[科普中国]-地基沉降

基本概念

建筑物和土工建筑物修建前，地基中早已存在着由土体自身重力引起的自重应力。建筑物和土工建筑物荷载通过基础或路堤的底面传递给地基，使天然土层原有的应力状态发生变化，在附加的三向应力分量作用下，地基中产生了竖向、侧向和剪切变形，导致各点的竖向和侧向位移。地基表面的竖向变形称为地基沉降，或基础沉降。1

沉降原因由于建筑物荷载差异和地基不均匀等原因，基础或路堤各部分的沉降或多或少总是不均匀的，使得上部结构或路面结构之中相应地产生额外的应力和变形。地基不均匀沉降超过了一定的限度，将导致建筑物的开裂、歪斜甚至破坏，例如砖墙出现裂缝、吊车轮子出现卡轨或滑轨、高耸构筑物倾斜、机器转轴偏斜、与建筑物连接管道断裂以及桥梁偏离墩台、梁面或路面开裂等。1

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。2

计算方法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sz进行计算。2

有限元法这种方法适用于连续介质，对于一般土体可以采用非线性弹性本构模型或弹塑性本构模型，考虑复杂的边界条件、土体应力应变关系的非线性特性、土体的应力历史和水与骨架上应力的耦合效应，可以考虑土与结构的共同作用、土层的各向异性，还可以模拟现场逐级加荷，能考虑侧向变形及三维渗流对沉降的影响，并能求得任意时刻的沉降、水平位移、孔隙压力和有效应力的变化。从计算方法上来说，由于其计算参数多，且需通过三轴试验确定，程序复杂难以为一般工程设计入员接受，在实际工程中没有得到普遍应用，只能用于重要工程、重要地段的地基沉降的计算。2

规范法《建筑地基基础设计规范》（GBJ 7-89）所推荐的地基最终沉降量计算方法是另一种形式的分层总和法。它也采用侧限条件的压缩性指标，并运用了平均附加应力系数计算，还规定了地基沉降计算深度的标准以及提出了地基的沉降计算经验系数，使得计算成果接近于实测值。

计算注意事项地基沉降计算中注意的几个问题：

深度计算方法沉降计算深度可采用《建筑地基基础规范》（GB50007-2002）中的方法来确定。1

应力和变形的关系在有关地基土中的应力和变形中，都把地基假设成直线变形体，从而直接应用了弹性理论解答。实践表明：对于低压缩性的土，当建筑物的荷载不大，基础底面的平均压力不超过土的比例界限时，它的应力和应变成直线关系，可以得到与弹性理论解答相近的结果。而当荷载增大后，情况却大不相同。又如高压缩性的软土在一开始它的应力和应变间的关系就是非线性的。因此，为了研究高压缩性土的变形和反映在更大的荷载范围下的变形的真实情况，就有必要把土看成作为非线性变形体。

土的压缩性指标的选定从基础最终沉降量计算公式可以看出：基础沉降计算的准确性与土的压缩特性指标有着密切的关系，有时，由于压缩性指标选用不当，或根本不可靠，使得沉降计算完全失去意义。土的压缩性指标应该完全反映出土在天然的状态下受建筑物的荷载后的实际变形特征，但是，在现有条件下，室内实验与荷载实验时地基上所保持的应力状态和变形条件都和实际有所区别，而且对于不同的土和不同的实验条件，这些差别也不一样。

精确度问题对于压缩性较大的地基，计算往往小于实测值；对于压缩性小的地基，则恰恰相反。为了提高地基变形计算的精度，在对比总结了一些地基变形计算与实测的基础上，对不同压缩的地基，《建筑地基基础设计规范》提出了相应的修正系数ψ，并认为只有正确选用了ψ，就能使地基变形计算的精确度普遍有所提高。但是，修正系数ψ的确定还不是很精确。2

监测方法随着沿海地区经济建设的飞速发展，以淤泥质软粘土为地基的工程建设事业也得到了迅猛发展。如何在已定的工期内，在满足工后沉降的条件下，确定可靠的地基处理设计方案、合理计划施工进度，成为软基工程中迫切需要解决的重大课题。进行地基沉降预测是解决这一课题的必然途径。 近几十年来，各国学者在地基沉降预测领域内开展了大量深入广泛的研究，取得了大量成果，但是由于软土自身工程特性极为复杂，加上上部荷载与上部结构的影响，使得软基土层沉降机理变得十分复杂。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。对地基沉降预测方法的研究有待进一步的发展。3

监测点布置沉降监测采用精密水准测量的方法，测定布设于建筑物上测点的高程，通过监测测点的高程变化来监测建筑物的沉降情况，在周期性的监测过程中，一旦发现下沉量较大或不均匀沉降比较明显时，随时报告施工单位。根据建筑施工规程要求和地基不均匀沉降将引起建筑破坏的机理，一般应在建筑物围墙每个转折点连接处设一个监测点。

控制点布设由于控制点是整个沉降监测的基准，所以在远离基坑比较安全的地方布设2个控制点。每次监测时均应检查控制点本身是否受到沉降的影响或人为的破坏，确保监测结果的可靠性。

注意事项（1）建筑物沉降监测点与基点构成闭合水准测线。

（2）沉降监测按国家一等水准测量规范要求实测。

（3）监测仪器采用DS05 级索佳B1自动安平精密水准仪，视线长度严格控制在30m以内，前后视距差