[科普中国]-规范沉降计算法

简介

规范沉降计算法是指国家公布的有关沉降计算标准和方法我国现行 《建筑桩基技术规范》 (JGJ 94—2008)和 《建筑地基基础设计规范》 (GB 50007—2011)均给出了采用实体深基础分层总和法来估算桩基沉降量的计算公式1。桩基规范和地基规范均给出了桩基等效作用面上任一点的最终沉降量的计算公式，但都没有明确规定桩基沉降计算深度按桩基等效作用面上哪个部位计算。实际工作中常采用等效作用面上中心点处的沉降计算深度。由于对桩基等效作用面上不同部位沉降量的计算结果进行修正的沉降计算经验系数相同，因此在不考虑桩基刚度情况下， 采用中心点处的沉降计算深度来估算桩基沉降是否合理， 值得商榷。规范建议的沉降计算方法主要是基于基础小面积 、桩数少的情况和应力区、压缩区集中在加固区的情况得到的。因此该法中应力与模量的修正也主要注重对加固区土层的修正。当面积较大、桩数多的时候，土层压缩和主要应力区会向下卧层集中，此时用规范方法计算沉降会有较大误差。

沉降地基沉降是指地基土层在附加应力作用下压密而引起的地基表面下沉。过大的沉降，特别是不均匀沉降，会使建筑物发生倾斜、开裂以致不能正常使用。现有地基沉降预测方法受其假设条件与实际存在较大不符的限制，所得沉降预测结果往往与实测沉降值之间存在较大差异。建筑物荷载作用，这是普遍存在的因素；地下水位大幅度下降，相当于施加大面积荷载；施工影响，基槽持力层土的结构扰动；振动影响，产生震沉；温度变化影响，如冬季冰冻，春季融化；浸水下沉，如黄土湿陷，填土下沉。固相矿物本身压缩，极小，物理学上有意义，对建 筑工程来说没有意义的；土中液相水的压缩，在一般建筑工程荷载（100-600）Kpa作用下，很小，可不计；土中孔隙的压缩，土中水与气体受压后从孔隙中挤出，使土的孔隙减小。

沉降类型建筑地基在长期荷载作用下产生的沉降，其最终沉降量可划分为三个部分：初始沉降（或称瞬时沉降）、主固结沉降（简称固结沉降）及次固结沉降。

初始沉降

初始沉降又称瞬时沉降，是指外荷加上的瞬间，饱和软土中孔隙水尚来不及排出时所发生的沉降，此时土体只发生形变而没有体变，一般情况下把这种变形称之为剪切变形，按弹性变形计算。在饱和软粘土地基上施加荷载，尤其如临时或活荷载占很大比重的仓库、油罐和受风荷载的高耸建筑物等，由此而引起的初始沉降量将占总沉降量的相当部分，应给以估算。

主固结沉降

主固结沉降是指荷载作用在地基上后，随着时间的延续，外荷不变而地基土中的孔隙水不断排除过程中所发生的沉降，它起于荷载施加之时，止于荷载引起的孔隙水压力完全消散之后，是地基沉降的主要部分。次固结沉降在固结沉降稳定之前就可以开始，一般计算时可认为在主固结完成（固结度达到100%）时才出现。

次固结沉降

次固结沉降量常比主固结沉降量小得多，大都可以忽略。但对极软的粘性土，如淤泥、淤泥质土，尤其是含有腐殖质等有机质时，或当深厚的高压缩性土层受到较小的压力增量比作用时，次固结沉降会成为总沉降量的一个主要组成部分，应给以重视。

两种规范沉降计算区别计算部位：桩基规范法的中心点处的沉降计算深度大于接近角点处的沉降计算深度。地基规范的接近角点处的沉降计算深度大于中心点处的沉降计算深度。

附加应力：桩基规范的沉降计算深度随附加应力增大而增大。地基规范的沉降计算深度与附加应力大小无关。

承台底面宽度：桩基规范的沉降计算深度随承台底面宽度增大而减小；地基规范的沉降计算深度随承台底面宽度增大而增大。

桩长：桩基规范的沉降计算深度随桩长增大而增大；地基规范的沉降计算深度与桩端下压

缩模量大小变化有关。

土的容重：桩基规范的沉降计算深度随土容重增大而减小，有可能出现两个沉降计算深度；地基规范的沉降计算深度与土容重无关。

土的压缩模量：桩基规范的沉降计算深度与土压缩模量无关；地基规范的沉降计算深度随压缩模量增大而减小，有可能出现两个以上的沉降计算深度。

分层总和法分层总和法是在地基沉降计算深度范围内划分为若干层，计算各分层的压缩量，然后求其总和。计算时应先按基础荷载、基底形状和尺寸、以及土的有关指标确定地基沉降计算深度，且在地基沉降计算深度范围内进行分层，然后计算基底附加应力，各分层的顶、底面处自重应力平均值和附加应力平均值。通常假定地基土压缩时不允许侧向变形（膨胀），即采用侧限条件下的压缩性指标。为了弥补这样得到的沉降量偏小的缺点，通常取基底中心点下的附加应力进行计算。国家规范计算地基沉降的方法基础都是分层总和法，本法计算的物理概念清楚, 计算方法也很容易，易于在工程单位推广应用。但该方法本身一些假定与工程实际不符, 同时也与经典弹性解答的假定不一致。 关键在假定土的变形条件为侧限条件，即在建筑物荷载作用下，地基土层只产生竖向压缩变形，侧向不能膨胀变形，与经典弹性理论的假定不一致，也与实际土有一定的差距。