【摘要】地基沉降是指地基土層由于受到各種附加應(yīng)力的作用,土層壓密形變、移位而引起的地基表面沉降的現(xiàn)象。過大的地基沉降會對建筑物造成比較大的危害,對建筑物的地基沉降情況進行監(jiān)測,并采取預(yù)防和補救措施,控制地基過大沉降,則首先需要對地基沉降量進行一個較為準確的計算。本文主要對地基沉降的原因和沉降類型進行了分析,并對地基沉降量計算方面的問題進行了探討。
【關(guān)鍵詞】地基沉降;分析;計算
建筑物地基在長期的荷載作用下,會產(chǎn)生一定量的沉降,尤其是不規(guī)則、不均勻的沉降,會導(dǎo)致上層建筑物傾斜、開裂,以致喪失使用功能。因此,地基的過大沉降對于建筑具有極大的危害性,嚴重影響建筑物的使用功能和使用壽命。進行地基沉降計算,通過對沉降量數(shù)據(jù)的分析和研究,可以有效地預(yù)測和掌握地基沉降的趨勢和狀況,對于建筑物的選址、設(shè)計以及建筑物的維修、維護,保證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
地基產(chǎn)生沉降的原因主要是由于地基受到外部荷載作用造成的。在建筑物修建之前,地基土層本身就存在著由土體自身重力而形成的自重應(yīng)力,這種自重應(yīng)力的相對穩(wěn)定基本維持了地基土層受力和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。建筑施工建設(shè)改變了地基土層原來的受力狀態(tài),建筑物荷載通過基礎(chǔ)底面?zhèn)鬟f給地基,使地基土層受到了極大的外部荷載作用力,地基土體內(nèi)部的土粒在荷載作用力下重新排列,原有的內(nèi)部應(yīng)力也隨之發(fā)生改變。在豎向、側(cè)向、橫向三向應(yīng)力分量作用下,使地基在各方向上產(chǎn)生不同的形變,導(dǎo)致地基各點的豎向和側(cè)向位移,其中地基表面的豎向變形被稱為地基的基礎(chǔ)沉降。在實際中,建筑物荷載作用力和地基均勻性總是存在或多或少的差異的,致使地基各部分的受力情況有所不同,地基各部分的沉降也總是不均勻的。這種不均勻的沉降使得地基上層建筑物相應(yīng)地產(chǎn)生額外的應(yīng)力和不規(guī)則形變,如果地基沉降過大的話,超過了一定限度,將導(dǎo)致建筑物歪斜、開裂,喪失使用功能,甚至完全損壞。例如建筑物墻體開裂、高聳建筑物傾斜或是與建筑物連接的管道斷裂等等。
2、地基沉降的分類
在長期的荷載作用下,建筑地基產(chǎn)生的沉降,其最終沉降量可分為初始沉降、主固結(jié)沉降和次固結(jié)沉降三個部分,在進行地基沉降計算時,需要對三個部分進行綜合考慮。
2.1初始沉降
初始沉降又稱瞬時沉降,是指荷載開始對地基產(chǎn)生做用力的短時間內(nèi),土體變形而引起的沉降。由于瞬時作用力使飽和軟土孔隙水來不及排出,因而土體只發(fā)生了形變而沒有體變。初始沉降并不是最終沉降量的主要部分,當(dāng)荷載施加在飽和軟土地基上時,尤其是臨時的大量荷載,會是地基產(chǎn)生較為明顯的瞬時沉降,由此而形成的沉降會占到總沉降量的相當(dāng)部分,此時應(yīng)對初始沉降量進行估算。
2.2主固結(jié)沉降
主固結(jié)沉降是地基沉降計算的主要部分。主固結(jié)沉降是指地基處于較穩(wěn)定的長期荷載作用下,隨著時間的延長,地基孔隙水不斷排出而形成的沉降。主固結(jié)沉降發(fā)生在荷載施加作用時到孔隙水壓力消除之后,主固結(jié)沉降持續(xù)時間長,對地基沉降的影響較大。
2.3次固結(jié)沉降
次固結(jié)沉降取量決于土骨架本身的蠕變性質(zhì),是指地基土中孔隙水消除,有效應(yīng)力增長基本不變之后,隨時間延長,土體緩慢變形所引起的沉降。這種變形既包括體積變化,又包括剪應(yīng)變,且與孔隙水排出無關(guān)。
3、地基沉降的計算。
地基沉降的計算方法可以分為四大類,即彈性理論法、工程方法、數(shù)值分析法和經(jīng)驗公式法。彈性理論法對于均質(zhì)的、彈性的、各自同行的半空間體,其計算較為精確,該方法主要用于計算瞬時沉降量;工程方法是通過彈性理論來對地基中的附加應(yīng)力進行計算,由應(yīng)力致應(yīng)變關(guān)系來確定沉降量,該方法計算結(jié)果是包括了主固結(jié)沉降和瞬時沉降之和,應(yīng)用范圍也最為廣泛;數(shù)值分析法計算參數(shù)較多,程序較為復(fù)雜,難于操作,一般只用于重要工程的沉降計算;經(jīng)驗公式法采用各種經(jīng)驗公式直接進行沉降計算,同時原位實驗可以直接準確地反應(yīng)地基土的力學(xué)性質(zhì),對于沉降計算,具有其獨特的優(yōu)勢。
3.1瞬時沉降量的計算
由于剪應(yīng)力作用,地基內(nèi)部會產(chǎn)生剪切變形和附加沉降,該變形和沉降量隨荷載增加而增大。該沉降沒有專門的、合適的計算方法,一般都是在計算固結(jié)沉降量時,根據(jù)附加沉降情況對計算結(jié)果進行修正,來得到最終沉降量的。
3.2主固結(jié)沉降量的計算
對于主固結(jié)沉降,分層總和法是最為經(jīng)典的,應(yīng)用最普遍的計算方法。分層總和法應(yīng)用了彈性理論計算,是在地基沉降計算深度范圍內(nèi),將其劃分為若干層次,對各分層土體的壓縮量進行計算,然后將結(jié)果相加從而得到最終的沉降量。具體操作步驟如下:(1)根據(jù)土體性質(zhì)和相關(guān)要求對地基進行分層,地下水位和各天然土層界面必須作為分層界面,且各分層的厚度不能大于0.4B(B為基底寬度);(2)計算各分層的自重應(yīng)力;(3)計算各分層點的附加應(yīng)力,并計算出各分層界面處附加應(yīng)力的平均值;(4)將各分層附加應(yīng)力平均值和自重應(yīng)力平均值相加,得到該分層受壓后所受總應(yīng)力并由此確定壓縮層厚度;(5)計算出各分層的壓縮量,將其相加得到最終沉降量。分層總合法計算沉降時,通常是將情況理想化,假定地基土壓縮時是沒有側(cè)向變形,因此其計算結(jié)果較實際來說一般偏小,為了得到較為準確的計算結(jié)果,首先在對土層分層時需合理掌握,避免分層過大造成較大的計算誤差,進行計算時通常選取取基底中心點下附加應(yīng)力。規(guī)范推薦法是對分層總和法的修正,在計算時考慮了土質(zhì)類型、荷載性質(zhì)等因素,采用修正系數(shù),修正計算結(jié)果,提高了沉降計算的準確度。
3.3次固結(jié)沉降量的計算
次固結(jié)沉降量一般比主固結(jié)沉降量要小很多,??梢院雎圆挥?,但對于極軟的粘性土,次固結(jié)沉降量會成為總沉降量當(dāng)中的重要組成,在計算總沉降量時才應(yīng)重點注意。
綜上所述,地基沉降的各種計算方法各有特點,在進行計算時,應(yīng)根據(jù)實際情況酌情采用,可以盡可能地提高計算的科學(xué)性和準確性。