关于地基沉降

结构设计中经常要进行地基的变形验算，可地基沉降的计算与计算假定、采用的程序及其选取的地基土层参数关系很大，且事前无法检验，也较难对计算结果的合理性作出判断，结构设计中该如何找到比较准确的沉降值呢?

编者认为，地基的沉降量不应该完全依赖于计算。在地基沉降量的确定过程中，工程经验往往比理论计算更重要，有时甚至是决定性的因素。结构设计应学会借力，向勘察报告学，向有工程经验的岩土工程师学，结合工程经验确定合理的地基沉降量。

[问题分析]

1.《地基规范》第5.3.5条规定，地基变形按式(7.2.5-1)计算，

由式(7.2.5-1)及表7.2.5-1可以发现，沉降计算经验系数ψ对沉降值影响很大，ψs的变化幅度很大。

2.按式(7.2.5-1)的沉降计算结果还与实际沉降有较大的出入，影响地基沉降计算的主要因素如下:

1)建筑物地下室基础埋深对地基沉降的影响

(1)高层建筑由于基础埋置较深，地基回弹再压缩变形往往在总沉降中占重要地位，当某些高层建筑设置3~4层(甚至更多层)地下室时，总荷载将有可能等于或小于该深度:土的自重压力，这时高层建筑地基沉降变形将由地基回弹再压缩变形决定。

(2)对地下室“埋置较深”的把握，《地基规范》未予具体规定，一般可根据基础埋置深度内的土自重压力与总荷载的比值来确定，当二者数值比较接近，或地下室层数大于两层时，可确定为埋置较深。

(3)考虑回弹影响的沉降计算经验系数4%应按地区经验确定，宜取ψc≤1.0。

2)上部结构的架越作用对地基沉降的影响分析

(1)由于上部结构刚度的存在，使其在与基础共同工作中起到了拱的作用，从而减小了基础的内力和变形，工程记录表明:

①施工底部几层时，基础钢筋的应力随楼层同步增长，变形曲率也逐渐加大，施工到基础以上4、5层时，钢筋应力达到最大值。

②施工以上楼层时，在楼层增高及其荷载同步增加的情况下，基础钢筋的应力增长速率反而逐渐减小，变形曲率也趋缓。

③出现上述情况的主要原因是，在施工底部几层时，楼层结构的混凝土强度尚未形成，这时，上部结构的荷载全部由基础来承担;而随着施工过程的不断进行，上部结构的刚度逐渐形成并不断加大，与基础的共同作用增强，产生明显的拱的作用，表明在上部结构与基础共同工作时，结构弯曲变形的中和轴已从基础自身中和轴位置明显上移。

④试算表明，上部结构对基础刚度的贡献与房屋的宽度B、上部结构选型、基础形式、地基刚度等密切相关。一般情况下，上部结构拱的作用主要在基础以上B/2~B的范围内(图7.2. 5-1)。对框架结构，上部结构的架越作用主要出现在基础以上约8层的高度范围内，而拱的作用主要表现在基础以上约4~8层的高度范围内。

⑤.上部结构为钢结构的房屋，其架越作用的原理与混凝土结构相似，由于上部钢结构的刚度较小其影响程度明显小于混凝土结构。

(2)目前的结构设计中，将上部结构的底部取为固定端，没有考虑基础变形对上部结构的影响;而基础:设计计算中，常不考虑上部结构对基础刚度的贡献，这种上部结构与地基基础相脱离的设计方法(图7.2.5-1)，主要考虑设计习惯和实际工程的设计效果，同时也受制于对地基基础的研究与认识。

(3)有条件时，应考虑上部结构和基础的共同工作，但应将上部结构和基础同时成对考虑，不能单方面考虑。

3.影响地基最终沉降量的因素很多，-般情况下地基的最终沉降量很难通过公式准确计算，应结合工程经验综合考虑，且工程经验往往起决定作用。当预期地基沉降对结构设计影响较大且难以准确计算分析时，在勘察设计阶段应提请勘察单位根据结构设计提供的.上部结构布置及荷载分布情况，提供估算的沉降量值。

4.关于《地基规范》第5.3.12条

1)《地基规范》第5.3.12条规定:“在同一整体大面积基础上建有多栋高层和低层建筑，宜考虑上部结构、基础与地基的共同作用进行变形计算”。

2)《地基规范》第5. 3.12条的规定过于原则，可操作性不强，对是否可分栋计算还是必须大底盘上所有建筑联合计算、上部结构与地基基础的共同作用如何考虑等关键问题未作规定，事实上计算模型和基本假定的不同将直接影响计算分析的可信度。

3)就现有计算手段而言，由于地基变形计算的准确性、计算程序的适应性等诸多方面的问题，对大底盘多塔楼建筑采取联合计算，其计算结果的可信度往往不能满足工程设计的需要，某些情况下，采取单栋计算反而概念清晰。

4)对于整体基础，如交叉地基梁、筏板、桩筏基础等，现有计算软件可采用多种方法考虑上部结构对基础的影响，这些方法包括:上部结构刚度凝聚法，上部结构刚度无穷大的倒楼盖法，上部结构等代刚度法。结构设计时可选用适合实际工程的计算模型和假定。

5)对特别复杂的大底盘建筑，考虑基础与上部结构共同作用下的变形验算应委托相关权威部门进行。

5.均布荷载下不同基础形状时的沉降变化规律

在均布荷载作用下，采用角点法很容易求得地基表面任意点的沉降，按基础刚度、基础形状及计算位置确定的沉降影响系数ω见表7.2. 5-2。

1)表7.2.5-2中，l、b分别为基础的长和宽; ωc、 ωo、 ωm、ωr,分别为基础角点沉降影响系数、中点沉降影响系数、平均沉降影响系数和刚性基础的平均沉降影响系数;对圆形基础we为基础边缘的沉降影响系数;

2)由表7.2.5-2可以发现下列规律:

(1)在基础面积相同的情况下，圆形基础的沉降要小于方形基础(表中方形基础的角点离中点距离为等面积圆半径的1.25倍，不宜直接比较一编者注);方形基础的沉降要小于矩形基础;长宽比较小的矩形基础的沉降要小于长宽比较大的矩形基础;

(2)方形和矩形基础的角点沉降为其中点沉降的一半;

(3)对圆形、方形及常用矩形基础(l/b≤3.0)，其平均沉降约为中点沉降的85%;

(4)对圆形、方形及常用矩形基础(l/b≤3.0)，按绝对刚性基础计算的平均沉降o,约为按柔性荷载计算所得中点沉降ω0的80%;

(5)应优先采用沉降相对较小的圆形基础、方形基础;

(6)矩形基础的沉降随基础长宽比的增加而加大，因此，应避免采用长宽比过大的矩形基础，一般应将基础的长宽比控制在3以内，即l/b≤3.0，以获得比较满意的技术经济效果。

6.地基回弹再压缩与基坑回弹的实用计算方法

1)建筑物地基变形的大致过程如下:地基回弹变形Sc→地基再压缩变形sc→地基变形s。

(1)地基的回弹变形s。一般随基坑开挖产生并随基坑开挖而消除或大部分消除，结构设计一般不关心基坑的回弹变形量值。

(2)地基的再压缩变形sc是在基础施工后随上部结构的重量的增加而产生，其最大变形量应等同于基坑的回弹变形量值(但方向与之相反，即产生的是地基的压缩变形)。

由于基坑的再压缩变形与地基土的回弹再压缩模量有关，在同等压力(如自重压力pc)下，基坑的回弹再压缩变形量se与基坑的回弹变形量s。不完全一致，即sc≠sc因此，采用自重压力pc作为地基再压缩变形s'c的控制指标(《地基规范》第5.3.11条)从概念上说并不合理。

(3)结构设计关注的是地基再压缩变形的量值s'c,同时考虑到地基变形的复杂性以及地基变形计算的准确性，直接以sc= sc作为地基再压缩变形与地基变形s的分界线，其概念更容易被接受，实际工程中也更具操作性。

(4)当地基的变形超过地基的回弹变形量s'c时，地基变形s的量值可按《地基规范》公式(5.3.5)计算，采用的是地基的压缩模量。

2)为便于设计，本实用计算方法需作如下假定:

(1)基坑的回弹仅限基坑范围，基坑回弹se与基坑土自重应力σ。呈线性关系，即:基坑边缘不受基坑开挖影响，基坑开挖完毕基坑回弹全部完成;

(2)基坑的回弹再压缩量se在回弹量值范围内(即: s'c≤sc)时，按《地基规范》式(5.3.10)计算基坑的回弹变形量，用回弹再压缩模量E'ci代替回弹模量Eci;

(3)基坑的回弹再压缩超出回弹量值范围(即: s'e>se)时，其超出部分Δs按《地基规范》式(5.3.5)计算;

上述过程说明可见图7.2.5-2;

(4)地基土回弹模量及回弹再压缩模量-般应由勘察报告提供，当方案阶段或初步设计阶段需估算地基沉降时，地基土回弹模量及回弹再压缩模量可取同一数值，一般可取土层压缩模量的2~3倍。

7.目前在地基基础设计中普遍采用的地基沉降和地基反力计算方法中，采用各自的计算理论和计算模型，地基的沉降与基础变形从变形规律和量值上均有很大差异，有时分布规律不尽相同，导致板土不“密贴”。

8.在地基基础的设计计算中，地基基床系数的确定等直接关系到地基的沉降，因此，基础计算的关键问题是地基的沉降问题。在沉降量的确定过程中，工程经验尤为重要，有时可能是决定性的因素。合理的沉降量是结构设计计算的前提，它使得基础计算，变成一种在已知地基总沉降量前提下的基础变形的复核过程，同时也是对基础配筋的确定过程。

9.天津《岩土工程技术规范》DB29-20规定:估计地基最终沉降量时，可采用简化计算方法(见图7.2.5-3)并按式(7.2.5-2)计算。

1)基础底下的附加压力简化为梯形图形(图7.2.5-3)。

2)沉降计算等效深度zs自基础底面算起，计算至附加压力等于土层自重压力10%处，可按表7.2.5-3确定。