基于高层深地基的沉降措施及计算方法探讨

　　【摘要】本文就生活中常见的高层建筑地基处理问题作简单的讨论。笔者从高层建筑基础选型入手，具体探讨了防止不均匀沉降损害的措施及地基设计中的沉降计算方面的知识与经验。

　　关键词： 高层深地基   沉降措施  计算方法

　　中图分类号：TU47           文献标识码：A                 文章编号：

　　引言

　　基础是建筑物和地基之间的连接体。基础把建筑物竖向体系传来的荷载传给地基。从平面上可见，竖向结构体系将荷载集中于点，或分布成线形，但作为最终支承机构的地基，提供的是一种分布的承载能力。

　　一、高层建筑基础选型的意义分析

　　房屋基础设计应根据工程地质和水文地质条件、建筑体型与功能要求、荷载大小和分布情况、相邻建筑基础情况、施工条件和材料供应以及地区抗震烈度等综合考虑，选择经济合理的基础型式。

　　高层建筑基础工程的重要性,表现在基础工程在高层建筑的工程造价中占有较大的比重。选择合理的基础形式与计算方法,是保证建筑结构安全,降低工程造价的一个有效措施。

　　另外，高层建筑基础形式的多样性和影响因素的复杂性对其造成了一定的难度。因此,选择合理的基础形式对缩短施工工期也是具有重要意义的。

　　二、防止不均匀沉降损害的措施

　　1、体型应力求简单

　　地基条件不好时，在满足使用要求的前提下，应尽量采用简单的建筑体型，如长高比小的等高“一”字型建筑物。实践表明，这样的建筑物，由于整体刚度好，地基受荷均匀，所以较少发生开裂。

　　平面形状复杂的建筑物，纵、横单元交叉处基础密集，地基中由各单元荷载产生的附加应力互相重叠，必须出现比别处大的沉降，加之这类建筑物的整体性差，各部分的刚度不对称，很容易遭受地基不均匀沉降的损害。

　　2、合理布置墙体

　　砌体承重房屋的长高比大，整体刚度就差，纵墙很容易因挠曲过度而开裂。对于平面简单，内、外墙贯通，横墙间隔较小的房屋，长高比的控制可适当放宽。

　　合理布置纵、横墙，是增强砌体承重结构房屋整体刚度的重要措施之一。一般房屋的纵向刚度较弱，故地基不均匀沉降的损害主要表现为纵墙的挠曲破坏。内、外墙的中断、转折，都会削弱建筑物的纵向刚度。地基不良时，应尽量内、外墙都贯通，纵横墙的联结形成了空间刚度，缩小横墙的间距，可有效地改善房屋的整体性，从而增强了调整不均匀沉降的能力。

　　3  、设置沉降缝

　　用沉降缝将建筑物（包括基础）分割为两个或多个独立的沉降单元，可有效地防止地基不均匀沉降产生的损害，分割出的沉降单元，原则上都要求具备体型简单、长高比小、结构类型不变以及所在处的地基比较均匀等条件。

　　4、相邻建筑物基础间净距规定

　　地基中附加应力向外扩散，使得相邻建筑的沉降互相影响，在软弱地基上，两建筑物的距离太近时，相互影响产生的附加不均匀沉降，可能造成建筑物的开裂或互倾。

　　为了避免相邻影响的损害，软弱地基上的建筑物基础之间要有一定的净距，其值视地基的压缩性、影响建筑物的规模和重量、以及被影响建筑物的刚度等因素而定。

　　三、沉降计算

　　1、计算参数的确定

　　在设计之前，先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，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。其中，压缩系数不是常量，它随压力增量的增大而减小。

　　2、不同固结条件下的沉降计算

　　在进行地基沉降计算时，先要确定地基的沉降深度，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。

　　地基土的压缩变形是由外界压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。

　　（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

　　式中：Ｈｉ--第ｉ分层的厚度；

　　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·Ｈｉ

　　式中：ΔＰ--压力增量

　　ｍｖ--土的体积压缩系数

　　ａｖ--土的压缩系数

　　Ｅｓ--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。

　　（2）ｅ-ｌｏｇｐ曲线法

　　按ｅ-ｌｏｇｐ曲线法来计算地基的沉降与ｅ－ｐ曲线一样，每一分层压缩量计算公式仍为Ｓ＝（ｅ1－ｅ2）／（1＋ｅ1）·Ｈ，与前述利用ｅ－ｐ曲线或压缩系数ａｖ计算的方法步骤基本相同，所不同的只是选用压缩性指标和确定初始及最终孔隙比的手段不同，须由现场压缩曲线求得。经推导可得出用ｅ-ｌｏｇｐ曲线或压缩指数Ｃｖ的沉降计算公式为：

　　Ｓ＝Ｈ·ＣＣ／（1＋Ｅ0）·ｌｏｇ（ｐ0＋Δｐ）／ｐ0

　　由于土的应力历史对土的压缩性能有较大影响，应先推估土的受荷历史和计算未来在建筑物荷载作用下，土可能产生的新的压缩变形。

　　确定了土的固结性质，并分别确定正常固结土和超固结土的现场压缩曲线，这里仅示出推求结果。

　　经过大量研究者的证实，无论土受何等程度的扰动，在室内进行压缩试验时，所得的多条ｅ－ｌｏｇｐ曲线在0.42ｅ0处附近都趋于一点，由此推算土的现场压缩曲线势必也通过该点。同时假定试样的孔隙比还能保持现场原位条件下的数值ｅ0。另外在超固结土中由室内的回弹再压曲线可知在曲线中存在一个滞后环，其斜率应为超固结土的超固结段压缩量的膨胀指数Ｃｓ，超固结土在压缩应力ΔＰ作用下的压缩量就由超固结段的压缩量Ｓ1和正常固结段的压缩量Ｓ2两部分总和而成。其计算公式为：

　　Ｓｉ＝Ｓ1＋Ｓ2＝Ｈｉ／（1＋ｅ0）·（Ｃｓ·ｌｏｇｐｃ／ｐ0＋Ｃｃ·ｌｏｇ（ｐ0＋Δｐ）／ｐｃ）

　　当Δｐ较小，ｐ0＋Δｐ＜ｐｃ（先期固结压力）时，则土始终处于超固结状态，此时土层的压缩量计算公式简化为

　　ＳＩ＝Ｈｉ／（1＋ｅ0）·（Ｃｓ·ｌｏｇ（ｐ0＋Δｐ）／ｐｃ）

　　3、关于初始沉降及次固结沉降的计算

　　实际地基的地质条件往往较为复杂，有时可压缩的软土层分布较厚或土层分布不均，基底面又不是排水面，对较软的粘性（亚粘性）土来说，次固结沉降在总沉降中占有一定比例，这时初始沉降就不可忽视；又如砂性较重的地基，由于固结排水速率很快，初始沉降与固结沉降这两部分已融合一起难以区分，这些都必须计算初始沉降或次固结沉降。由于篇幅有限，具体计算过程在此不再赘述。

　　当然在工程设计中，有时我们不但需要预估建筑物基础可能产生的最终沉降量或沉降差，而且还常常需要预估基础达到最终沉降量所需的时间或者预估建筑物完工以后经过某一段时间可能产生的沉降量，即基础的沉降量与时间关系的问题，目前多以饱和土体单向固结理论（一维固结理论）为基础进行求解（当然还有二维、三维固结理论，分别用于解决土坝和砂井、塑管排水法加固地基问题），这里就不再一一叙述。

　　结束语

　　基础是上部结构的根本，又因为地基的复杂性和区域性，合适的地基处理和适当的基础选型变得尤为重要。因此在建筑设计中严格按照规范要求，并结合当地的实际情况进行地基和基础的设计，并要进行综合分析对比，最终确定一个经济合理的方案。当然，这也需要我们工程师门的责任心和不懈努力。

　　参考文献

　　[1]《建筑地基基础设计规范》GBJ-7-89

　　[2]《建筑地基基础勘察设计规范》DBJ13-17-91

　　[3]《建筑桩基技术规范》 JGJ94-94

　　[4]《建筑地基处理技术规范》 GBJ79-91