基础沉降计算要点及常见问题PPT[详细]

1、基础沉降计算要点及常见问题,2020年3月,1,内容大纲,怎样实现沉降计算？ 如何查看沉降结果？ 沉降计算基本原理 地质资料操作要点及常见问题？ 沉降计算参数设置要点 沉降计算常见问题 沉降结果为0 沉降偏大 沉降迭代不收敛 沉降计算如何考虑水浮力？ 桩筏沉降突变如何产生的 沉降经验系数与手核不一致 为何基底附加压力除以筏板面积得不到附加应力?,一 怎样实现沉降计算？,录入地质资料即可,有地质资料文件，软件即对各类基础自动按规范推荐方法计算沉降,哪些基础计算沉降？,独立基础、条基，中心点一个沉降值； 地基梁，每个梁单元一个沉降值 筏板，每个板单元一个沉降值 桩，每个桩一个沉降值 承台 拉梁、防

2、水板不计算沉降,承台沉降三种不同计算方法,考虑桩径影响的Mindlin计算方法； 依据桩基规范5.5.14条 适用于单桩、单排桩及疏桩承台,承台沉降三种不同计算方法,桩基规范5.5.6 等效作用分层总和法；,承台沉降三种不同计算方法,地基规范附录R的实体深基础法（等代墩基法）；,有局限性：桩距小于4.5d 有坚硬桩端持力层,二 如何查看沉降结果？,沉降结果的查看等值线,考虑回弹再压缩的沉降结果沉降+回弹再压缩等值线,沉降结果的查看三维沉降,沉降详细计算书构件信息查看,常见问题：筏板的沉降计算书与等值线不一致,等值线的是各处实际沉降 筏板的沉降计算书给出的中线点沉降,三 沉降计算基本原理,沉降计

3、算基本原理,三大类基础 独基、地梁、条基、平筏，基于布辛纳斯克(Boussinesq) 解的分层总和法 密桩（承台），基于布辛纳斯克(Boussinesq) 解的等效分层总和法、等代墩基法 单桩（承台下、筏板下），基于考虑桩径影响的Mindlin解的分层总和法。,布辛纳斯克解的分层总和法,密桩-等效作用分层总和法,考虑桩径影响的Mindlin计算方法,沉降计算的统一公式,前述的几个公式不用详细了解,沉降计算过程,各类基础的反力计算,各类基础的反力计算,非有限元基础（条基、简单独立基础/承台等） 规范算法 独立承担该位置上部荷载 刚体的线性反力分布假定,各类基础的反力计算,有限元基础（筏板、桩筏

4、、地基梁、有限元独立基础/承台等）依赖采用的有限元计算模型 上部刚度（建议考虑） 基础刚度 桩土刚度（根据沉降值确定）,有限元基础反力的精确求解沉降迭代计算？,桩土刚度应根据沉降值确定 而有限元基础的沉降计算要先根据桩土刚度建立有限元计算模型得到桩土反力才能计算沉降 桩土刚度、沉降两者相互依赖，无法直接求解 必须迭代求解,沉降迭代计算,如果基础与土未脱离（基本如此），板底沉降和有限元位移是相等的； 建立迭代收敛准则,基础沉降的迭代计算流程和效果,沉降迭代计算的意义,如果不迭代，沉降采用的桩土反力是基于假定的桩土刚度（一般是均值刚度）建立的有限元模型的结果，其准确性随机 迭代后，沉降最终采用的是

5、基于上部基础土共同作用有限元模型的准确反力结果，不受初始桩土刚度随意性的影响。,YJK提供基础沉降迭代计算方法,1）沉降试算-确定初始桩刚度和基床反力系数； 2）第一次有限元计算得到第一次位移，根据桩土刚度和位移得到桩反力和基底压力计算第一次沉降；根据位移和沉降的差异，更新桩土刚度； 3）第二次有限元计算得到新位移，再计算一次桩反力和基底压力分层总和法得到新沉降，检查位移和沉降差值，更新桩土刚度； 4）多次迭代直到位移和沉降小于允许值,沉降迭代的技术条件说明：,1）软件对于沉降计算的准永久组合按独立的沉降模型进行计算，所以选择迭代计算沉降，只影响沉降的计算结果； 2）沉降迭代收敛误差控制建议为

6、预计最大沉降的5%，最大次数一般建议在10次以内，软件最大允许迭代次数为50次。 3）按“弹性地基梁板法”整体有限元计算的基础才进行迭代计算沉降，选择“倒楼盖法”进行计算时，软件不迭代计算沉降； 4）抗拔的锚杆是不用进行沉降计算的，修改锚杆（用桩建模）的抗压刚度小于1000，软件将对于此类桩不迭代计算沉降； 5）不分担上部结构荷载的土，如按常规桩基设计桩筏或者按筏板建模的防水板，也是不用进行沉降计算的，用户可以修改指定其基床系数小于100，对于刚度小于100的土，软件也不迭代计算沉降；,平筏基础沉降迭代实例,沉降迭代效果,不迭代的位移 2mm,迭代的位移 36mm,不迭代的沉降 70mm,迭代

7、的沉降 36mm,桩筏基础沉降迭代实例,沉降迭代效果,不迭代的位移 25,迭代的位移 38,不迭代的沉降 55,迭代的沉降 37,混合基础沉降迭代实例,沉降迭代效果,不迭代的位移11,迭代的位移 45,不迭代的沉降 53,迭代的沉降 46,附加反力计算,附加反力 = 反力 土自重 土自重 ：孔口标高、基础标高、水位标高 、土层重度,附加反力计算,单桩沉降默认采用的是桩反力,表面力的附加应力计算,表面力，非单桩，包括 梁元 板元 独基 条基 承台（选用等效分层总和法）,Boussinesq 解 表面力对空间任一点的附加应力系数,桩反力到附加应力,Mindlin解 桩反力对空间任一点的附加应力系数

8、,桩按mindin解的关键参数,摩擦型、端承型桩的设置,摩擦型 （0，任意值（推荐1.0）； 端承型（1.0，任意值）；,桩基规范附录F,侧阻多按均匀分布简化,地质资料的主参数，端阻、均匀侧阻系数, 自动计算依据地质资料【极限桩侧】、【极限端侧】； 沉降：均匀分布 三角形 端压 增大，沉降增大； 增大，沉降减少；,附加应力计算总结,应力到沉降,压缩模量 土质越差，压缩模量越小，沉降越大； 沉降经验系数,总结：沉降计算的关键环节,应力 桩土压力（荷载、上部刚度及基础刚度、是否沉降迭代.） 土自重（土、水位孔口、基础底标高，土容重）地质资料文件 从附加压力到应力的关系公式（ Boussinesq

9、解或mindlin解） 压缩模量 地质资料文件 经验系数 按规范规定自动计算（与选用规范有关） 或人工指定,四 地质资料操作要点及常见问题,压缩模量、重度两项是基本参数，必须输入； 摩擦角、粘聚力、状态参数，用于计算桩长； 摩擦角，承台选择地基规范附录R等代墩基法时，计算扩散角,【土层厚度、压缩模量、重度】 必需参数，要严格按地勘报告准确录入。 【极限桩侧阻力、极限桩端阻力】 是标准值，用于桩基计算,标高参数 包括结构物0对应的地质资料标高、孔口标高、探孔水位标高三个参数，是必要参数 结构物0对应的地质资料标高：地质资料数据采用独立的坐标系，所以要通过该值建立地质资料坐标系与结构物坐标系（上部

10、结构楼层组装表的0确定的坐标系）的对应关系。若填写0.0，意味着地质资料坐标系同结构物坐标系。 孔口标高：地质资料坐标系取值，含义是场地土顶部标高，不同实际孔点可以不同； 探孔水头标高：地质资料坐标系取值，含义是沉降计算考虑土浮重度的水位，不同实际孔点可以不同；,存在下部软弱层的处理要点,地基规范5.3.7 当计算深度下部仍有较软土层时，应继续计算； 根据计算深度需要角度，来考虑是否录入该下部软弱层；,存在基岩及相对硬层,538 当无相邻荷载影响，基础宽度在1m30m范围内时，基础中点的地基变形计算深度也可按简化公式(538)进行计算。在计算深度范围内存在基岩时，zn可取至基岩表面；当存在较厚

11、的坚硬黏性土层，其孔隙比小于0.5、压缩模量大于50MPa，或存在较厚的密实砂卵石层，其压缩模量大于80MPa时，zn可取至该层土表面。此时，地基土附加压力分布应考虑相对硬层存在的影响，按本规范公式(622)计算地基最终变形量。,基岩及相对硬层之下的土层不录入方案,538 。在计算深度范围内存在基岩时，zn可取至基岩表面；当存在较厚的坚硬黏性土层，其孔隙比小于0.5、压缩模量大于50MPa，或存在较厚的密实砂卵石层，其压缩模量大于80MPa时，zn可取至该层土表面。此时，地基土附加压力分布应考虑相对硬层存在的影响，按本规范公式(622)计算地基最终变形量。,622 。；,基底下的土层厚度与基础

12、底面宽度小于2.5 沉降值要乘以一个增加系数软件尚未自动考虑,地质资料的常见错误及检查,土层三维图检查孔点标高异常,未录入极限桩侧及极限端侧却选择让软件自动计算桩端比,五 沉降计算参数设置要点,沉降计算两处参数,迭代计算参数,推荐勾选 迭代次数，一般用默认值即可 若收敛不好，可增大误差控制,沉降经验系数,适用于独立基础、地基梁、条基、筏板及选择【等效作用法】的承台基础,地基规范附录R实体深基础法（等代墩基）,相互影响距离,影响距离越大，沉降值越大,基础回弹再压缩埋置较深时（大于五米）必须考虑,沉降计算深度,软件自动按变形比/应力比控制； Mindlin 默认0.2应力比 选择上海规范按0.1控

13、制； 如果工程比较复杂，按规范上述控制方法出现各基础因深度差异大而沉降差异大； 指定一个最小深度,沉降主要因素,荷载大小及反力分布 是否迭代计算反力分布 桩端阻侧阻比例 土压缩模量（地勘报告） 相互影响距离 沉降经验系数 回弹再压缩,六、沉降计算常见问题,沉降结果为0 沉降偏大，沉降不满足规范要求怎么办？ 沉降迭代不收敛 沉降计算如何考虑水浮力？ 桩筏沉降突变如何产生的 沉降经验系数与手核不一致 为何基底附加压力除以筏板面积得不到附加应力?,沉降结果为0,附加应力、 附加压力为0； 土自重压力大于地基反力； 处理办法： 检查地质资料土孔口标高是否正确； 勾选【考虑回弹再压缩】 以沉降+回弹再压

14、缩变形为最终沉降,沉降结果为0,选择倒楼盖计算方法，之前版本不计算沉降； 改用弹性地基梁板法 下个版本V2.1，倒楼盖计算方法，也计算沉降；,其他沉降结果过小的情况检查计算书,沉降计算深度按规范的变形比/应力比控制时，计算深度过小； 解决办法：指定最小计算深度 比如根据地基主要受力层：条基大于3倍宽度、独基大于1.5倍宽度，且大于5米；基础工程教材P10 地基规范的经验公式,近似22.5倍基础宽度,沉降偏大,（1）地质资料的压缩模量偏小。两种情况： 地质资料错误，常见的是部分土层的压缩模量输入0值； 压缩模量按地勘报告给出的Es1-2，即对应附近压力为100KPa至200KPa的压力范围的值。

15、实际附加压力明显大于200KPa，应根据附加压力段根据E-P曲线选择对应压力段的压缩模量，或者直接按EP曲线方式录入压缩模量。,沉降偏大,（2）附加应力偏大。常见的原因： 摩擦桩在沉降计算采用的端阻系数偏大，相当于被当做端承桩来计算沉降，沉降结果会偏大； 桩沉降采用的是桩顶反力，可改用桩顶附加反力,沉降偏大,（3）沉降经验系数偏大。排除前述两条非正常因素，基础的整体沉降仍然偏大超过允许值，如果有可靠经验，可通过调整沉降经验系数方式来减少沉降。,沉降偏大,（4）相互影响距离偏大（n过大） 主要是土沉降的相互影响距离，默认为20（偏保守），可以减少至2到10米。,（5）地质资料存在软弱层导致计算深

16、度大、沉降大,工程实例,沉降计算数值大，大概是PKPM的10倍多,地基规范5.3.7规定“计算深度下仍有较软图层时，应继续计算”，所以软件会自动计算至薄弱层（压缩模量小于上一层）且满足0.025的要求。 而该工程，最后一层压缩模量为4.43，是最弱土层，且最大土层深度只有17米左右。计算深度超出地质资料录入深度时，软件自动采用最后一层土（也恰好最弱土层）的土性质，导致沉降计算值过大。,处理办法： 1）如果有更下层土性质，如实录入； 2）假设计算深度到达当前地质资料深度即可，增加一层土压缩模量很大的土层，此时计算结果，见下图：,沉降结果不满足要求怎么办？,软件计算上： 考虑上部结构刚度采用沉降迭

17、代计算方法，可以一定程度上减少最大沉降及沉降差； 减少相互影响距离参数； 工程措施包括： 独基、筏板等可扩大基础底面积； 常规地基采用地基处理，或者增加桩，改用桩基础等； 桩基工程，摩擦桩可以采用增加桩长，端承桩找更好的持力层等；,沉降偏大工程案例,原方案4桩承台 沉降最大74,增加桩数量 减少沉降效果不明显,两处四桩承台沉降值偏大；改为一12桩承台，沉降减小不明显。,原模型的总桩反力估算 5200*8 = 41600。改12桩后，总反力估算，4090*12 = 449080。原因分析：承台厚度达4米，承台变大后自重增加了。 另外：沉降是考虑桩相互影响的，增加桩数量，只是改变了桩力的分布，更多

18、的力距离本桩计算点远了，对附加应力的贡献会减少，但是效果没有特别明显。 总结：增加桩数量，沉降没有明显减少，与直观感觉不一致。原因为： 1）增加为12桩的模型，总荷载、总反力有明显增加； 2）增加桩数量方式，按mindlin公式计算，只是改变了力的作用位置，更多的力距离变远了，对附加应力的贡献会减少，但是效果没有特别明显。,单桩减少沉降的有效措施,1）增加桩长。对于端承桩，使桩端落在更好的土层上；而摩擦桩，也使得桩顶力距离沉降点距离增加，而减少了附加应力影响。 2）从计算方法上改进，按规范建议，采用附加桩反力计算沉降，这个效果最明显。见下图：,沉降迭代不收敛,（1）检查是否考虑了上部结构刚度影

19、响，若未考虑，按考虑上部结构刚度重新计算； （2）如果是桩沉降，检查是否勾选按精确解求解；,（3）尝试指定较小的土层最大厚度，比如0.5米；指定最小计算深度，比如5米； （4）根据平均沉降值，检查沉降误差控制是否合理（平均沉降5%左右为宜），也可以尝试指定最大迭代次数（一般十次以内即可）；,（5）尝试修改相互影响范围，减少沉降计算点之间相互影响，见下图：,（6）根据沉降与位移误差较大处的沉降计算书，检查土自重应力，土自重应力较大情况说明埋深较大，检查是否考虑了回弹再压缩； （7）检查沉降计算书提供的压缩模量、自重应力信息，判断是否地质资料输入明显异常，主要是压缩模量、土自重参数可能有误。,（8）复合桩基迭代收敛相对困难，常见的情况就是迭代后土的附加反力为0，而沉降仍大于位移，此时应减小相互影响距离参数。 （9）复杂桩筏平筏混合基础中，要检查采用的初始桩土刚度是否有误，软件对桩周边的土自动不计算沉降（以桩沉降为准），而其他区域按土刚度大于100界定为该处单元需要考虑土分担，要参与沉降迭代。,沉降计算如何考虑水浮力？,（1）沉降计算的水位 沉降计算应采用正常使用极限状态下作用的准永久组合，那么沉降计算的水位一般不应