地基沉降分析与沉降量计算问题的探讨

文/肖红科 邯郸建筑设计有限责任公司 河北邯郸 056000

地基沉降分析与沉降量计算问题的探讨

文/肖红科 邯郸建筑设计有限责任公司 河北邯郸 056000

地基沉降是指地基土层由于受到各种附加应力的作用，土层压密形变、移位而引起的地基表面沉降的现象。过大的地基沉降会对建筑物造成比较大的危害，对建筑物的地基沉降情况进行监测，并采取预防和补救措施，控制地基过大沉降，则首先需要对地基沉降量进行一个较为准确的计算。本文主要对地基沉降的原因和沉降类型进行了分析，并对地基沉降量计算方面的问题进行了探讨。

地基沉降；分析；计算

建筑物地基在长期的荷载作用下，会产生一定量的沉降，尤其是不规则、不均匀的沉降，会导致上层建筑物倾斜、开裂，以致丧失使用功能。因此，地基的过大沉降对于建筑具有极大的危害性，严重影响建筑物的使用功能和使用寿命。进行地基沉降计算，通过对沉降量数据的分析和研究，可以有效地预测和掌握地基沉降的趋势和状况，对于建筑物的选址、设计以及建筑物的维修、维护，保证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

地基产生沉降的原因主要是由于地基受到外部荷载作用造成的。在建筑物修建之前，地基土层本身就存在着由土体自身重力而形成的自重应力，这种自重应力的相对稳定基本维持了地基土层受力和结构的稳定。建筑施工建设改变了地基土层原来的受力状态，建筑物荷载通过基础底面传递给地基，使地基土层受到了极大的外部荷载作用力，地基土体内部的土粒在荷载作用力下重新排列，原有的内部应力也随之发生改变。在竖向、侧向、横向三向应力分量作用下，使地基在各方向上产生不同的形变，导致地基各点的竖向和侧向位移，其中地基表面的竖向变形被称为地基的基础沉降。在实际中，建筑物荷载作用力和地基均匀性总是存在或多或少的差异的，致使地基各部分的受力情况有所不同，地基各部分的沉降也总是不均匀的。这种不均匀的沉降使得地基上层建筑物相应地产生额外的应力和不规则形变，如果地基沉降过大的话，超过了一定限度，将导致建筑物歪斜、开裂，丧失使用功能，甚至完全损坏。例如建筑物墙体开裂、高耸建筑物倾斜或是与建筑物连接的管道断裂等等。

2、地基沉降的分类

在长期的荷载作用下，建筑地基产生的沉降，其最终沉降量可分为初始沉降、主固结沉降和次固结沉降三个部分，在进行地基沉降计算时，需要对三个部分进行综合考虑。

2.1 初始沉降

初始沉降又称瞬时沉降，是指荷载开始对地基产生做用力的短时间内，土体变形而引起的沉降。由于瞬时作用力使饱和软土孔隙水来不及排出，因而土体只发生了形变而没有体变。初始沉降并不是最终沉降量的主要部分，当荷载施加在饱和软土地基上时，尤其是临时的大量荷载，会是地基产生较为明显的瞬时沉降，由此而形成的沉降会占到总沉降量的相当部分，此时应对初始沉降量进行估算。

2.2 主固结沉降

主固结沉降是地基沉降计算的主要部分。主固结沉降是指地基处于较稳定的长期荷载作用下，随着时间的延长，地基孔隙水不断排出而形成的沉降。主固结沉降发生在荷载施加作用时到孔隙水压力消除之后，主固结沉降持续时间长，对地基沉降的影响较大。

2.3 次固结沉降

次固结沉降取量决于土骨架本身的蠕变性质，是指地基土中孔隙水消除，有效应力增长基本不变之后，随时间延长，土体缓慢变形所引起的沉降。这种变形既包括体积变化，又包括剪应变，且与孔隙水排出无关。

3、地基沉降的计算。

地基沉降的计算方法可以分为四大类，即弹性理论法、工程方法、数值分析法和经验公式法。弹性理论法对于均质的、弹性的、各自同行的半空间体，其计算较为精确，该方法主要用于计算瞬时沉降量；工程方法是通过弹性理论来对地基中的附加应力进行计算，由应力致应变关系来确定沉降量，该方法计算结果是包括了主固结沉降和瞬时沉降之和，应用范围也最为广泛；数值分析法计算参数较多，程序较为复杂，难于操作，一般只用于重要工程的沉降计算；经验公式法采用各种经验公式直接进行沉降计算，同时原位实验可以直接准确地反应地基土的力学性质，对于沉降计算，具有其独特的优势。

3.1 瞬时沉降量的计算

由于剪应力作用，地基内部会产生剪切变形和附加沉降，该变形和沉降量随荷载增加而增大。该沉降没有专门的、合适的计算方法，一般都是在计算固结沉降量时，根据附加沉降情况对计算结果进行修正，来得到最终沉降量的。

3.2 主固结沉降量的计算

对于主固结沉降，分层总和法是最为经典的，应用最普遍的计算方法。分层总和法应用了弹性理论计算，是在地基沉降计算深度范围内，将其划分为若干层次，对各分层土体的压缩量进行计算，然后将结果相加从而得到最终的沉降量。具体操作步骤如下：（1）根据土体性质和相关要求对地基进行分层，地下水位和各天然土层界面必须作为分层界面，且各分层的厚度不能大于0.4B（B为基底宽度）；（2）计算各分层的自重应力；（3）计算各分层点的附加应力，并计算出各分层界面处附加应力的平均值；（4）将各分层附加应力平均值和自重应力平均值相加，得到该分层受压后所受总应力并由此确定压缩层厚度；（5）计算出各分层的压缩量，将其相加得到最终沉降量。分层总合法计算沉降时，通常是将情况理想化，假定地基土压缩时是没有侧向变形，因此其计算结果较实际来说一般偏小，为了得到较为准确的计算结果，首先在对土层分层时需合理掌握，避免分层过大造成较大的计算误差，进行计算时通常选取取基底中心点下附加应力。规范推荐法是对分层总和法的修正，在计算时考虑了土质类型、荷载性质等因素，采用修正系数，修正计算结果，提高了沉降计算的准确度。

3.3 次固结沉降量的计算

次固结沉降量一般比主固结沉降量要小很多，常可以忽略不计，但对于极软的粘性土，次固结沉降量会成为总沉降量当中的重要组成，在计算总沉降量时才应重点注意。

综上所述，地基沉降的各种计算方法各有特点，在进行计算时，应根据实际情况酌情采用，可以尽可能地提高计算的科学性和准确性。