地基设计中的沉降计算

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1、地基设计中的沉降计算摘要：在建筑物自重和荷载的作用下，土地基产生沉降变形的根本原因是土具有可变形的压缩性能，而土的压缩性大小及其特征是计算地基沉降的一个重要参数，本文就关于水工建筑物地基沉降计算的理论根据和常用方法及预防措施作一浅述。关键词：土建工程地基沉降计算为了保证建筑物的安全和正常使用，对建在可压缩地基上的建筑物，尤其是比较重要的建筑物在地基设计时必须计算其可能产生的最大沉降量和沉降差，确保在规范所规定的允许范围内，否则就必须采取加固改善地基的工程措施或改变上部结构物和基础的设计。1　理论根据土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的性能，有关研究结果表明，作为三相系的土，

2、在工程实践中常达到的压力（约＜600ＫＰａ＝作用下，土粒本身和孔隙中的水、气压缩量极小，可忽略不计，但在外荷作用下，土体中土粒间原有的联结可能受到削弱或破坏，从而产生相对的移动，土粒重新排列，相互挤紧从而导致土体孔隙中的部分水、气将被排出，土的孔隙体积便因此缩小，导致土体体积变小，其压缩量随时间增长的过程，称为土的固结。固结问题和固结特性是作为多相介质的土体所特有的区别其它工程材料的一个独特性质。对一般粘性土而言，通常所说的基础沉降一般都是指固结沉降，目前在工程中广泛采用的计算方法是以无侧向变形条件下的单向压缩分层总和法，首先确立应力--应变关系，广泛采用材料力学中的广义虎克

3、定律，即土体的应力与应变假定为线性关系，这里的压缩模量Ｅｓ或变形模量Ｅ0的地位（三维条件下还有土的侧膨胀系数即泊松比ｕ）均相当于虎克定律中的杨氏模量的地位和作用。但是土体毕竟不是理想弹性体，从土的室内压缩试验中的土的回弹、再压曲线可知，土体的变形是由弹性变形和塑性变形两部份组成，所以回弹曲线与再压曲线能构成一个迥滞环，同时应力的状态、大小以及排水条件等的不同，均会使土的变形（沉降）发生变化，从而导致计算的变形参数产生相应的改变，且使理论计算结果与现场实测发生差异，这样，即使是最接近实际的三维变形状态并考虑土体固结过程中的侧向变形时，理论计算的沉降值也必须用沉降计算经验系数ｍｓ

4、进行修正，这些变形计算参数可通过室内或现场试验的方法确定。2　有关计算参数的确定在进行地基设计之前，先通过勘探和原位试验（如荷载试验，旁压试验）或室内压缩试验，测定有关计算沉降的土工参数。试样无侧向变形的压缩试验结果，可用压缩曲线或称ｅ－ｐ（ｅ～ｌｏｇｐ）曲线表示，并得出反映土压缩性高低的两个指标（压缩系数ａｖ、压缩指数Ｃ），同时为了研究土的回胀特性，亦可进行减压试验，得出土的回弹、再压曲线。ａｖ＝（ｅ1－ｅ2）／（ｐ2－ｐ1）＝－Δｅ／ΔｐＣｃ＝（ｅ1－ｅ2）／（ｌｏｇｐ2－ｌｏｇｐ1）＝－Δｅ／ｌｏｇ（ｐ2／ｐ1）压缩系数不是常量，它随压力增量的增大而减小。在我国《工业民

5、用建筑地基基础设计规范》按ａ1－2值的大小（即Ｐ1＝100ＫＰａ，Ｐ2＝200ＫＰａ），划分土的压缩性。而压缩指数在较高的压力范围内基本为常量。通过两种图示曲线可以算出：ａｖ＝0.435／ｐ·Ｃｃ为所研究压力范围内的平均压力3　不同固结条件下的沉降计算如前所述目前工程中广泛采用的分层总和法，该法按照压缩曲线所取坐标的不同，又可分为ｅ－ｐ曲线法和ｅ－ｌｏｇｐ曲线法。在进行地基沉降计算时，先要确定地基的沉降深度（即压缩层的界定），对于天然沉积的土层，土体本身已在自重作用下压缩稳定，所以地基中的初始应力δＺ随深度的分布即为土的自重应力分布。而地基土的压缩变形是由外界压力（沉降计算压

6、力）在地基中引起的附加应力δＳ产生的，在理论上附加应力可深达无穷远。但目前在水利工程中通常按竖向附加应力δＺ与自重应力δＳ之比确定地基沉降计算深度，对一般性粘土取δＺ＝0.2δＳ，对软粘土取δＺ＝0.1δＳ。3.1　ｅ-ｐ曲线法计算公式为第ｉ分层的压缩量Ｓｉ＝（ｅ1ｉ－ｅ2ｉ）／（1＋ｅ1ｉ）·Ｈｉ　（1－1）Ｈｉ--第ｉ分层的厚度地基的最终沉降量　（1－2）　　有时勘测单位提供的不是压缩曲线，而是其他压缩性指标，可换算为：Ｓｉ＝ａｖ／（1＋ｅ1）·ΔＰ·Ｈｉ＝ｍｖ·ΔＰ·Ｈｉ＝1／Ｅｓ·ΔＰ·ＨｉΔＰ--压力增量　　ｍｖ--土的体积压缩系数　　ａｖ--土的压缩系数　　Ｅｓ-

7、-土的压缩模量　　在计算过程中应注意首先要根据建筑物基础的尺寸，判别在计算基底压力和地基中附加应力时是属于空间问题还是平面问题，再按荷载性质求出基底压力Ｐ的大小和分布。应当注意，当基础有埋置深度Ｄｆ时，应当采用基底净压力Ｐｎ＝Ｐ－ｒ·Ｄｆ，然后求出计算点垂线上各分层的竖向附加应力δＺ，并绘出它的分布曲线，按算术平均计算出各分层的平均自重应力δｓｉ和平均附加应力δｚｉ进行累加，在ｅ－ｐ曲线中查出相应的初始孔隙比ｅ1ｉ和压缩稳定后孔隙比ｅ2ｉ，从而计算出各分层压缩量（式1－1），并进行累加后得出地基的最终沉