建筑物基礎會向下移動這種現象叫做沉降所有建筑物都有沉降沉降太大會有問題基礎設計必須計算沉降計算沉降很重要計算正確可以保證安全計算錯誤會有危險我們研究如何計算沉降

土壤受到壓力會變形土壤不是剛性的土壤可以壓縮基礎放在土壤上建筑物重量通過基礎傳給土壤土壤受到壓力土壤顆粒重新排列孔隙變小土壤體積縮小基礎就會下沉這就是沉降過程沉降需要時間有些沉降很快發生有些沉降很慢幾年后才穩定

計算沉降需要知道土壤性質不同土壤性質不同黏土和砂土不一樣黏土沉降慢砂土沉降快土壤樣本來自鉆孔我們在工地鉆孔取出土壤樣本實驗室測試樣本得到土壤數據重要數據有壓縮指數回彈指數壓縮模量孔隙比這些數據用于計算

沉降計算有兩種類型瞬時沉降和固結沉降瞬時沉降加載后立即發生固結沉降隨時間發展黏土主要考慮固結沉降砂土主要考慮瞬時沉降

計算沉降用分層總和法土壤分成許多薄層每層厚度不大計算每層壓縮量所有層壓縮量相加得到總沉降量分層越多計算越精確

計算需要荷載信息建筑物重量很重要包括結構自重使用荷載雪荷載風荷載荷載組合考慮最不利情況荷載通過基礎傳給土壤基礎有不同類型獨立基礎條形基礎筏板基礎基礎類型影響應力分布

應力計算用布辛尼斯克公式這個公式計算土壤中附加應力點荷載作用下應力分布基礎荷載是分布荷載積分得到應力值實際計算簡化處理查表得到應力系數計算中心點下應力計算角點下應力

壓縮層深度需要確定附加應力小于自重應力百分之十時深度以下沉降忽略這個深度叫壓縮層深度壓縮層深度與基礎尺寸有關基礎越大壓縮層越深

固結沉降計算更復雜黏土沉降與時間有關太沙基固結理論常用一維固結假設水從孔隙中排出超靜孔隙水壓力消散有效應力增加土壤壓縮固結度表示沉降完成比例時間因素計算固結度固結系數是關鍵參數實驗室測定固結系數

沉降計算舉例說明某建筑物基礎埋深兩米基礎寬度十米長度二十米荷載標準值兩百千帕地層情況如下第一層填土厚一米第二層黏土厚五米第三層砂土厚八米第四層巖石

首先計算基底附加應力減去挖土自重應力附加應力一百六十千帕確定壓縮層深度基礎寬度十米計算點取基礎中心計算不同深度附加應力深度十五米處附加應力十六千帕自重應力一百六十千帕附加應力是自重應力百分之十壓縮層深度十五米

分層總和法計算壓縮層內分三層第一層黏土分五小層每小層一米厚第二層砂土分八小層每小層一米厚計算每小層中點深度計算該點自重應力計算該點附加應力查壓縮曲線得壓縮模量計算每小層壓縮量各層壓縮量相加得到總沉降量十五厘米

固結沉降考慮時間黏土層固結系數測定實驗室固結試驗得到固結系數每秒零點零一平方厘米計算時間因素一年后固結度查表得到百分之五十一年沉降七點五厘米五年后固結度百分之九十沉降十三點五厘米

沉降計算需要安全系數考慮數據不確定性土壤性質不均勻鉆孔數量有限測試誤差存在計算結果修正經驗系數調整規范規定允許值框架結構沉降限值十五厘米砌體結構沉降限值十厘米計算結果滿足規范

沉降觀測很重要工地設置觀測點施工期間定期測量使用水準儀記錄沉降數據比較計算結果實際沉降小于計算值設計安全實際沉降大于計算值需要采取措施沉降穩定判斷連續半年沉降速率小每月沉降小于一毫米

建筑物不均勻沉降危險沉降均勻問題不大沉降不均勻產生裂縫基礎傾斜影響使用計算需要考慮差異沉降獨立基礎之間沉降差框架結構柱距六米沉降差限值零點零零二倍柱距計算兩個基礎沉降差值小于限值

減少沉降的措施加深基礎埋深基底附加應力減小使用樁基礎荷載傳到深層地基處理提高承載力換填法預壓法強夯法水泥土攪拌法這些方法改善土壤性質減小沉降量

計算使用計算機程序輸入土壤參數輸入荷載數據輸入基礎尺寸程序自動計算結果包括沉降量沉降隨時間發展差異沉降值程序計算快速準確手工計算驗證確保程序正確

沉降計算是基礎設計一部分結構工程師必須掌握巖土工程師提供參數雙方合作完成設計安全經濟的基礎保證建筑物長期使用人們安全生活工作財產得到保護

計算理論不斷發展新的本構模型提出考慮土壤塑性考慮應力路徑有限元方法應用三維應力分析更精確模擬實際情況理論研究結合實驗現場測試驗證技術進步提高計算精度

工程師需要經驗年輕工程師學習老工程師指導實際工程積累知識計算不是唯一判斷同樣重要簡單問題手算復雜問題電算理解原理是關鍵盲目使用程序危險正確解釋結果做出合理決定

規范不斷更新新研究成果加入工程經驗總結國家標準修訂設計依據規范同時超越規范特殊工程特殊處理創新方法解決難題保證工程安全推動技術發展

建筑物基礎沉降計算涉及多個學科土力學材料力學結構力學數學計算工程地質需要綜合知識學校教育打好基礎繼續學習新知識跟上時代發展更好服務社會

我們研究這個課題閱讀大量文獻進行實際計算分析計算結果得出一些結論計算方法是有效的參數選擇要謹慎現場檢測不可少理論實際結合才能做好設計

未來研究方向考慮動力荷載影響地震作用下的沉降交通振動的影響考慮環境因素地下水位變化溫度變化的影響考慮土壤蠕變長期沉降預測這些課題有待研究

沉降計算很重要基礎設計的關鍵關系到安全關系到經濟正確計算必要我們認真對待仔細分析準確計算合理設計建造安全可靠的建筑物這是我們的責任