地基沉降

地基沉降是指地基土層在附加應力作用下壓密而引起的地基表面下沉。過大的沉降，特別是不均勻沉降，會使建築物發生傾斜、開裂以致不能正常使用。現有地基沉降預測方法受其假設條件與實際存在較大不符的限制，所得沉降預測結果往往與實測沉降值之間存在較大差異。對地基沉降預測方法的研究有待進一步的發展。

基本介紹

• 中文名：地基沉降
• 外文名：ground settlement
• 類型：名詞
• 領域：建築
• 相關：地基

基本概念

建築物和土工建築物修建前，地基中早已存在著由土體自身重力引起的自重應力。建築物和土工建築物荷載通過基礎或路堤的底面傳遞給地基，使天然土層原有的應力狀態發生變化，在附加的三向應力分量作用下，地基中產生了豎向、側向和剪下變形，導致各點的豎向和側向位移。地基表面的豎向變形稱為地基沉降，或基礎沉降。

沉降原因

由於建築物荷載差異和地基不均勻等原因，基礎或路堤各部分的沉降或多或少總是不均勻的，使得上部結構或路面結構之中相應地產生額外的應力和變形。地基不均勻沉降超過了一定的限度，將導致建築物的開裂、歪斜甚至破壞，例如磚牆出現裂縫、吊車輪子出現卡軌或滑軌、高聳構築物傾斜、機器轉軸偏斜、與建築物連線管道斷裂以及橋樑偏離墩台、梁面或路面開裂等。

沉降類型

建築地基在長期荷載作用下產生的沉降，其最終沉降量可劃分為三個部分：初始沉降（或稱瞬時沉降）、主固結沉降（簡稱固結沉降）及次固結沉降。

初始沉降

初始沉降又稱瞬時沉降，是指外荷加上的瞬間，飽和軟土中孔隙水尚來不及排出時所發生的沉降，此時土體只發生形變而沒有體變，一般情況下把這種變形稱之為剪下變形，按彈性變形計算。在飽和軟粘土地基上施加荷載，尤其如臨時或活荷載占很大比重的倉庫、油罐和受風荷載的高聳建築物等，由此而引起的初始沉降量將占總沉降量的相當部分，應給以估算。

主固結沉降

主固結沉降是指荷載作用在地基上後，隨著時間的延續，外荷不變而地基土中的孔隙水不斷排除過程中所發生的沉降，它起於荷載施加之時，止於荷載引起的孔隙水壓力完全消散之後，是地基沉降的主要部分。次固結沉降在固結沉降穩定之前就可以開始，一般計算時可認為在主固結完成（固結度達到100%）時才出現。

次固結沉降

次固結沉降量常比主固結沉降量小得多，大都可以忽略。但對極軟的粘性土，如淤泥、淤泥質土，尤其是含有腐殖質等有機質時，或當深厚的高壓縮性土層受到較小的壓力增量比作用時，次固結沉降會成為總沉降量的一個主要組成部分，應給以重視。

計算方法

分層總和法

分層總和法是在地基沉降計算深度範圍內劃分為若干層，計算各分層的壓縮量，然後求其總和。計算時應先按基礎荷載、基底形狀和尺寸、以及土的有關指標確定地基沉降計算深度，且在地基沉降計算深度範圍內進行分層，然後計算基底附加應力，各分層的頂、底面處自重應力平均值和附加應力平均值。通常假定地基土壓縮時不允許側向變形（膨脹），即採用側限條件下的壓縮性指標。為了彌補這樣得到的沉降量偏小的缺點，通常取基底中心點下的附加應力sz進行計算。

有限元法

這種方法適用於連續介質，對於一般土體可以採用非線性彈性本構模型或彈塑性本構模型，考慮複雜的邊界條件、土體應力應變關係的非線性特性、土體的應力歷史和水與骨架上應力的耦合效應，可以考慮土與結構的共同作用、土層的各向異性，還可以模擬現場逐級加荷，能考慮側向變形及三維滲流對沉降的影響，並能求得任意時刻的沉降、水平位移、孔隙壓力和有效應力的變化。從計算方法上來說，由於其計算參數多，且需通過三軸試驗確定，程式複雜難以為一般工程設計入員接受，在實際工程中沒有得到普遍套用，只能用於重要工程、重要地段的地基沉降的計算。

規範法

《建築地基基礎設計規範》（GBJ 7-89）所推薦的地基最終沉降量計算方法是另一種形式的分層總和法。它也採用側限條件的壓縮性指標，並運用了平均附加應力係數計算，還規定了地基沉降計算深度的標準以及提出了地基的沉降計算經驗係數，使得計算成果接近於實測值。

計算注意事項

地基沉降計算中注意的幾個問題：

深度計算方法

沉降計算深度可採用《建築地基基礎規範》（GB50007-2002）中的方法來確定。

應力和變形的關係

在有關地基土中的應力和變形中，都把地基假設成直線變形體，從而直接套用了彈性理論解答。實踐表明：對於低壓縮性的土，當建築物的荷載不大，基礎底面的平均壓力不超過土的比例界限時，它的應力和應變成直線關係，可以得到與彈性理論解答相近的結果。而當荷載增大後，情況卻大不相同。又如高壓縮性的軟土在一開始它的應力和應變間的關係就是非線性的。因此，為了研究高壓縮性土的變形和反映在更大的荷載範圍下的變形的真實情況，就有必要把土看成作為非線性變形體。

土的壓縮性指標的選定

從基礎最終沉降量計算公式可以看出：基礎沉降計算的準確性與土的壓縮特性指標有著密切的關係，有時，由於壓縮性指標選用不當，或根本不可靠，使得沉降計算完全失去意義。土的壓縮性指標應該完全反映出土在天然的狀態下受建築物的荷載後的實際變形特徵，但是，在現有條件下，室內實驗與荷載實驗時地基上所保持的應力狀態和變形條件都和實際有所區別，而且對於不同的土和不同的實驗條件，這些差別也不一樣。

精確度問題

對於壓縮性較大的地基，計算往往小於實測值；對於壓縮性小的地基，則恰恰相反。為了提高地基變形計算的精度，在對比總結了一些地基變形計算與實測的基礎上，對不同壓縮的地基，《建築地基基礎設計規範》提出了相應的修正係數ψ，並認為只有正確選用了ψ，就能使地基變形計算的精確度普遍有所提高。但是，修正係數ψ的確定還不是很精確。

監測方法

隨著沿海地區經濟建設的飛速發展，以淤泥質軟粘土為地基的工程建設事業也得到了迅猛發展。如何在已定的工期內，在滿足工後沉降的條件下，確定可靠的地基處理設計方案、合理計畫施工進度，成為軟基工程中迫切需要解決的重大課題。進行地基沉降預測是解決這一課題的必然途徑。 近幾十年來，各國學者在地基沉降預測領域內開展了大量深入廣泛的研究，取得了大量成果，但是由於軟土自身工程特性極為複雜，加上上部荷載與上部結構的影響，使得軟基土層沉降機理變得十分複雜。現有地基沉降預測方法受其假設條件與實際存在較大不符的限制，所得沉降預測結果往往與實測沉降值之間存在較大差異。對地基沉降預測方法的研究有待進一步的發展。

監測點布置

沉降監測採用精密水準測量的方法，測定布設於建築物上測點的高程，通過監測測點的高程變化來監測建築物的沉降情況，在周期性的監測過程中，一旦發現下沉量較大或不均勻沉降比較明顯時，隨時報告施工單位。根據建築施工規程要求和地基不均勻沉降將引起建築破壞的機理，一般應在建築物圍牆每個轉折點連線處設一個監測點。

控制點布設

由於控制點是整個沉降監測的基準，所以在遠離基坑比較安全的地方布設2個控制點。每次監測時均應檢查控制點本身是否受到沉降的影響或人為的破壞，確保監測結果的可靠性。

注意事項

（1）建築物沉降監測點與基點構成閉合水準測線。

（2）沉降監測按國家一等水準測量規範要求實測。

（3）監測儀器採用DS05 級索佳B1自動安平精密水準儀，視線長度嚴格控制在30m以內，前後視距差<0.5m，任一測站前後視距差累積<±1.5m，視線高度(下絲讀數)>0.5m。

（4）在各測點上安置水準儀三腳架時，控制使其中兩腳與水準路線的方向平行，第三腳輪換置於路線方向的左側與右側。

（5）在同一測站監測時，不進行兩次調焦，轉動儀器的傾斜螺旋和測微鼓時，其最後旋轉方向均應為旋進。

（6）水準測量測點間的站數控制為偶數站。

（7）測站觀測限差，基輔分劃讀數之差不超過0.3mm，基輔分劃所測高度之差不超過0.4mm，測站觀測誤差超限，在發現後立即重測，若遷站後才檢查發現，從基點開始，重新觀測。

（8）水準測量的環閉合差不得超過2Fmm。其中，F為環線長度0km。監測過程中，對此嚴格執行，一旦超限，立即重新監測以確保監測精度。