1.前言

　　在地基上建造建筑物后，地基土将在基底附加压力引起的附加应力作用下产生新的沉降，这种沉降一般包括体积变形和形状变形。地基土中的体积变形通常表现为体积缩小，而这种在外力作用下土体积缩小的特性称为土的压缩性。计算地基变形时，传至基础底面上的荷载应按长期效应组合，不考虑风荷载及地震作用，地基变形计算是正常使用极限状态一个关键问题，建筑物地基变形的计算值，不应大于地基变形的允许值。某些工程由于缺乏有效减少差异沉降的措施，连接部位开裂时有发生。这就涉及到沉降和差异沉降计算的精确度，最终归结为按变形控制的基础设计问题，因此提高变形计算的精度成为变形计算的首要问题。

　　2.地基变形计算

　　地基变形计算依据下面的基本假设：

　　（1）土粒本身变形不计，土的压缩由颗粒移动引起孔隙体积减少的结果；

　　（2）土体只产生竖向压缩，无侧向变型；

　　（3）土层均质，且计算厚度范围内压力均匀分布；

　　建筑物沉降计算需涉及以下内容：

　　(1)建筑物重量：建筑物层数越高自重越大，作用在基础底面上的接触压力就越大，地基沉降量也就越大；

　　(2)建筑物分布情况：在轴心压力作用下，基础产生均匀沉降，而在偏心压力作用下，地基产生不均匀沉降；

　　(3)基础的刚度：刚性基础受集中力作用，会强迫地基产生均匀的沉降，而柔性基础由于刚度很小，将随地基一起变形。因此，必须使基础两侧的单位荷载比中间大才能使地基大致均匀的下沉。

　　各类建筑物的变形控制如下表1所示，具体控制值参见地基规范[1]。

　　表1各类建筑的变形控制特征

　　建筑物类型砌体承重结构框架结构

　　单层排架结构多层和高层建筑

　　高耸结构必要时控制平均沉降量

　　地基变形控制特征局部倾斜相邻柱基沉降差倾斜

　　沉降计算公式如下式所示，具体计算公式可参见地基规范查表法的计算公式。

　　(1)

　　3.基础沉降误差分析

　　目前，我国地基沉降计算多采用的是传统的分层总和法，由于其假定一维压缩、柔性基础、采用附加压力计算等因素的影响，计算值通常远大于实测值。随着大规模高层建筑的出现，整体筏板基础因其具有整体刚度大、能够调节不均匀沉降、提供较大地下使用空间等优点而成为高层建筑常用的基础形式。对于规范规定的常规计算方法，主要存在以下不足[2~3]：

　　1土体方面：

　　（1）土体测试参数为应力释放之后的参数；

　　（2）土体本身受到扰动，在勘察过程中应尽量避免这种扰动；

　　（3）土体含水量发生变化；

　　地基土的压缩模量要根据不同深度地基土的性质分别来做，因为要涉及作用力的大小、土的含水量、孔隙比和塑性指数变化因素，它不是一个固定的数值，在实际计算过程中应该根据不同的压力段采用不同的压缩模量。对于有限压缩层地基模型，按正常的“e-p压缩曲线”可进行沉降计算，如图1所示。

　　图1正常固结土的压缩曲线

　　按e-p曲线进行沉降计算，在第N级荷载作用下，地基第i分层的压缩应变为：

　　（2）

　　式中：

　　－施加第级荷载增量后第层土的孔隙比，即对应的孔隙比，可通过拟合e-p曲线得到，拟合方法采用庄乐和计算公式[4]，其中为初始孔隙比，为与相应的孔隙比对应的总压力，和为非线性压缩参数，可由非线性最小二乘法求得；

　　－施加第级荷载增量后第层土的孔隙比，即对应的孔隙比，可通过拟合e-p曲线得到。

　　地基土变形参数要有概念上的不同，在静荷载作用下，它是由土的压缩产生的压缩模量，即最大计算压力不能超过比例界限值，因为在这个范围内，可以认为土的变形是线性的，可以借用线性变形体的概念来计算地基中的应力。

　　2计算压力没有考虑上部结构刚度的影响：

　　规范中给的修正系数是没有考虑上部结构刚度影响下的沉降修正系数，上部结构刚度不同对地基沉降变形影响很大，沉降系数如何修正需进一步进行统计确定。例如一幢长49.2m的6层建筑[5]，若不考虑地基与上部结构的共同作用，按各向同性的半无限直线变形体进行计算，计算建筑物中部的沉降量必定大于两端的沉降量，但实际建筑物挠曲要小的多，具体如图2所示。

　　图2建筑物实测沉降和计算沉降对比图

　　通过上图可以看出，计算的沉降挠曲值为6.5‰，实测沉降的挠曲值为0.8‰，两者相差8倍之多。产生这种现象的原因是因为当房屋中部沉降稍多时，它可能将房屋中部的荷载一部分分配到沉降较小的部位，这种不断重分布荷载的作用，使得建筑物较为均匀下沉。筏板在外荷作用下，会产生两端上翘，中间下沉的碟形差异沉降。这一差异沉降会受到上部结构约束，从而对上部结构产生正向弯矩，以致在上部结构中产生边柱轴力增荷，中柱轴力卸荷，即通常称的拱作用，以及板顶处向外作用的推力和柱下内侧受拉的弯矩增量。

　　3基底附加应力计算考虑的均质土体条件下的应力计算，而实际土体均是成层土，两者不同，同时地基反力的分布形式也不是平均分布，这和实际也是有差别的，在基础刚度较大的条件下影响更大。

　　4.结语

　　沉降计算与上部结构计算有本质的不同，应提高土体参数精度、考虑上部结构刚度不同对沉降和差异沉降的影响及土层差别影响才能有效提高沉降计算精度。一般计算只能计算总沉降，而差异沉降是引起结构物开裂或其他形式破坏的关键，只有考虑上部结构的刚度影响，才能真正计算基础沉降差。

　　参考文献：

　　1.中国建筑科学研究院.建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)[S]：北京：中国建筑工业出版社.2012

　　2曾巧玲，崔江余等.基础工程[M].北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社.2009

　　3.顾晓鲁，钱鸿缙等.地基与基础[M].北京：中国建筑工业出版社.2005

　　4.庄乐和.土力学[M].北京：地质出版社.1982

　　5中国建筑科学研究院地基所等.软土地基设计施工主要问题及经验[R].科学技术文献出版社：北京.1982