关键词：地基沉降,固结,概率分析方法,随机有限元,随机场,可靠度
引言
地基沉降是指地基受到本身和外界的竖向附加应力作用下发生的一些形变，结构物地基在长期受到荷载作用后会有三个部分的沉降量，即初始沉降（或称瞬时沉降）、主固结沉降（简称固结沉降）及次固结沉降。地基不均匀沉降危害众多，地基不均匀沉降不严重可能导致地面上的建筑物开裂，严重则会使结构物结构大变形、倾斜甚至破坏，如意大利比萨斜塔，且在地基沉降中降水引起的沉降是一种不可逆沉降，所以我们要对地基沉降进行合理有效的预测，以预防地基沉降不均匀带来的危害。由于地质条件复杂多样，在不同的地质条件下地基沉降的 变化复杂多样，如冲击地基对土坝的影响也是复杂多变，膨胀土地基对建筑物的破坏变形作用具有反复性和长期性,大型油罐地基受不良地质条件影响的沉降等。我们很难准确的预测在多种复杂条件下的地基沉降的实际值。因此，本文充分考虑了在不同复杂条件下的地基沉降，并对其提供具体的预测方案。
1建筑结构不均匀沉降产生的原因分析
1.1设计失误的影响
建筑结构发生不均匀沉降的原因之一就是在开始设计工程的过程当中，设计人员没有对建筑结构沉降这一方面进行考虑，在设计时没有针对性的进行施工地点以及周围环境的考察工作。建筑设计人员仅仅靠着自身的经验以及理论知识对工程进行设计，没有切合实际的考虑到当地的土层结构以及其构成的复杂性，这使得为之后的工程埋下了隐患。设计人员的失误将直接影响到建筑的质量问题，所以有关单位应该强化对这一方面的管理。
1.2施工控制不严的影响
施工控制不严也是影响建筑结构发生不均匀沉降的因素之一，在施工中有关施工人员不能将工作做到位，因为管理方面相对松懈就对自己的要求进行放松。在作业中有关人员没有认真进行验槽，基础施工前扰动了地基土；在已建成的建筑物周围堆放大量的建筑材料或土方。对于砖砌体结构，砌筑质量不满足要求，砂浆强度低、灰缝不饱满、砌砖组砌不当、通缝多、拉结筋不按规定设置等，也会引起建筑物建成后产生不均匀沉降。
2地基沉降的直接概率分析法
2.1砂土地基沉降的概率分析方法
综合了前人在试验中测得的垂直应变分布,于1970年提出了按基础中心以下垂直应变随深度的分布计算沉降的方法。其沉降计算公式为：
式中 ΔP为基底荷载;Izi为垂直应变影响因素,决定于泊松比和计算点的位置;Ei为土层弹模;ΔZi为土层厚度。盛崇文在此基础上考虑了弹模Ei、荷载ΔP为随机变量,对上式进行Taylor级数展开,得出沉降的均值和方差分别为：
式中 c1,c2为修正系数;ΔP和Ei分别为ΔP和Ei的均值,Var(·)表示求方差。
该法计算比较简便,由于引入了修正系数,可针对具体工程进行修正。但在利用Taylor展开计算沉降的均值和方差时忽略了高阶项,对弹模Ei、荷载ΔP的变异性有所限制。此外,该法没有考虑土层厚度ΔZi的随机性。
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2.2基于规范方法的地基沉降的概率分析方法
针对成层地基的沉降问题,高大钊基于规范：
考虑了土层厚度的随机性,对路堤沉降进行了概率分析。式中φs为修正系数;Ei为第i层土压缩模量;Zi为第i层土底面到路堤底面的距离;Zi-1为第i层土顶面到路堤底面的距离;Ci为按第i层土底面查得的应力面积系数;Ci-1为第i层土顶面查得的应力面积系数;n为土层数。假定各变量间相互独立,对沉降进行Taylor展开,不难得出沉降的数学期望和方差。该法适用于多层地基,充分考虑了土的容重、路堤高度、压缩模量及土层厚度为随机变量的情况,计算简单方便。与e-lgp法相比,对试验数据要求较少。但该法没有考虑侧向变形对对沉降的影响,同时地基土各参数间相互独立的假定存在一定的近似性。
2.3随机有限元法
RFEM是分析有限元模型可靠性的最准确但最为耗时的方法之一。在这种方法中，生成随机的土壤属性，然后将其映射到有限元素网格。将RFEM与称为“子集模拟（SS）”的高级蒙特卡罗模拟（MCS）方法相结合，开发了一种有效的RFEM（即基于SS的RFEM），用于土坡的可靠性分析和风险评估。提出的基于SS的RFEM表示在不同概率水平下的斜坡破坏风险的集合，并量化了不同概率水平下的斜坡破坏风险对边坡破坏总体风险。结果表明，使用所提出的方法可以正确地评估斜率失效的概率（Pf）和风险（R）。与具有直接MCS的原始RFEM相比，基于SS的RFEM显着提高了评估Pf和R的计算效率。
3建筑地基沉降的控制措施
3.1增强建筑结构整体刚度
1）设置圈粱，在建筑物的墙体内设置钢筋砼圈梁。其作用是增强建筑物的整体性，提高砖石砌体的抗剪抗拉能力，在一定程度上能防止或减少裂缝的出现。圈梁设置于建筑物的底部或顶部，对于多层建筑可以隔层设置，考虑构造抗震设防时，应层层设置并与构造柱等共同协调考虑。2）设置沉降缝。在一些建筑中，尤其是民用建筑中，由于功能或美观的需要，往往采用多单元的组合形式，平面形状复杂，立面高差悬殊，使地基受力状态很不一致，导致沉降差异增大。立面的高差在不可避免时，可采取设置沉降缝的办法减少建筑物的不均匀沉降。用沉降缝将建筑物从屋面到基础分割成若干个独立的沉降单元，则使得建筑物的平面变得简单、长高比减小，从而有效减轻地基的不均匀沉降。3）控制建筑物的长高比，在一定范围内能有效地减少建筑物的不均匀沉降；软土地基调查表明，对三层和三层以下砖石承重结构的建筑物，其长高比宜不大于2.5，当长高比大于2.5而小于3.5时，应尽量做到纵横不转折，其内横墙间距不宜过大。建筑物的功能要求有较大的长度，而不能满足一般长高比时，可用沉降缝断开。
3.2积极进行沉降观察
沉降观测点的布设，每间隔8~12m设置一个，建筑物山墙必须在中部适中位置上设有观测点。框架式结构多层、建筑物的沉降观测点应设置在混凝土柱上。建筑沉降点的设置还应征求设计单位的意见。沉降观测点布设位置、标高，应设置在外檐墙面上，正负零以上100~150mm处。公共建筑及超高建筑，由设计部门根据建筑物具体情况确定标高位置，如设计无要求时，可参照民用建筑沉降观测点的标高设置。沉降观测点均应配用当地统一编号的标志，其标志由当地建设工程质量监督管理总站统一监制、管理。
结语
土地资源的短缺是我国面临的一个重要问题，而基础设施的大力建设正在不断的占用着各种土地资源，直接导致了结构物的地基施工遇到各种不同的复杂地质条件。地基的沉降量大小将影响工程的设计施工计划方案，因而地基沉降的预测尤为重要。虽然目前我国在地基沉降预测方法方面已有较成熟的研究，但是考虑到地质条件的复杂多样性以及不可确定性，地质条件受长期的地理因素以及自然环境变化影响，以及难以追溯其历史所受应力状况，导致对复杂地质条件下，地基沉降的预测还不够准确。
参考文献
[1]佟超.高层建筑地基沉降与控制[J].科技致富向导，2013（8）：83.
[2]高大钊.土力学可靠性原理.北京:中国建筑工业出版社,1989.
论文作者:刘庆彬
论文发表刊物:《城镇建设》2019年24期
论文发表时间:2020/1/16
标签：地基论文; 建筑物论文; 概率论文; 土层论文; 不均匀论文; 方法论文; 路堤论文; 《城镇建设》2019年24期论文;