建筑桩基沉降特性分析

吴春华　宋军华

摘要：在软土地区进行系统的沉降观测具有更重要的意义，在探讨软土地基沉降的一般规律基础上，分析了桩基沉降研究现状及存在的问题，为下一步工作奠定基础。关键词：软土基地；桩基沉降；存在问题ブ型挤掷嗪牛篏267

文献标识码：A

文章编号：16723198(2009)19031102お1引言建筑物的沉降观测是为了掌握建筑物的各个部位的沉降变化情况，通过测量建筑物底部各结构点的沉降量、沉降差值及沉降速度，由此可以计算出基础倾斜、局部倾斜、相对弯曲等。在软土地区建筑物沉降问题是地基基础设计中需要重点考虑的问题，因此在软土地区进行系统的沉降观测具有更重要的意义，除反映建筑物的实际变形情况以及变形对建筑物的影响程度，在必要时可以及时采取补救措施。本文在探讨软土地基沉降的一般规律基础上，分析了桩基沉降研究现状及存在的问题，为下一步工作奠定基础。2软土地基沉降的一般规律2.1沉降变形原理サ鼗的沉降变形可能是由多种原因引起的，包括建筑物荷重、环境荷载，不直接设计荷载的其它原因，常涉及环境原因。现今的沉降计算方法和最终沉降的预测方法主要是针对荷重引起的那部分沉降。根据软土地基上的荷载试验和建筑物的长期沉降观测，软土地基在荷载作用下的沉降历程，其可以分为三部分之和，即瞬时沉降、固结沉降和次固结沉降。上述三种分量实际上是相互搭接的，无法截然分开，只不过某时段以一种分量为主。在软土地基的沉降计算和沉降预测中主要考虑固结沉降和次固结沉降的过程。2.2软土的蠕变特性ネ撂宓谋湫魏颓慷炔唤鋈【鲇谟行вαΓ而且还与时间有关，这种现象称为土的流变现象。对于沉降分析，主要考虑土受压时的流变变形，而软土中的流变现象很大程度上属于蠕变现象。软土的蠕变特性可以通过单轴或三轴压缩、剪切、扭转或弯曲的蠕变试验研究获得。研究结果发现，应力水平较低时蠕变过程可能以减速进行；当应力水平较高时，蠕变可能以加速进行。第一种情况称为衰减蠕变过程，第二种过程称为非衰减蠕变过程。非衰减蠕变除瞬时变形外，还包括三个阶段第一阶段为衰减蠕变阶段，在这个阶段里蠕变变形不断增加，但应变变形速率越来越小第二阶段为稳定流变阶段，即等速蠕变阶段，这时变形速率大体恒定不变。第三阶段为急剧流动阶段，即加速蠕变阶段，这时变形速率增加，最终导致土体破坏，所以这个阶段也成为破坏阶段。软土的蠕动是十分普遍的现象。在很多情况下，软粘土即使在相当小的剪切荷重作用下，其变形也可能长期的发展。因此，尽管不改变荷载，土也几乎可以不断地蠕动。从而使上部的建筑物产生缓慢的水平位移。一般地说，这种蠕动的速度很小，每年移动几十厘米或只移动几厘米，但决不能因此而轻视它可能造成的后果。软土厚度大的地区，由于表层经受长期气候的影响，使含水量减小，在收缩固结作用下，表面形成所谓的“硬壳”。这一处于地下水位以上的非饱和“硬壳”层厚度通常是1。其承载力较下层软土为高，压缩性也较小，常可用来作为浅基础的持力层。但是，对于一般的工业建筑通常都采用桩基。2.3软土地基沉降的一般规律ト硗恋谋湫翁卣骱腿硗恋牧鞅涮匦裕喝硗撂烊缓水率等于或大于液限，空隙比大于1，土具有结构性，土体的含水率随液限成正比增大；软土的压缩性也随液限的增加而增加，软土的渗透性弱，地基受荷后，会形成较高的超静孔隙水压力，这是在很大程度上决定软土变形延续时间长且具有流变特性的原因。因此，在软土地基上修建多层和高层建筑物，可能产生较大的沉降量，而且软土地基的沉降是一个历史很长的过程，并不随着建筑施工的结束而结束。上海地区统计了数十幢建筑物在施工阶段完成最终沉降量的百分数Kb，和最终沉降量的关系。Kb一般为20%-40%。地基发生较大沉降时，往往伴随着建筑物在使用和外观上的破坏，但真正影响建筑物使用和外观性能的往往不是较大的沉降量，而是因为不均匀沉降和短时期内发生的较大沉降。不均匀沉降产生的上部结构裂缝、扭曲或倾斜，严重时倒塌破坏的事故都有发生。由于环境因素或临近基坑开挖等因素造成短期内建筑物大幅度沉降而产生工程事故也曾有发生。因此，在软土地基上修建建筑物，地基变形问题显得尤为重要。另一方面，在建筑的设计和施工中，如能事先预估并妥善考虑地基的变形问题并加以控制和利用，是可以防止和减小地基变形带来的不利影响。3桩基沉降研究现状及存在的问题3.1按沉降观测结果推算最终沉降量方法的研究现状和存在的问题ビ墒挡獬两盗客馔谱钪粘两凳贝统的方法是采用双曲线型或指数、对数曲线型经验公式、固结度对数法和Asoaka(沉降递推方法)，但随着近些年来一些新的数学理论用于岩土力学，计算机技术的飞速发展以及国内外学者对此进行的大量实验研究和理论分析，一些新的估算地基最终沉降的方法相继提出，如泊松曲线预测法(逻辑斯蒂曲线)、灰色系统理论、人工神经网络和遗传算法等。由于双曲线型或指数、对数曲线型经验公式、固结度对数法和Asoaka(沉降递推方法)中有关参数都不是常数，而是在沉降过程中不断变化的。因此为使外推最终沉降尽可能接近实际发生值，应当具备历时较长的沉降观测曲线，并且在分析、计算时重点在拐点以后，甚至是平段的误差程度。在实际工程的计算中，建议采用多种方法综合比较，确定一个相对较为准确的值。随着数学理论和计算技术的发展，近年来不断有学者探索将一些新的理论和方法应用于建筑物沉降观测数据的分析和外推中，但由于数学建模本身的严格性、局限性和计算难度的提高，将这些理论和方法在真正的实际工程进行应用还需要进一步探索以及计算软件的相应发展。3.2桩基础沉降计算的研究现状和存在的问题ト硗恋鼗的桩基础大多为群桩形式，而且经常需要计算其沉降量。目前，群桩沉降计算方法主要有等代实体基础法、弹性理论分析法和以Geddes(盖德斯)单桩和以应力公式为依据的简化计算方法等几类。群桩基础沉降与桩长、桩数、桩距、桩顶荷载水平等多种复杂因素有关。由于群桩沉降发生、发展的过程以及影响因素的复杂性，群桩沉降计算的各种计算方法，计算值与实测值之间总是存在着相当的离散性，因此群桩沉降计算方法目前只能是属于半理论半经验方法的范畴，在实际工程应用中，应当考虑进行一定数量的实际工程反分析，以得到相应的经验修正系数，然后将计算沉降量进行调整才能得到较符合实际的计算沉降量。参考文献[1]@黄绍铭，高大钊.软土地基与地下下程[M].北京：中国建筑下业出版社，2005.[2]@钱玉林，丁毅.路基沉降预测汲取工程应用[J].扬州大学学报(自然科学版)，2001，(4).