淺基礎(chǔ)沉降量計算方法評述

金振鵬 范偉偉 郭 哲

(中通鐵塔(北京)工程質(zhì)量檢測中心有限公司，北京 100000)

淺基礎(chǔ)沉降量計算方法評述

金振鵬 范偉偉 郭 哲

(中通鐵塔(北京)工程質(zhì)量檢測中心有限公司，北京 100000)

闡述了常用淺基礎(chǔ)沉降量的計算方法，同時對每一種計算方法做了較為詳細(xì)的分析與評述，指出了分層總和法的不足之處，建議將規(guī)范GBJ 7-89所推薦的地基最終沉降計算方法作為統(tǒng)一方法，并針對實(shí)際問題，提出了實(shí)用的簡化方法。

地基最終沉降量，平均附加應(yīng)力系數(shù)，分層總和法

0 引言

基礎(chǔ)是建筑物的重要組成部分，按其埋置深度可劃分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)兩種類型。

地基(基礎(chǔ))最終沉降量是指地基在建筑物荷載作用下，地基表面的最終穩(wěn)定沉降量。

本文主要通過分層總和法、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》推薦方法這兩種來計算基地最終沉降量。

1 分層總和法

1.1 分層總和法的計算步驟

1)按分層厚度hi≤0.4b(b為基礎(chǔ)寬度)。

2)計算基底中心點(diǎn)下各分層界面處的自重應(yīng)力σc和附加應(yīng)力σz。σz應(yīng)包含相鄰荷載影響。

3)確定地基沉降計算深度zn。地基沉降計算深度也稱為地基壓縮層深度，指基底以下需要計算壓縮變形的土層總厚度。在該深度以下的土層變形較小，可略去不計。確定zn的方法是：該深度處應(yīng)符合σz≤0.2σc的要求；若其下方還存在高壓縮性土，則要求σz≤0.2σc的要求；若其下方還存在高壓縮性土，則要求σz≤0.1σc。

5)從e—p曲線上查得與p1i，p2i相對應(yīng)的孔隙比e1i,e2i。

6)計算各分層土在側(cè)限條件下的壓縮量。計算公式為：

式中：Δsi——第i分層土的壓縮量，mm；εi——第i分層土的平均豎向應(yīng)變；hi——第i分層土的厚度，mm。

7)計算地基的最終沉降量。

其中，n為地基沉降計算深度范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)。

地基最終沉降量計算的分層總和法見圖1。

1.2 分層總和法存在的問題

分層總和法實(shí)際應(yīng)用中易造成較大誤差。造成原因主要與采用的計算模型和土工參數(shù)選取的可靠性有關(guān)。所以只能通過重復(fù)測試以減少誤差。因此在實(shí)際工程中，通過分層總和法所作的一些計算假定并不適用。

1.3 分層總和法的缺陷

分層總和法以中心點(diǎn)的附加應(yīng)力為計算依據(jù)，所算得沉降量比實(shí)際情況偏大。假定基底下的土體完全處于側(cè)限的狀態(tài)，計算沉降較實(shí)際情況偏小。分層總和法計算方法是柔性加載，可調(diào)節(jié)沉降。就分層總和法本身缺陷而言，由其造成的誤差仍未找到方法和修正措施進(jìn)行解決。

2 規(guī)范方法

規(guī)范GBJ 7-89推薦的計算地基最終沉降量的方法就是在分層總和法的基礎(chǔ)上加以修正所得來的。

2.1 采用平均附加應(yīng)力系數(shù)計算沉降量的基本公式

圖2中第i分層土的壓縮量可按下式計算。

Δsi=hi==

(1)

2.2 地基沉降計算深度

規(guī)范方法規(guī)定地基沉降計算深度zn應(yīng)符合下式要求：

表1 Δz值

2.3 地基最終沉降量

規(guī)范推薦的地基最終沉降量計算公式如下：

以上基礎(chǔ)最終沉降計算公式，因基于同一基本假定，且采用的是同一方法，所以有必要將我國現(xiàn)行各有關(guān)設(shè)計規(guī)范中地基最終沉降計算公式統(tǒng)一起來，不斷進(jìn)行完善。

2.4 建議將GBJ 7-89所推薦的地基最終沉降計算方法作為統(tǒng)一方法

1)GBJ 7-89推薦方法較同類方法理論上更為嚴(yán)密。

我國GBJ 7-89運(yùn)用了平均附加應(yīng)力系數(shù)的概念，給出分層壓縮變形量的計算公式如下：

由圖2可見,采用不同的分層壓縮變形量的計算公式，所確定的分層附加應(yīng)力圖的面積是不完全相同的。

在GBJ 7-89中，第i層土附加應(yīng)力圖的面積Ai為：

其中，Ai為zi范圍內(nèi)附加應(yīng)力圖面積；Ai-1為zi-1范圍內(nèi)附加應(yīng)力圖面積。

而第i層土的壓縮變形量為Δsi=Ai/Esi，故可以認(rèn)為GBJ 7-89中的沉降計算公式與同類型計算公式相比，在理論上更為嚴(yán)密。

2)為使計算簡化，均質(zhì)土層無需分層過細(xì)。

GBJ 7-89推薦公式針對均質(zhì)土層采用的是單一的壓縮性指標(biāo)，較其他規(guī)范中的沉降計算公式能大大減少工作量，使計算更為簡化。

3)具有我國自己的特色。

對于GBJ 7-89推薦公式，其計算方法更為簡化，并總結(jié)了大量建筑物沉降觀測資料，引入了沉降計算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)Ψs，在這基礎(chǔ)上對計算結(jié)果進(jìn)行修正，所以該計算方法更具我國特色，使計算值更接近于實(shí)測值。

2.5 《規(guī)范》法計算基礎(chǔ)沉降的幾點(diǎn)見解

應(yīng)用上式，不需計算地基中的附加應(yīng)力分布和各分層的附加應(yīng)力面積Ai，使計算工作得到很大的簡化，體現(xiàn)了《規(guī)范》法簡化沉降計算的優(yōu)點(diǎn)，且避免了分層對計算結(jié)果的影響，計算結(jié)果可靠。

2)確定沉降計算深度zn的判別式：

3 地基最終沉降量計算方法的評價

計算最終沉降量的分層總和法和規(guī)范方法，均假設(shè)地基土在側(cè)向是不能變形的，實(shí)際上只有在某些特殊情況下，才比較接近于此側(cè)限條件，否則將得出偏小的沉降值。基礎(chǔ)的平均沉降量一般取基底中心下的地基附加應(yīng)力來計算。為使按規(guī)范方法計算出的地基沉降值與實(shí)際沉降值更為接近，在計算時還應(yīng)乘上一個沉降計算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

4 基礎(chǔ)沉降量的簡化計算法

計算方法如下：

受壓層內(nèi)附加應(yīng)力總和為：

令

(2)

當(dāng)壓縮層內(nèi)為單一土層時，則地基變形為：

(3)

zn以上厚度為Δz的土層計算沉降值為：

(4)

地基規(guī)范規(guī)定：

(5)

將式(3),式(4)代入式(5)得：

(6)

化簡得：

(7)

(8)

地基變形值：

(9)

對簡化方法的探討：

1)對同一算例，按簡化計算法計算基礎(chǔ)沉降量所用時間是規(guī)范公式計算所用時間的1/50～1/80，可提高計算效率50倍～80倍。2)在地基持力層內(nèi)為均一土層的情況下，按簡化計算法所得的計算結(jié)果與規(guī)范公式計算所得的結(jié)果，基本相同。

5 結(jié)語

分層總和法是計算沉降最常用的方法，但其本身存在的缺陷常常造成較大誤差。GBJ 7-89較分層總和法中更為完善，引入的平均附加應(yīng)力系數(shù)，使理論更為嚴(yán)密，計算方法更趨合理。因此，建議國內(nèi)各部門將我國的基礎(chǔ)沉降計算方法統(tǒng)一起來。同時，通過單一參數(shù)計算地基沉降的簡化計算方法，提高計算效率。

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Approach of calculation method on basic settlement

JIN Zhen-peng FAN Wei-wei GUO Zhe

(Zhongtong Iron Tower(Beijing) Engineering Quality Detection Center Co., Ltd, Beijing 100000, China)

The calculation methods that often used are stated in this paper, and on the basis of analyzing every method, the limit of layerwise summation method is pointed out and the suggestion of adopting united basic settlement calculation method was put forward. At the same time, according to some practical problems, easy method is presented.

final settlement quantity of foundation, mean additional stress coefficient, layerwise summation method

1009-6825(2014)31-0087-03

2014-08-28

金振鵬(1978- )，男，工程師； 范偉偉(1989- )，女； 郭 哲(1990- )，男

TU471.1

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