关于软土地区高层建筑桩基沉降计算方法的探讨

蔡子阳

摘要：本文通过对软土区高层建筑地基的介绍，进行了软土区高层建筑地基常用沉降计算方法分析。中国论文网

关键词：高层建筑；软土地基；计算方法

1前言

软土地基主要是指有淤泥、淤泥质土、冲填土等高压缩性土层构成的地基，没有足够的承受力来保证房屋的稳固，在主体施工前必须对其进行处理。由于不同的软土地基具有不同的特点，在处理的时候必须根据软弱土层的组成、分布情况和土质情况来进行填充巩固。例如冲填土要了解其排水固结条件，杂填土应当考虑推挤历史，明确其湿陷性等基本因素。

建筑物主体和地基之间的中介是基础，即基础是建筑物和地基之间的连接体。基础把建筑物竖向体系传来的荷载传给地基。从平面上可见，竖向结构体系将荷载集中于点，或分布成线形，但作为最终支承机构的地基，提供的是一种分布的承载能力。在初步计算时，最好先计算房屋结构的大致重量，并假设它均匀的分布在全部面积上，从而得到平均荷载值，可以和地基本身的承载力相比较。如果地基的容许承载力大于4倍的平均荷载值，则用单独基础可能比筏形基础更经济；如果地基的容许承载力小于2 倍的平均荷载值，那么建造满铺在全部面积上的筏形基础可能更安全经济。如果介于二者之间，则用桩基或沉井基础。

上部结构、基础和地基的共同作用是软土地基处理设计考虑的必要因素。首先要加强上部结构的强度，使其更好的适应地基的不均匀变形，其次是对需要处理的地基进行现场试验并测试，检验设计参数和加固的效果，作为施工质量检验的依据。对于已经处理的软土地基，在需要进行修正时，要充分的确定基础面积及埋层的深度，对软弱层的下方准确的验算出其地基承载力。建筑物的地基变形度应当在规定的范围内，并在施工期进行沉降观测，作为其维护的主要依据。

2软土区高层建筑地基常用沉降计算方法分析

软土地基沉降計算方法，早在20世纪初，Terzaghi等人就曾建立了经典的软土地基沉降分析法，以后又有很多人为该方法的改进和完善做出了重要贡献。自20世纪70年代以来，随着计算机技术的进步，采用有限元分析法计算地基沉降也已成为可能，但时至今日，地基沉降课题仍然困扰着土木工程技术人员。就一般的土木工程而言，仍在普遍沿用Terzaghi等人建立的经典分析法。在实用设计中，工程人员的经验和技术往往起着关键的作用。究其原因，可概括为如下几个方面：一是新的理论和技术尚未成熟，且对技术人员的素质和工程测试手段提出了很高要求；二是地基沉降的分析需要理论与实践密切地结合，而工程技术人员总希望地基沉降的计算方法能尽可能地简便直观，所需试验参数少而易确定，对各种工程情况均有良好的适应性，这就难免使地基沉降分析中需要加入一定的经验成分；三是地基沉降分析中涉及到地面外荷载的计算、土中应力的计算、土体固结度的计算、土体变形的计算以及土体试验参数的选用等许多环节，各环节之间又互有影响，其相互关系也随时间变化，因此，地基沉降的分析也是一项复杂的系统工程，每一环节的疏忽都可能导致错误的结果。

地基沉降的计算方法可以分为四类：（l）弹性理论法，也称直接法；（2）工程方法，也称间接法；（3）经验公式法；（4）数值分析法。

弹性理论方法立论严谨，对于弹性的、均质的、各向同性的半空间体，其数学解精确，但软粘土地基而言，其本构方程有时与实际不符，因而其计算结果与实测结果有较大差异，主要用于瞬时沉降量的计算。

工程方法包括压缩仪法、Skemptm-Bjerrum法、应力路径法、状态边界面法等；这些方法仍利用弹性理论来计算地基中的附加应力，而土的应力-应变关系则取自试验（间接法）。它应用最广，其计算结果为瞬时沉降和固结沉降之和。

第三类方法包括经验和半经验公式，利用原位测试结果来推算地基的沉降；数位分析方法主要有有限元法、有限差分法和集总参数法等。

2.1瞬时沉降量的计算方法

在剪应力作用下，地基内会产生剪切变形及侧向挤出引起附加沉降。实际上，此项沉降量也是随着荷载的的增大而增大。如地基受到显著扰动时，此项沉降增加得更多。通常都是根据固结沉降量的计算结果进行修正来确定最终沉降量，而没有专门的合适的方法来计算这项沉降量。日本及我国铁路系统也曾提出过经验关系式，从表达形式上看，考虑的影响因素似嫌简单，一般地，我们用弹性理论公式法来计算。弹性理论公式法是用弹性理论公式来计算建（构）筑物的沉降，然后再考虑地基中由塑性开展区的校正方法。

2.2主固结沉降量的计算

2.2.1传统分层总和法（单向压缩法）

分层总和法有如下假定：①压缩时地基不能有侧向变形；②根据基础中心点下的土的附加压力进行计算；③基础最终固结沉降量等于基础底面下压缩层范围内各土层压缩量的总和。

分层总和法将压缩层范围内的土层分成n层，应用弹性理论计算在荷载作用下土层中的附加应力，采用侧限条件下，即单向压缩条件下的压缩性指标，分层计算各土层的压缩量，然后求和得到压缩层范围内的总沉降。单向压缩法中，附加压力一般取基础轴线处的附加应力值，以弥补采用该法计算得到的沉降偏小的缺点。由于附加应力沿深度方向的分布是非线性的，为避免产生较大的误差，计算中土层的分层不宜过大，建议一般每分层的厚度不超过基础宽度的0.4倍。2.2.2规范推荐法（修正的分层总和法）

用单向压缩法计算地基最终沉降量时，由于理论上作了一些与实际情况不完全符合的假设以及其它因素的影响，计算值往往与实测值不尽相符，甚至相差很大。为此，可以根据传统的分层总和法原理，将计算方法加以简化。分析沉降观测资料表明，可以采用修正系数来反映沉降量计算值与实测值的差别，对计算结果进行修正。修正系数综合考虑了沉降计算中所不能反映的一些影响因素，诸如土的类型不同、选用的压缩模量与实际有出入、土层的非均质性对应力分布的影响、荷载性质的不同与上部结构对荷载分布的调整作用等。

2.2.3考虑先期固结压力计算固结沉降量方法

现场的软粘上在其地质历史上一般受过前期固结压力的作用，由于土层的变动、河流的冲刷等原因，这一压力不一定等于目前现场的有效应力。为此，可将粘土分为三类：①正常固结土；②超固结土；③欠固结土。在沉降计算中应考虑先期固结压力的影响，当土体处于不同的状态时要求采用不同的压缩性指标计算沉降量。

2.3次固结沉降量的计算

许多室内试验和现场量测的结果表明，次固结的大小与时间的关系在半对数纸上接近为一条直线，发生在主固结之后。若地基土由可塑性大的土或有机土组成，次压缩沉降必占地基总沉降中很可观的一部分。

除了以上的一些方法外，沉降量也可以通过原位试验来估计，常用的有平板载荷试验法、静力触探法、标准贯入试验法和旁压试验法。也可以通过现场实测资料来推算总沉降，比如对数曲线法、Asaoka切法、双曲线法、灰色系统理论、遗传算法等。有限元法、有限差分法和集总参数法等数值计算方法也越来越多地应用到地基的沉降计算中。

参考文献：

[1]刘勇健.遗传算法在软土地基沉降计算中的应用[J].工业建筑，2011，（05）.

[2]雷学文，白世伟，孟庆山.灰色预测在软土地基沉降分析中的应用[J].岩土力学.2011，（02）