地基沉降计算方法概述

史志峰

（山西宏厦第一建设有限责任公司，山西 阳泉 045008）

地基沉降计算方法概述

史志峰

（山西宏厦第一建设有限责任公司，山西 阳泉 045008）

文章主要介绍了地基沉降的几种计算方法、步骤以及在计算过程中的一些注意事项，希望能为广大工程技术人员在实际计算分析时提供理论帮助。

地基沉降；计算步骤；分层总和法；应力面积

1 概述

1.1 地基沉降概念

地基沉降是指地基土层在附加应力（是建筑物修筑后通过基础传递给地基的应力与修建前地基中早已存在着土体自身重力的自重应力的差值）作用下压密而引起的地基表面的竖直变形。过大的沉降，特别是不均匀沉降，会使上部结构中相应地产生额外的应力和变形，如果应力与变形过大则会使建筑物发生倾斜、开裂以致不能正常使用。

1.2 地基沉降类型

（1）初始沉降：是指外荷载加上的瞬间，饱和软土中孔隙水来不及排出时所发生的沉降，此时土体只发生形状变而无体积变形，将这种变形称之为剪切变形，按弹性变形计算。

（2）主固结沉降：当施加的外荷载为固定值时地基土中的孔隙水不断排出过程中发生的沉降，当孔隙水压力完全消散之后便不发生沉降了，它是地基沉降的主要部分。

（3）次固结沉降：次固结沉降量通常要比主固结沉降量小得多，大都可以忽略。但对于特殊性质的土如极软的黏性土等，要对次固结沉降予以充分重视。

1.3 地基沉降原因

基础沉降在每个建筑物施工时或建成后一段时间都会发生，刚建成时沉降较大，越年久沉降越小。只要将沉降量控制在一定的范围内，对建筑物的正常使用影响是不大的。地基沉降的原因有以下几个方面：

（1）在结构设计时，参考地质资料的数据与实际情况不符合，承载力不足发生沉降。

（2）上部荷载由于各种原因增加或是分布不均，超过了地基的承载能力。

（3）持力层未全部到中风化基岩或回填土压实度不够。

（4）由于地基本身土质的原因，如土是湿陷性黄土，这种土有一定承载力，但遇水就会陷下去，地基产生较大的沉降。

2 地基沉降计算方法

2.1 弹性力学计算方法

弹性力学的计算方法可分为集中力作用下和局部荷载作用下两种情况，该方法是假设地基为均质线性变形半空间体，以Boussinesq课题的位移解为依据的。用此方法计算的基础最终沉降量是偏大的。这是因为弹性力学公式是按匀质线性变形半空间的假设得到的，而实际上地基常常是非均质的成层土，其另一个缺点是无法考虑相邻基础的影响。

2.2 分层总和法

分层总和法是先求出地基土的竖向应力，采用室内压缩曲线或相应的压缩性指标，压缩系数或压缩模量计算压缩量的方法，该方法是在计算深度范围内划分为若干层，分别计算每层的压缩量，最后求其总和，这种方法没有考虑地基土的前期应力。

在王铁行、赵树德所写的文章《计算地基沉降分层总和法缺陷的分析及改进》中指出，分层总和法是计算地基沉降普遍采用的方法，但它本身存在的缺陷常常造成较大的误差。笔者对误差进行分析并通过大量有限元计算，查明了误差的大小及分布规律，并得出了适用于均质地基及一般层状地基的修正方法，通过工程实例验证了该方法，此方法对分层总和法的修正优于地基基础规范法[1]。

陈祥福教授首次提出考虑深基坑支护结构作用的沉降计算方法、综合系数法和斜层台阶分层总和法。运用该方法计算出的数值十分接近于实测数据。他结合对青岛中银大厦5年多的沉降观测资料，采用有限元法等3种方法计算其沉降，理论计算值与实测结果比较接近。

2.3 应力面积法

《建筑地基基础设计规范》（GBJ 7—89）所说的地基最终沉降量计算方法是采用侧限条件的压缩性指标，并运用了平均附加应力系数计算，同时也提出了地基的沉降计算经验系数，使得计算成果更为准确。采用该方法时要特别注意选取适合的压缩性指标，因为沉降计算的准确性与土的压缩特性指标有着密切的关系。

在陈光敬、于立所写的文章《基于Mindlin解的桩基础最终沉降计算的应力面积法》中指出，利用Mindlin竖向附加应力公式，通过积分得到地基内矩形面积上三角形分布荷载作用下角点下竖向附加应力解析式，并通过对地基内矩形面积上均布和三角形分布载荷作用下角点下竖向附加应力公式关于深度进行积分，得到了计算角点下竖附加应力面积的解析式，根据解析式制表格，可供运用应力面积法进行群桩实体基础等的最终沉降计算时查用[2]。

3 结束语

达到最终沉降量的时间取决于地基排水条件。对于砂土，施工结束后就可以完成；对于黏性土，则需要几年、十几年、几十年乃至更长时间。在计算最终沉降量的过程中应当注意以下几个问题：

（1）应力与应变的关系：在应用弹性理论计算地基沉降时，一般将地基假设成直线变形体，但不论是工程实践还是室内试验都证明：对于低压缩性的土，当荷载不大、基底平均压力不超过土的比例界限时，应力和应变成直线关系。而当荷载增大后，应力和应变间的关系就是非线性的。为了反映高压缩性土变形的真实情况，就有必要把土看成作为非线性变形体。

（2）压缩性较大的地基，计算往往小于实测值；对于压缩性小的地基，则恰恰相反。为了提高地基变形计算的精度，在对比总结了一些地基变形计算与实测的基础上，对不同压缩的地基，《建筑地基基础设计规范》提出了相应的修正系数ψ，并认为只有正确选用了ψ，就能使地基变形计算的精确度普遍有所提高，但修正系数ψ的确定还不是很精确。

［1］王铁行，赵树德.计算地基沉降分层总和法缺陷的分析及改进［J］.工程技术，1996，（28）.

［2］陈光敬，于立，基于Mindlin解的桩基础最终沉降计算的应力面积法［J］.工程技术，1998，（19）.

Settlement of Ground Computational Method Outline

Shi Zhifeng

This paper mainlyintroduces some kinds ofmethod offoundation settlement procedures and in the matters process，hoping for the engineer in the actual computational analysis provides the theoryhelp.

foundation settlement；calculation procedure；layer-wise summation method；stress area

TU470

A

1000-8136(2011)05-0041-02

史志峰，男，1981年11月出生，山西阳泉人，毕业于山西师范大学，助理工程师。