地基沉降計算方法概述

史志峰

（山西宏廈第一建設(shè)有限責任公司，山西 陽泉 045008）

地基沉降計算方法概述

史志峰

（山西宏廈第一建設(shè)有限責任公司，山西 陽泉 045008）

文章主要介紹了地基沉降的幾種計算方法、步驟以及在計算過程中的一些注意事項，希望能為廣大工程技術(shù)人員在實際計算分析時提供理論幫助。

地基沉降；計算步驟；分層總和法；應力面積

1 概述

1.1 地基沉降概念

地基沉降是指地基土層在附加應力（是建筑物修筑后通過基礎(chǔ)傳遞給地基的應力與修建前地基中早已存在著土體自身重力的自重應力的差值）作用下壓密而引起的地基表面的豎直變形。過大的沉降，特別是不均勻沉降，會使上部結(jié)構(gòu)中相應地產(chǎn)生額外的應力和變形，如果應力與變形過大則會使建筑物發(fā)生傾斜、開裂以致不能正常使用。

1.2 地基沉降類型

（1）初始沉降：是指外荷載加上的瞬間，飽和軟土中孔隙水來不及排出時所發(fā)生的沉降，此時土體只發(fā)生形狀變而無體積變形，將這種變形稱之為剪切變形，按彈性變形計算。

（2）主固結(jié)沉降：當施加的外荷載為固定值時地基土中的孔隙水不斷排出過程中發(fā)生的沉降，當孔隙水壓力完全消散之后便不發(fā)生沉降了，它是地基沉降的主要部分。

（3）次固結(jié)沉降：次固結(jié)沉降量通常要比主固結(jié)沉降量小得多，大都可以忽略。但對于特殊性質(zhì)的土如極軟的黏性土等，要對次固結(jié)沉降予以充分重視。

1.3 地基沉降原因

基礎(chǔ)沉降在每個建筑物施工時或建成后一段時間都會發(fā)生，剛建成時沉降較大，越年久沉降越小。只要將沉降量控制在一定的范圍內(nèi)，對建筑物的正常使用影響是不大的。地基沉降的原因有以下幾個方面：

（1）在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，參考地質(zhì)資料的數(shù)據(jù)與實際情況不符合，承載力不足發(fā)生沉降。

（2）上部荷載由于各種原因增加或是分布不均，超過了地基的承載能力。

（3）持力層未全部到中風化基巖或回填土壓實度不夠。

（4）由于地基本身土質(zhì)的原因，如土是濕陷性黃土，這種土有一定承載力，但遇水就會陷下去，地基產(chǎn)生較大的沉降。

2 地基沉降計算方法

2.1 彈性力學計算方法

彈性力學的計算方法可分為集中力作用下和局部荷載作用下兩種情況，該方法是假設(shè)地基為均質(zhì)線性變形半空間體，以Boussinesq課題的位移解為依據(jù)的。用此方法計算的基礎(chǔ)最終沉降量是偏大的。這是因為彈性力學公式是按勻質(zhì)線性變形半空間的假設(shè)得到的，而實際上地基常常是非均質(zhì)的成層土，其另一個缺點是無法考慮相鄰基礎(chǔ)的影響。

2.2 分層總和法

分層總和法是先求出地基土的豎向應力，采用室內(nèi)壓縮曲線或相應的壓縮性指標，壓縮系數(shù)或壓縮模量計算壓縮量的方法，該方法是在計算深度范圍內(nèi)劃分為若干層，分別計算每層的壓縮量，最后求其總和，這種方法沒有考慮地基土的前期應力。

在王鐵行、趙樹德所寫的文章《計算地基沉降分層總和法缺陷的分析及改進》中指出，分層總和法是計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較大的誤差。筆者對誤差進行分析并通過大量有限元計算，查明了誤差的大小及分布規(guī)律，并得出了適用于均質(zhì)地基及一般層狀地基的修正方法，通過工程實例驗證了該方法，此方法對分層總和法的修正優(yōu)于地基基礎(chǔ)規(guī)范法[1]。

陳祥福教授首次提出考慮深基坑支護結(jié)構(gòu)作用的沉降計算方法、綜合系數(shù)法和斜層臺階分層總和法。運用該方法計算出的數(shù)值十分接近于實測數(shù)據(jù)。他結(jié)合對青島中銀大廈5年多的沉降觀測資料，采用有限元法等3種方法計算其沉降，理論計算值與實測結(jié)果比較接近。

2.3 應力面積法

《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GBJ 7—89）所說的地基最終沉降量計算方法是采用側(cè)限條件的壓縮性指標，并運用了平均附加應力系數(shù)計算，同時也提出了地基的沉降計算經(jīng)驗系數(shù)，使得計算成果更為準確。采用該方法時要特別注意選取適合的壓縮性指標，因為沉降計算的準確性與土的壓縮特性指標有著密切的關(guān)系。

在陳光敬、于立所寫的文章《基于Mindlin解的樁基礎(chǔ)最終沉降計算的應力面積法》中指出，利用Mindlin豎向附加應力公式，通過積分得到地基內(nèi)矩形面積上三角形分布荷載作用下角點下豎向附加應力解析式，并通過對地基內(nèi)矩形面積上均布和三角形分布載荷作用下角點下豎向附加應力公式關(guān)于深度進行積分，得到了計算角點下豎附加應力面積的解析式，根據(jù)解析式制表格，可供運用應力面積法進行群樁實體基礎(chǔ)等的最終沉降計算時查用[2]。

3 結(jié)束語

達到最終沉降量的時間取決于地基排水條件。對于砂土，施工結(jié)束后就可以完成；對于黏性土，則需要幾年、十幾年、幾十年乃至更長時間。在計算最終沉降量的過程中應當注意以下幾個問題：

（1）應力與應變的關(guān)系：在應用彈性理論計算地基沉降時，一般將地基假設(shè)成直線變形體，但不論是工程實踐還是室內(nèi)試驗都證明：對于低壓縮性的土，當荷載不大、基底平均壓力不超過土的比例界限時，應力和應變成直線關(guān)系。而當荷載增大后，應力和應變間的關(guān)系就是非線性的。為了反映高壓縮性土變形的真實情況，就有必要把土看成作為非線性變形體。

（2）壓縮性較大的地基，計算往往小于實測值；對于壓縮性小的地基，則恰恰相反。為了提高地基變形計算的精度，在對比總結(jié)了一些地基變形計算與實測的基礎(chǔ)上，對不同壓縮的地基，《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》提出了相應的修正系數(shù)ψ，并認為只有正確選用了ψ，就能使地基變形計算的精確度普遍有所提高，但修正系數(shù)ψ的確定還不是很精確。

［1］王鐵行，趙樹德.計算地基沉降分層總和法缺陷的分析及改進［J］.工程技術(shù)，1996，（28）.

［2］陳光敬，于立，基于Mindlin解的樁基礎(chǔ)最終沉降計算的應力面積法［J］.工程技術(shù)，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，山西陽泉人，畢業(yè)于山西師范大學，助理工程師。