【摘要】本文就生活中常見(jiàn)的高層建筑地基處理問(wèn)題作簡(jiǎn)單的討論。筆者從高層建筑基礎(chǔ)選型入手，具體探討了防止不均勻沉降損害的措施及地基設(shè)計(jì)中的沉降計(jì)算方面的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)。

　　關(guān)鍵詞： 高層深地基   沉降措施  計(jì)算方法

　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU47           文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A                 文章編號(hào)：

　　引言

　　基礎(chǔ)是建筑物和地基之間的連接體。基礎(chǔ)把建筑物豎向體系傳來(lái)的荷載傳給地基。從平面上可見(jiàn)，豎向結(jié)構(gòu)體系將荷載集中于點(diǎn)，或分布成線(xiàn)形，但作為最終支承機(jī)構(gòu)的地基，提供的是一種分布的承載能力。

　　一、高層建筑基礎(chǔ)選型的意義分析

　　房屋基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、建筑體型與功能要求、荷載大小和分布情況、相鄰建筑基礎(chǔ)情況、施工條件和材料供應(yīng)以及地區(qū)抗震烈度等綜合考慮，選擇經(jīng)濟(jì)合理的基礎(chǔ)型式。

　　高層建筑基礎(chǔ)工程的重要性,表現(xiàn)在基礎(chǔ)工程在高層建筑的工程造價(jià)中占有較大的比重。選擇合理的基礎(chǔ)形式與計(jì)算方法,是保證建筑結(jié)構(gòu)安全,降低工程造價(jià)的一個(gè)有效措施。

　　另外，高層建筑基礎(chǔ)形式的多樣性和影響因素的復(fù)雜性對(duì)其造成了一定的難度。因此,選擇合理的基礎(chǔ)形式對(duì)縮短施工工期也是具有重要意義的。

　　二、防止不均勻沉降損害的措施

　　1、體型應(yīng)力求簡(jiǎn)單

　　地基條件不好時(shí)，在滿(mǎn)足使用要求的前提下，應(yīng)盡量采用簡(jiǎn)單的建筑體型，如長(zhǎng)高比小的等高“一”字型建筑物。實(shí)踐表明，這樣的建筑物，由于整體剛度好，地基受荷均勻，所以較少發(fā)生開(kāi)裂。

　　平面形狀復(fù)雜的建筑物，縱、橫單元交叉處基礎(chǔ)密集，地基中由各單元荷載產(chǎn)生的附加應(yīng)力互相重疊，必須出現(xiàn)比別處大的沉降，加之這類(lèi)建筑物的整體性差，各部分的剛度不對(duì)稱(chēng)，很容易遭受地基不均勻沉降的損害。

　　2、合理布置墻體

　　砌體承重房屋的長(zhǎng)高比大，整體剛度就差，縱墻很容易因撓曲過(guò)度而開(kāi)裂。對(duì)于平面簡(jiǎn)單，內(nèi)、外墻貫通，橫墻間隔較小的房屋，長(zhǎng)高比的控制可適當(dāng)放寬。

　　合理布置縱、橫墻，是增強(qiáng)砌體承重結(jié)構(gòu)房屋整體剛度的重要措施之一。一般房屋的縱向剛度較弱，故地基不均勻沉降的損害主要表現(xiàn)為縱墻的撓曲破壞。內(nèi)、外墻的中斷、轉(zhuǎn)折，都會(huì)削弱建筑物的縱向剛度。地基不良時(shí)，應(yīng)盡量?jī)?nèi)、外墻都貫通，縱橫墻的聯(lián)結(jié)形成了空間剛度，縮小橫墻的間距，可有效地改善房屋的整體性，從而增強(qiáng)了調(diào)整不均勻沉降的能力。

　　3  、設(shè)置沉降縫

　　用沉降縫將建筑物（包括基礎(chǔ)）分割為兩個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的沉降單元，可有效地防止地基不均勻沉降產(chǎn)生的損害，分割出的沉降單元，原則上都要求具備體型簡(jiǎn)單、長(zhǎng)高比小、結(jié)構(gòu)類(lèi)型不變以及所在處的地基比較均勻等條件。

　　4、相鄰建筑物基礎(chǔ)間凈距規(guī)定

　　地基中附加應(yīng)力向外擴(kuò)散，使得相鄰建筑的沉降互相影響，在軟弱地基上，兩建筑物的距離太近時(shí)，相互影響產(chǎn)生的附加不均勻沉降，可能造成建筑物的開(kāi)裂或互傾。

　　為了避免相鄰影響的損害，軟弱地基上的建筑物基礎(chǔ)之間要有一定的凈距，其值視地基的壓縮性、影響建筑物的規(guī)模和重量、以及被影響建筑物的剛度等因素而定。

　　三、沉降計(jì)算

　　1、計(jì)算參數(shù)的確定

　　在設(shè)計(jì)之前，先測(cè)定有關(guān)計(jì)算沉降的土工參數(shù)。試樣無(wú)側(cè)向變形的壓縮試驗(yàn)結(jié)果，可用壓縮曲線(xiàn)或稱(chēng)ｅ－ｐ（ｅ～ｌｏｇｐ）曲線(xiàn)表示，同時(shí)為了研究土的回脹特性，亦可進(jìn)行減壓試驗(yàn)，得出土的回彈、再壓曲線(xiàn)。其中，壓縮系數(shù)不是常量，它隨壓力增量的增大而減小。

　　2、不同固結(jié)條件下的沉降計(jì)算

　　在進(jìn)行地基沉降計(jì)算時(shí)，先要確定地基的沉降深度，對(duì)于天然沉積的土層，土體本身已在自重作用下壓縮穩(wěn)定，所以地基中的初始應(yīng)力δＺ隨深度的分布即為土的自重應(yīng)力分布。

　　地基土的壓縮變形是由外界壓力在地基中引起的附加應(yīng)力δＳ產(chǎn)生的，在理論上附加應(yīng)力可深達(dá)無(wú)窮遠(yuǎn)。但目前在水利工程中通常按豎向附加應(yīng)力δＺ與自重應(yīng)力δＳ之比確定地基沉降計(jì)算深度，對(duì)一般性粘土取δＺ＝0.2δＳ，對(duì)軟粘土取δＺ＝0.1δＳ。

　　（1）ｅ-ｐ曲線(xiàn)法

　　計(jì)算公式為第ｉ分層的壓縮量

　　Ｓｉ＝（ｅ1ｉ－ｅ2ｉ）／（1＋ｅ1ｉ）·Ｈｉ

　　式中：Ｈｉ--第ｉ分層的厚度；

　　有時(shí)勘測(cè)單位提供的不是壓縮曲線(xiàn)，而是其他壓縮性指標(biāo)，可換算為：

　　Ｓｉ＝ａｖ／（1＋ｅ1）·ΔＰ·Ｈｉ＝ｍｖ·ΔＰ·Ｈｉ＝1／Ｅｓ·ΔＰ·Ｈｉ

　　式中：ΔＰ--壓力增量

　　ｍｖ--土的體積壓縮系數(shù)

　　ａｖ--土的壓縮系數(shù)

　　Ｅｓ--土的壓縮模量

　　在計(jì)算過(guò)程中應(yīng)注意首先要根據(jù)建筑物基礎(chǔ)的尺寸，判別在計(jì)算基底壓力和地基中附加應(yīng)力時(shí)是屬于空間問(wèn)題還是平面問(wèn)題，再按荷載性質(zhì)求出基底壓力Ｐ的大小和分布。

　　（2）ｅ-ｌｏｇｐ曲線(xiàn)法

　　按ｅ-ｌｏｇｐ曲線(xiàn)法來(lái)計(jì)算地基的沉降與ｅ－ｐ曲線(xiàn)一樣，每一分層壓縮量計(jì)算公式仍為Ｓ＝（ｅ1－ｅ2）／（1＋ｅ1）·Ｈ，與前述利用ｅ－ｐ曲線(xiàn)或壓縮系數(shù)ａｖ計(jì)算的方法步驟基本相同，所不同的只是選用壓縮性指標(biāo)和確定初始及最終孔隙比的手段不同，須由現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線(xiàn)求得。經(jīng)推導(dǎo)可得出用ｅ-ｌｏｇｐ曲線(xiàn)或壓縮指數(shù)Ｃｖ的沉降計(jì)算公式為：

　　Ｓ＝Ｈ·ＣＣ／（1＋Ｅ0）·ｌｏｇ（ｐ0＋Δｐ）／ｐ0

　　由于土的應(yīng)力歷史對(duì)土的壓縮性能有較大影響，應(yīng)先推估土的受荷歷史和計(jì)算未來(lái)在建筑物荷載作用下，土可能產(chǎn)生的新的壓縮變形。

　　確定了土的固結(jié)性質(zhì)，并分別確定正常固結(jié)土和超固結(jié)土的現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線(xiàn)，這里僅示出推求結(jié)果。

　　經(jīng)過(guò)大量研究者的證實(shí)，無(wú)論土受何等程度的擾動(dòng)，在室內(nèi)進(jìn)行壓縮試驗(yàn)時(shí)，所得的多條ｅ－ｌｏｇｐ曲線(xiàn)在0.42ｅ0處附近都趨于一點(diǎn)，由此推算土的現(xiàn)場(chǎng)壓縮曲線(xiàn)勢(shì)必也通過(guò)該點(diǎn)。同時(shí)假定試樣的孔隙比還能保持現(xiàn)場(chǎng)原位條件下的數(shù)值ｅ0。另外在超固結(jié)土中由室內(nèi)的回彈再壓曲線(xiàn)可知在曲線(xiàn)中存在一個(gè)滯后環(huán)，其斜率應(yīng)為超固結(jié)土的超固結(jié)段壓縮量的膨脹指數(shù)Ｃｓ，超固結(jié)土在壓縮應(yīng)力ΔＰ作用下的壓縮量就由超固結(jié)段的壓縮量Ｓ1和正常固結(jié)段的壓縮量Ｓ2兩部分總和而成。其計(jì)算公式為：

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

　　當(dāng)Δｐ較小，ｐ0＋Δｐ＜ｐｃ（先期固結(jié)壓力）時(shí)，則土始終處于超固結(jié)狀態(tài)，此時(shí)土層的壓縮量計(jì)算公式簡(jiǎn)化為

　　ＳＩ＝Ｈｉ／（1＋ｅ0）·（Ｃｓ·ｌｏｇ（ｐ0＋Δｐ）／ｐｃ）

　　3、關(guān)于初始沉降及次固結(jié)沉降的計(jì)算

　　實(shí)際地基的地質(zhì)條件往往較為復(fù)雜，有時(shí)可壓縮的軟土層分布較厚或土層分布不均，基底面又不是排水面，對(duì)較軟的粘性（亞粘性）土來(lái)說(shuō)，次固結(jié)沉降在總沉降中占有一定比例，這時(shí)初始沉降就不可忽視；又如砂性較重的地基，由于固結(jié)排水速率很快，初始沉降與固結(jié)沉降這兩部分已融合一起難以區(qū)分，這些都必須計(jì)算初始沉降或次固結(jié)沉降。由于篇幅有限，具體計(jì)算過(guò)程在此不再贅述。

　　當(dāng)然在工程設(shè)計(jì)中，有時(shí)我們不但需要預(yù)估建筑物基礎(chǔ)可能產(chǎn)生的最終沉降量或沉降差，而且還常常需要預(yù)估基礎(chǔ)達(dá)到最終沉降量所需的時(shí)間或者預(yù)估建筑物完工以后經(jīng)過(guò)某一段時(shí)間可能產(chǎn)生的沉降量，即基礎(chǔ)的沉降量與時(shí)間關(guān)系的問(wèn)題，目前多以飽和土體單向固結(jié)理論（一維固結(jié)理論）為基礎(chǔ)進(jìn)行求解（當(dāng)然還有二維、三維固結(jié)理論，分別用于解決土壩和砂井、塑管排水法加固地基問(wèn)題），這里就不再一一敘述。

　　結(jié)束語(yǔ)

　　基礎(chǔ)是上部結(jié)構(gòu)的根本，又因?yàn)榈鼗�的�?fù)雜性和區(qū)域性，合適的地基處理和適當(dāng)?shù)幕�礎(chǔ)選型變得尤為重要。因此在建筑設(shè)計(jì)中嚴(yán)格按照規(guī)范要求，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況進(jìn)行地基和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，并要進(jìn)行綜合分析對(duì)比，最終確定一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的方案。當(dāng)然，這也需要我們工程師門(mén)的責(zé)任心和不懈努力。

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