地基设计中的沉降计算(1)

1、地基设计中的沉降计算(1)在建筑物自重和荷载的作用下，土地基产生沉降变形的根本原因是土具有可变形的压缩性能，而土的压缩性大小及其特征是计算地基沉降的一个重参数，本文就关于水工建筑物地基沉降计算的理论根据和常用方法及预防措施作一浅述。 关键词：土建工程 地基 沉降 计算 为了保证建筑物的安全和正常使用，对建在可压缩地基上的建筑物，尤其是比较重的建筑物在地基设计时必须计算其可能产生的最大沉降量和沉降差，确保在规范所规定的允许范围内，否则就必须采取加固改善地基的工程措施或改变上部结构物和基础的设计。1理论根据土的压缩性是指土在压力作用下体积缩小的性能，有关研究结果表明，作为三相系的土，在工程实践中常

2、达到的压力（约600作用下，土粒本身和孔隙中的水、气压缩量极小，可忽略不计，但在外荷作用下，土体中土粒间原有的联结可能受到削弱或破坏，从而产生相对的移动，土粒重新排列，相互挤紧从而导致土体孔隙中的部分水、气将被排出，土的孔隙体积便因此缩小，导致土体体积变小，其压缩量随时间增长的过程，称为土的固结。固结问题和固结特性是作为多相介质的土体所特有的区别其它工程材料的一个独特性质。对一般粘性土而言，通常所说的基础沉降一般都是指固结沉降，目前在工程中广泛采用的计算方法是以无侧向变形条件下的单向压缩分层总和法，首先确立应力-应变关系，广泛采用材料力学中的广义虎克定律，即土体的应力与应变假定为线性关系，这里

3、的压缩模量或变形模量0的地位（三维条件下还有土的侧膨胀系数即泊松比）均相当于虎克定律中的杨氏模量的地位和作用。但是土体毕竟不是理想弹性体，从土的室内压缩试验中的土的回弹、再压曲线可知，土体的变形是由弹性变形和塑性变形两部份组成，所以回弹曲线与再压曲线能构成一个迥滞环，同时应力的状态、大小以及排水条件等的不同，均会使土的变形（沉降）发生变化，从而导致计算的变形参数产生相应的改变，且使理论计算结果与现场实测发生差异，这样，即使是最接近实际的三维变形状态并考虑土体固结过程中的侧向变形时，理论计算的沉降值也必须用沉降计算经验系数进行修正，这些变形计算参数可通过室内或现场试验的方法确定。2有关计算参数的

4、确定在进行地基设计之前，先通过勘探和原位试验（如荷载试验，旁压试验）或室内压缩试验，测定有关计算沉降的土工参数。试样无侧向变形的压缩试验结果，可用压缩曲线或称（）曲线表示，并得出反映土压缩性高低的两个指标（压缩系数、压缩指数），同时为了研究土的回胀特性，亦可进行减压试验，得出土的回弹、再压曲线。（12）（21）（12）（21）（21）压缩系数不是常量，它随压力增量的增大而减小。在我国工业民用建筑地基基础设计规范按12值的大小（即1100，2200），划分土的压缩性。而压缩指数在较高的压力范围内基本为常量。通过两种图示曲线可以算出：0.435为所研究压力范围内的平均压力3不同固结条件下的沉降计算

5、如前所述目前工程中广泛采用的分层总和法，该法按照压缩曲线所取坐标的不同，又可分为曲线法和曲线法。在进行地基沉降计算时，先确定地基的沉降深度（即压缩层的界定），对于天然沉积的土层，土体本身已在自重作用下压缩稳定，所以地基中的初始应力随深度的分布即为土的自重应力分布。而地基土的压缩变形是由外界压力（沉降计算压力）在地基中引起的附加应力产生的，在理论上附加应力可深达无穷远。但目前在水利工程中通常按竖向附加应力与自重应力之比确定地基沉降计算深度，对一般性粘土取0.2，对软粘土取0.1。3.1-曲线法计算公式为第分层的压缩量（12）（11）（11）-第分层的厚度地基的最终沉降量（12）有时勘测单位提供的

6、不是压缩曲线，而是其他压缩性指标，可换算为： （11）1-压力增量-土的体积压缩系数-土的压缩系数-土的压缩模量在计算过程中应注意首先根据建筑物基础的尺寸，判别在计算基底压力和地基中附加应力时是属于空间问题还是平面问题，再按荷载性质求出基底压力的大小和分布。应当注意，当基础有埋置深度时，应当采用基底净压力，然后求出计算点垂线上各分层的竖向附加应力，并绘出它的分布曲线，按算术平均计算出各分层的平均自重应力和平均附加应力进行累加，在曲线中查出相应的初始孔隙比1和压缩稳定后孔隙比2，从而计算出各分层压缩量（式11），并进行累加后得出地基的最终沉降量（式12），必须注意自重应力应从原地面高程算起，附加

7、应力应从基底高程算起，同时在三维变形状态下，斯肯普登-贝伦建议将沉降值乘以一个系数，即修正固结沉降，根据我国工业民用建筑地基基础设计规范规定，计算所得的沉降值应乘以一个沉降计算经验系数，这样才能较准确估算地基沉降量（1.30.2，其具体数值视土的压缩模具的不同范围参见规范说明），一般来讲软粘土地基的计算值偏小，而硬粘土的计算值又偏大较多。3.2-曲线法按-曲线法来计算地基的沉降与曲线一样，每一分层压缩量计算公式仍为（12）（11），与前述利用曲线或压缩系数计算的方法步骤基本相同，所不同的只是选用压缩性指标和确定初始及最终孔隙比的手段不同，须由现场压缩曲线求得。经推导可得出用-曲线或压缩指数的沉

8、降计算公式为：（10）（0）0（21）由于土的应力历史对土的压缩性能有较大影响，应先推估土的受荷历史和计算未来在建筑物荷载作用下，土可能产生的新的压缩变形。必须确定先期固结应力，根据卡萨格兰德提出的依据室内压缩曲线特征的经验图解法，可在曲线上图解得出先期固结压力，根据反映土体固结程度的超固结比0（0为现有有效应力），当1时，为正常固结土，1时，为超固结土；由于土在钻探、取样、运输、制备土样和试验过程中或多或少地会受到扰动，扰动愈大，曲线的位置就愈低，所以室内压缩试验成果不能反映现场条件下土的压缩性能，还须对室内压缩试验所得曲线加以修正为现场压缩曲线。摘在建筑物自重和荷载的作用下，土地基产生沉降

9、变形的根本原因是土具有可变形的压缩性能，而土的压缩性大 本篇论文是由3COME文档频道的网友为您在网络上收集整理饼投稿至本站的，论文版权属原作者，请不用于商业用途或者抄袭，仅供参考学习之用，否者后果自负，如果此文侵犯您的合法权益，请联系我们。水工混凝土建筑物病害整治的传统方法为围堰排水修补，该种方法施工所必须的围堰、基础防渗和基坑排水往往耗费大量的时间和费用，而且改变结构受力状况，不安全因素增多。如何修补加固水下病害混凝土建筑物，提高修补质量，简化施工工艺，降低工程费用，是一个值得研究的课题。随着科学技术的发展，各种新材料的问世，以及潜水作业技术的进步，为病害混凝土水下补强加固技术提供了重条件

10、。为此，结合黄沙港闸反拱底板裂缝修补加固工程实际，经多方案比较研究，提出水下补强加固新技术。 1 水下补强加固技术反拱底板水下补强加固技术点：（1）反拱底板裂缝处理。即水下沿裂缝凿槽，用PBM混凝土嵌缝，用LW与HW混合液灌浆来填充底板裂缝和底板下孔隙，达到堵漏防渗的目的；（2）反拱底板补强，即在原反拱底板上（老混凝土表面凿毛）浇筑20cm厚C20水下不分散混凝土，为了克服新老混凝土结合强度低这一薄弱环节，内配12150钢筋网，并用锚固钢筋把新老混凝土连成整体，以提高反拱底板整体受力性能。反拱底板补强加固示意文献表明，水下混凝土表面强度损失较大，质量不易控制。特别是浇筑厚度仅20cm的水下薄层

11、不分散混凝土，目前尚无资料记载。为了提高浇筑水下薄层不分散混凝土的质量，适当提高混凝土的设计标号，并采取加盖模板和泵送挤压两条工艺措施，以保证混凝土浇筑的连续性和减少混凝土与水的接触界面，从而确保浇筑水下薄层不分散混凝土的强度。以上整个工艺均由施工人员（潜水员）在水下完成，并进行水下摄像，及时传送到岸上，监理工程师可以根据录像随时了解和检查施工情况，随时发现和解决存在问题。2 现场试验2.1 试验概况 2.1.1 试验模拟条件为了验证水下施工的可行性、各种修补材料在特定环境条件下的性能以及施工质量的可靠程度，确保水下修补技术在工程实际中应用成功，特在黄沙港闸进行现场模拟施工试验。试验时尽量仿真

12、。若直接在有裂缝的闸孔上进行，万一试验不成功，善后处理将比较麻烦，同时检查测试也不方便，故决定采用浇筑试块的办法进行试验。试块垂直水流方向的尺寸按反拱底板原施工时两假铰之间的尺寸完全仿真，顺水流方向的尺寸考虑试块的重量及施工作业面，设计为长4m、宽2m、厚 0.2m.起加固作用的新浇混凝土层完全按加固设计求20cm厚度浇筑。试验现场置于闸上游侧，试验期间，气温1934，水温1629，水质状况：氯离子390680mg/L、硫酸根离子45150mg/L、高猛酸盐5.810.6mg/L、pH值7.78.9.试验方法和步骤严格按照水下修补技术设计求进行，除浇筑模拟反拱底板试块，其它各道工序皆在水下45

13、m处进行。2.1.2 试验内容 （1）验证水下补强加固技术各道施工工序的可实施性以及施工质量的可控制性；（2）检测水下浇筑薄层不分散混凝土各项力学性能指标；（3）检测新老混凝土的结合强度。新老混凝土之间能否良好结合，直接影响混凝土的整体性能及修补工程质量。（4）验证施工中所用各种新工程材料的性能，如不分散剂NNDC 2、PBM聚合物混凝土、LW HW裂缝灌浆材料及药卷式锚固剂。2.1.3 试验设备本次试验是一次模拟施工现场试验，动用了各道施工工序所需的所有设备，如：631.5m浮箱、5t手动葫芦、0.9m3潜水空压机、潜水装备、风钻、风镐、电焊机、风割工具、50m3/h混凝土输送泵、混凝土搅拌

14、机、手摇式压浆泵、水下摄像监控设备等。2.2 试验检测成果2.2.1 外观检查及抗压强度模拟试块与现场钻孔试件芯样外观检查表明水下不分散混凝土浇筑表面光滑、四周完整、内部密实，说明水下不分散混凝土有较好的流动性和自密实性。为了多方位测定水下不分散混凝土的强度，将模拟试块吊出水面风干后进行现场回弹试验检测其抗压强度，测区10个，抗压强度平均值25.2MPa（龄期48d），满足设计求。2.2.2 水下不分散混凝土的力学性能水下不分散混凝土的力学性能包括抗压强度、劈拉强度、剪切强度和握裹强度，试验按SD10582和GB8185进行，试件为现场钻孔取芯样，试件尺寸及其检测结果见表1所示。由表中可见：（

15、1）水下不分散混凝土芯样抗压强度为25.6MPa，与现场回弹试验检测的抗压强度值（25.2MPa）相当接近，强度表里一致，达到设计标准（C20），说明加盖模板和泵送挤压两条工艺措施非常有效；（2）水下不散混凝土在水下浇筑成型并在水中养护的试件强度与在机口取样成型自然状态养护的试件强度（水上试件）的比值为83.6%，强度损失约16%；（3）水下不分散混凝土的劈拉强度约为抗压强度的10%，与文献4的数据基本一致；（4）水下混凝土的剪切强度约为抗压强度的1/61/7，与混凝土的常规比值基本相符.（5）握裹强度 （3.90MPa）与文献5现场取样结果（3.30MPa）相近，但与其室内试验结果（8.6M

16、Pa）相差较多，这是由于现场取样难以做到锚筋居中且不偏斜，因而可以认为实际的水下不分散混凝土的握裹强度大于3.9MPa. 2.2.3 新老混凝土的结合性能在老混凝土的表面，通过浇筑新混凝土来加固结构，使其发挥整体结构性能，这种新老混凝土结合的关键是结合界面能否有效地传递和承担应力。一般而言，结合面能够较好地传递压应力，而传递拉力和剪力会受诸多因素的影响，且一般情况下都会被削弱。为此，着重测试新老混凝土结合面的抗拉和抗剪性能。混凝土结合面的结合性能试验成果见表2.由表2可见，所有试件的破坏面均为新老混凝土的结合面，用结合强度系数K（表示新老混凝土结合面强度与整体新混凝土强度的比值），作为结合面的粘结性能评定指标，可以得出劈拉结合强度系数为0.45，剪切结合强度系数为0.56.由此可见，新老混凝土的结合强度约为整体新混凝土强度的一半（不包含锚筋作用），表明水下施工环境对新老混凝土结合面的强度有一定影响，而锚固增强是非常有效和必的措施。研究表明，锚筋能提高劈拉强度70%左右，提高剪切强度50%左右。2.2.4 PBM混凝土嵌槽的结合性能 PBM系互穿网络高分子材料，拥有不同高分子的互补和协同效应，