地基沉降分析與沉降量計算問題的探討

【摘要】地基沉降是指地基土層由于受到各種附加應力的作用，土層壓密形變、移位而引起的地基表面沉降的現象。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測，并采取預防和補救措施，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，會產生一定量的沉降，尤其是不規則、不均勻的沉降，會導致上層建筑物傾斜、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，通過對沉降量數據的分析和研究，可以有效地預測和掌握地基沉降的趨勢和狀況，對于建筑物的選址、設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力，這種自重應力的相對穩定基本維持了地基土層受力和結構的穩定。建筑施工建設改變了地基土層原來的受力狀態，建筑物荷載通過基礎底面傳遞給地基，使地基土層受到了極大的外部荷載作用力，地基土體內部的土粒在荷載作用力下重新排列，原有的內部應力也隨之發生改變。在豎向、側向、橫向三向應力分量作用下，使地基在各方向上產生不同的形變，導致地基各點的豎向和側向位移，其中地基表面的豎向變形被稱為地基的基礎沉降。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地產生額外的應力和不規則形變，如果地基沉降過大的話，超過了一定限度，將導致建筑物歪斜、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，建筑地基產生的沉降，其最終沉降量可分為初始沉降、主固結沉降和次固結沉降三個部分，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生做用力的短時間內，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部分，此時應對初始沉降量進行估算。

2.2主固結沉降

主固結沉降是地基沉降計算的主要部分。主固結沉降是指地基處于較穩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。主固結沉降發生在荷載施加作用時到孔隙水壓力消除之后，主固結沉降持續時間長，對地基沉降的影響較大。

2.3次固結沉降

次固結沉降取量決于土骨架本身的蠕變性質，是指地基土中孔隙水消除，有效應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，又包括剪應變，且與孔隙水排出無關。

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、數值分析法和經驗公式法。彈性理論法對于均質的、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力進行計算，由應力致應變關系來確定沉降量，該方法計算結果是包括了主固結沉降和瞬時沉降之和，應用范圍也最為廣泛；數值分析法計算參數較多，程序較為復雜，難于操作，一般只用于重要工程的沉降計算；經驗公式法采用各種經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地基土的力學性質，對于沉降計算，具有其獨特的優勢。

3.1瞬時沉降量的計算

由于剪應力作用，地基內部會產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沉降量時，根據附加沉降情況對計算結果進行修正，來得到最終沉降量的。

3.2主固結沉降量的計算

對于主固結沉降，分層總和法是最為經典的，應用最普遍的計算方法。分層總和法應用了彈性理論計算，是在地基沉降計算深度范圍內，將其劃分為若干層次，對各分層土體的壓縮量進行計算，然后將結果相加從而得到最終的沉降量。具體操作步驟如下：（1）根據土體性質和相關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力；（3）計算各分層點的附加應力，并計算出各分層界面處附加應力的平均值；（4）將各分層附加應力平均值和自重應力平均值相加，得到該分層受壓后所受總應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向變形，因此其計算結果較實際來說一般偏小，為了得到較為準確的計算結果，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力。規范推薦法是對分層總和法的修正，在計算時考慮了土質類型、荷載性質等因素，采用修正系數，修正計算結果，提高了沉降計算的準確度。

3.3次固結沉降量的計算

次固結沉降量一般比主固結沉降量要小很多，常可以忽略不計，但對于極軟的粘性土，次固結沉降量會成為總沉降量當中的重要組成，在計算總沉降量時才應重點注意。

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，應根據實際情況酌情采用，可以盡可能地提高計算的科學性和準確性。