重大問題。文章針對這一問題，對地基沉降預測的方法展開分析，希望提高地基沉降預測的準確性。

【關鍵詞】地基沉降；預測；方法

【中圖分類號】TU433 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）08-0056-03

在任何一個建筑施工當中，都必須進行地基的沉降預測，沉降分析、預測又是其中極為關鍵的部分，應當對地基沉降預測引起足夠的重視，尤其是在軟土作為地基的建筑工程中，更應當注意，采取科學合理的地基沉降預測方法，充分保證地基沉降預測的準確性，保證工程施工的質量。

1 關于地基沉降的分析

物體在受到外界壓力的作用下會發生變形，同理在建筑工程之中，地基受到外界施加的負荷之后也會發生一定的變形，對于這部分變形的量就叫做地基沉降。在這一變形的過程中，土壤受到外界壓力的作用，發生相互擠壓的現象，使得土壤之間的縫隙變小，將土壤中所含的水分排出。這樣的一個過程改變了土壤本身的結構，改變了土壤中所含的水分，針對這一變形的過程，可以根據其所受外力和土壤的變形規律[1]，對地基沉降的相關數據進行預測，以保證建筑工程施工過程的安全性。經對地基所受影響的實際分析可以發現，影響地基沉降量大小的關鍵在于土壤所受到外界壓力的影響和土壤本身所具備的特性2個方面。地基受到外界壓力影響的情況又可以分為2個方面：第一，來自固定壓力的影響。建筑物本體會對地基形成一個壓力，這個壓力在建筑物完工之后，會處于固定的狀態，在實際中此種應力對地基的影響較小。第二，來自突然變化的作用力的影響。例如，地下水位發生改變使得地基所受作用力發生變化；受到振動也會對地基造成影響等。在實際中，作用力發生變化的情況對建筑物的地基影響是最大的。此外，土壤本身所具備的特性對地基沉降量也有影響，如土壤中所含的水分多少、土壤本身的土質結構等，都會影響地基沉降量的大小。

2 地基沉降預測方法的分析

地基的沉降預測方法很早就已經被人們運用，隨著科技的不斷進步，地基沉降預測的方法也發生著很大的變化，從最開始完全憑借工程師的經驗到現在使用計算機數值分析方法，地基沉降預測變得越來越準確。本文主要介紹當前使用較為普遍的幾種地基沉降預測方法。

2.1 以固結試驗為基礎，使用相關公式進行計算

對于此種地基沉降預測方法，先通過建立相應的一維或者三維固結試驗，并記錄好試驗過程中得到的相關數據，然后把這些數據代入相關的壓縮規律公式當中進行預測和分析。對于這類型的計算方法，主要通過壓力試驗[2]得出應力與孔隙比之間的關系，并得出相應的曲線圖，再利用所得到的曲線圖進行地基沉降預算。在計算的時候，可以將地基分為若干層，逐層進行計算，然后計算其總和，即可以得到地基沉降量。例如，計算單一分層壓縮量，設地基在荷載作用下處于側限一維壓縮的狀態。可以根據前期的固結壓力ρc和上覆壓力ρo之間的關系對地基進行相應的計算。

（1）當固結壓力ρc小于上覆壓力ρo的時候，地基沉降的公式如下：

S=■■Ccilog■

（2）當固結壓力ρc大于上覆壓力ρo的時候，關于土層的沉降計算分為3種情況。

第一種為當Δp>（pc-po）的時候，

S=■■Ccilog■+Ccilog■

第二種為當Δp≤（pc-po）的時候，

S=■■Ccilog■

第三種為當土層中之中既有第一種又有第二種情況的時候，關于土層的計算應當將2種情況分別計算，然后進行疊加。

在上式中，i表示第i層土層，eoi表示在該層上的初始孔隙比，hi表示該土層的厚度。同樣，Cci表示在第i層上的壓縮指數，而Cci表示再壓縮指數。

2.2 地基沉降計算的數值方法

對于此類型的地基沉降算法，在進行具體計算的時候，有多種方式，包括差分法、有限元法、變分法等。由于采用模擬公式的地基沉降算法不能夠應付當前復雜的建筑工程的需要，從而研究出更加先進的計算方法來進行地基沉降計算[3]。該種類型的地基沉降算法主要使用到計算機當中的相關軟件，通過在軟件中模擬出地基處于的實際狀態，并且用網格將其分為很多的細小單元，針對每一個單元建立起相應的方程，然后通過邊界的一些條件和初始狀態的一些條件，計算得到固結方程的數值解。此類計算方法靈活地將當前先進的科學技術應用其中，使計算出來的數值更加準確、更加全面合理。

2.3 基于實測沉降資料的沉降預測算法

在以上分析的沉降預測算法中，都更加傾向于一種理論的地基沉降計算，將這2種方法應用到實際的沉降預測當中有著非常大的局限性，為此人們開始尋找適合于實際應用的沉降預測方法[4]，基于實測沉降資料的沉降算法就是在這樣的情況下產生的。

基于實測沉降資料的沉降預測算法是通過前期對地基的沉降進行觀測，找出其中的規律，并根據這些規律進行曲線擬合，建立沉降曲線公式[5]，然后進行沉降預測的相關計算。當前，此類計算方法有很多種，但是常用到的曲線擬合方式通常都是靜態曲線擬合方式，直到20世紀90年代之后，人們才逐漸使用動態曲線擬合方式。下面分別對其進行分析。

2.3.1 靜態的預測方法

在靜態的預測方法中，常使用到的有雙曲線法、指數曲線法和沉降速率法3種。在雙曲線法中主要采用將實測的沉降數據和相應時間之間的曲線關系，從它們的拐點處開始采用雙曲線的方式進行擬合[6]，可以利用以下公式進行地基沉降值的估算：

S=So+■

在上式中，S為地基最終的沉降值；So為實測沉降數據與時間曲線拐點處的沉降值；t為在實測沉降數據與時間曲線出現拐點之后的時間；A和B是指曲線擬合系數。

指數曲線法實質上是一種經驗的推算方法，假設地基沉降的平均速度以指數曲線的形式發生改變，其假設的經驗公式如下：

St-So=S∞-So·e■

在該指數曲線上隨機選擇2個點，并使lg[ΔS/Δt2]-lg[ΔS/Δt2]=1。由此，可以推導出指數曲線計算公式：

S∞=So+η■

在上式中：So為沉降曲線之中處于拐點位置的沉降數值；S∞為地基最終的沉降值；■為地基沉降時的速率。

在沉降速率法中，相關計算公式如下：

St=m-1■+UtSt

Ut=1-αe-β

上式中，m為沉降修正系數；Pt為t時內的累計荷載；Po為地基所受總的累計荷載；Ut為t時的固結度。

在恒載下，可導得沉降的速率如下：

■t=ASce-β

其中，

A=■■qne■-e■

則可以根據Ut=1-αe-β得到ln■t=ln（ASc）-β·t。

在實際的應用中，根據實際測得的沉降資料，繪制出InSt-t支線，由此可以得到β的數值，再將其帶入上面的公式當中，可以得到最終的沉降：

S∞=msc

2.3.2 動態的預測方法

對于動態預測方法來說，它與靜態預測法之間存在的最大區別在于其原始數據處理系統不是必然不變的，其可以跟隨地基沉降觀測得到的相關數據進行相應的調整，該種方式能夠及時地將新觀察到的數據放到整個預測系統之中，使得預測出來的數據更加合理。

3 結語

地基沉降預測的方法隨著當前科技的不斷進步而變得越來越先進，測得的數據也更加合理。但是，隨著預測方法的增多，在預測的時候應當注重預測方法的選取，選取最具效率的預測方法。

參 考 文 獻

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[3]趙光鵬，鄭忠成.軟土地基沉降預測方法分析比較[J].天津城市建設學院學報，2008（3）：176-179.

[4]李建初.遂資眉高速公路軟土地基不同沉降預測方法對比研究及應用[D].成都：成都理工大學，2012.

[5]胡鑫.山區公路CFG樁復合地基沉降預測方法研究及其應用[D].重慶：重慶交通大學，2014.

[6]劉射洪，袁聚云，趙昕.地基沉降預測模型研究綜述[J].工業建筑，2014（S1）：738-741，681.

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[8]孫笑.基于E_（v2）的港區陸域高填方工后沉降預測方法研究及穩定性分析[D].重慶：重慶交通大學，2014.

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[責任編輯：陳澤琦]