南京东大岩土工程勘察设计研究院有限公司，江苏 南京

收稿日期：2020年9月4日；录用日期：2020年9月18日；发布日期：2020年9月25日

摘要

建筑地基沉降是岩土工程领域的一个难点，在建筑设计和施工前常要预测建筑物的地基沉降，从而采取措施将建筑地基沉降控制在规范和设计要求的范围内，现常用的地基沉降计算和预测方法是分层总和法，本文介绍了分层总和法的原理，并运用于某具体的厂区分段堆场、钢料堆场、部件工场、切割工场的地基沉降预测计算中，通过沉降实测值与沉降预测值对比，表明分层总和法能很好地运用于场地地基沉降的预测。

关键词

分层总合法，地基沉降，沉降预测，荷载，附加应力系数

Application and Analysis of Layerwise Summation Method in Ground Settlement Prediction of One Factory

Haijun Cao

Nanjing SEU Geotechnical Engineering Investigation and Design Research Institute Co. Ltd., Nanjing Jiangsu

Received: Sep. 4^th, 2020; accepted: Sep. 18^th, 2020; published: Sep. 25^th, 2020

ABSTRACT

The settlement of building foundation is a difficult point in geotechnical engineering. It is often necessary to predict the foundation settlement of the proposed building before design and construction, so as to take measures to control the settlement of building foundation within the scope of specifications and design requirements. The commonly calculation and prediction method of foundation settlement is layerwise summation method. This article introduced layerwise summation method and applied it to the calculation of floor settlement in a specific plant, such as sectional storage yard, steel yard, component workshop and cutting workshop. By comparing the measured settlement with the predicted settlement, the results showed that the layerwise summation method can be well applied to the settlement prediction of the site.

Keywords:Layerwise Summation Method, Floor Subsidence, Settlement Prediction, Load, Additional Stress Coefficient

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1. 引言

分层总和法是目前计算地基变形的一种比较成熟的方法，虽然条件假设与实际地层条件不完全吻合，但计算结果还是能反映地基沉降规律，我国建筑业已经把分层总和法列为变形计算的主要方法，应用十分广泛。某厂区地基场地主要为开挖完山体后的回填。根据老的地形图，局部填土厚度较厚，最厚约为20.00 m。回填材料主要为碎石，根据调查，回填后的填土未经过有效的处理，因此，场地建成至今，地面沉降及差异沉降较严重，根据最新资料显示，最大沉降量已超过300 mm。应建设单位要求，对该厂区内的地基进行沉降预测计算。本文介绍了分层总和法 [1] [2] [3] [4] [5] 的原理，并运用于该厂区内的分段堆场、钢料堆场、部件工场、切割工场的沉降预测计算中，通过沉降实测值与沉降预测值对比，表明分层总和法能很好地运用于场地地基沉降的预测 [6] [7] [8] [9]。

2. 分层总和法

根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)第 5.3.5 条计算地基变形时，地基内的应力分布，可采用各向同性均质变形体理论，其最终变形量可按下式进行计算 [10]：

$S={\psi }_s{\displaystyle \underset{i=1}{\overset{n}{\sum }}\frac{P_o}{E_{si}}\left(Z_i{\bar{\alpha }}_i-Z_i{}_{-1}{\bar{\alpha }}_{i-1}\right)}$

s——地面最终沉降量(mm)；

s′——按分层总和法计算出的地面沉降量(mm)；

${\psi }_s$ ——沉降计算经验系数；

n——地面变形计算深度范围内划分的土层数；

p₀——对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加应力(kPa)；

E_si——基础底面下第i层土的压缩模量(MPa)，应取土的自重压力至土自重压力与附加压力之和的压力段计算；

z_i、 $z_{i-1}$ ——基础底面至第i层土、第 $i-1$ 层土底面的距离(m)；

${\bar{\alpha }}_i$ 、 ${\bar{\alpha }}_{i-1}$ ——基础底面计算点至第i层土、第 $i-1$ 层土底面范围内平均附加应力系数。

3. 工程地质概况

3.1. 地层分布特征

本场地属于海积平原和丘陵地貌，该段岸线多为开山回填后形成，根据勘察资料揭露该区域内的地层分布特征如下：

①₁填土：层厚约0.80~20.00 m，主要成分为开山后回填的碎石，局部为块石，最大直径大于20 cm，混碎石屑，充填物主要以砂、粘性土为主。根据原有地形，分布厚度变化较大。总体呈松散–中密状。

①₂灰黄色淤泥：层厚约1.10~10.80 m，仅分布在水域，为新近沉积，层面起伏较大，厚度变化大，该层土状态差，流塑状，局部夹碎石颗粒。

①₃灰黄色碎石土：层厚约1.40~7.80 m，碎石成分为凝灰岩，夹粘性土，局部夹淤泥。主要为坡积、残坡积形成。总体呈稍密状。状态不均，局部密实度较好。

③灰色淤泥质粘土：层厚约2.20~18.80 m，层面起伏较大，场地内局部缺失，该层土局部夹薄层中粗砂。该层土无结构，状态差，钻进过程中，钻具自沉，流塑状。

④灰色粘土：层厚约6.00~18.50 m，层面起伏较大，厚度变化大，该层土状态总体较③层好，局部夹状态较好的粉质粘土和状态较差的淤泥质土，软塑状。

⑤灰色粉质粘土：层厚约1.40~11.90 m，层面起伏及厚度均较大，仅部分区域分布，分布不均，状态软塑。

⑥灰绿色粉质粘土：层厚约2.30~16.60 m，层面起伏及厚度均较大，土层分布不均，该层土状态较好，可塑状，局部灰黄色。

⑨₁强风化凝灰岩：层厚约1.60~2.70 m，岩样呈碎块状，该层动力触探击数约8.0~50.0击。

⑨₂中风化凝灰岩：本次勘探深度范围内未揭穿，层面起伏较大，由于岩石节理、裂隙发育，岩芯多呈碎块状和短柱状。

3.2. 土层物理力学性质参数

各土层的物理力学性质参数指标根据野外原位测试成果及室内土工试验指标，进行分析、分层统计。各土层的工程特性指标详见《土层工程特性指标参数表》(表1)。

表1. 土层工程特性指标参数表

4. 沉降预测

4.1. 分段堆场沉降预测

分段堆场：均载5 t/m²；集中荷载50 t，间距大于6 m，接触面积1 m²；通道、道路上的大型分段运输平板车，单个车轮载荷8 t/个。根据经验，对于集中荷载50 t的区域应进行适当的地基处理，如采用桩基或扩大基础面积及厚度等，若不处理，由于过大的集中荷载，必然引起较大的基础沉降，从而可能导致基础剪切破坏。本次仅针对均载为5 t/m²的分段堆场进行沉降量预测计算，参考勘察报告中Z15钻孔的地层资料(见图1)。

图1. Z15钻孔算例示意图

原地面标高约0.60 m，现场地地面标高按3.35 m计，填土厚度约2.75 m，地下水埋深按0.5 m计，填土重度按20 kN/m³，则填土的荷载约32.5 kPa，总荷载约82.5 kPa。根据设计提供的平面示意图，估算该分段堆场面积300 m × 130 m，根据分层总和法公式计算得出该点的最终沉降量约1400 mm。

4.2. 部件工场沉降预测

图2. Z110钻孔算例示意图

部件工场：均载4 t/m²，参考勘察报告Z110孔资料(见图2)，原场地标高1.62 m，现场地地面标高按3.70 m计，填土厚度约2.08 m，地下水埋深按0.5 m计，填土重度按20 kN/m³，则填土的荷载约25.80 kPa，总荷载约65.80 kPa。根据设计提供的平面示意图，估算面积182 m × 126 m，根据分层总和法公式计算得出该点的最终沉降量约1000 mm。

4.3. 切割工场沉降预测

图3. Z140 钻孔分层

切割工场：均载3 t/m²，参考勘察报告Z140孔资料(见图3)，原场地标高约0.88 m，现场地地面标高按3.70 m计，填土厚度约2.82 m，地下水埋深按0.5 m计，填土重度按20 kN/m³，则填土的荷载约33.20 kPa，总荷载约63.20 kPa。根据设计提供的平面示意图，估算面积175 m × 110 m，根据分层总和法公式计算得出该点的最终沉降量约550 mm。

4.4. 钢料堆场沉降预测

图4. Z162钻孔算例示意图

钢料堆场：均载8 t/m²，参考勘察报告Z162孔资料(见图4)，原场地标高约3.20 m，现场地地面标高按3.65 m计，填土厚度约0.45 m，地下水埋深按0.5 m计，填土重度按20 kN/m³，则填土的荷载约9 kPa，总荷载约89.0 kPa。估算面积85 m × 27 m，据上述公式计算得出该点的最终沉降量约800 mm。各堆场及工场的沉降预测见表2所示。

表2. 各堆场及工场的沉降预测表

5. 沉降实测

该厂从建厂时就设置了厂区沉降观测点，经过15年的观测，15年的沉降累计值见表3所示。

表3. 沉降实测值

通过沉降实测值与沉降预测值对比，两者数据差距接近10%，能满足基地规范变形的要求 [10]，发现分层总和法能很好的运用于该厂区地基沉降的预测。

6. 结论

1) 地基沉降计算是岩土工程工程设计中的重要内容，在建筑工程建设中，因沉降量或不均匀沉降量过大会影响建筑物的正常使用，有可能造成工程事故。因此在建筑设计和施工前常要预测建筑物的地基沉降，从而采取措施将建筑地基沉降控制在规范和设计要求的范围内。

2) 本文介绍了分层总和法，并运用于某具体的厂区分段堆场、钢料堆场、部件工场、切割工场的地基沉降预测计算中，通过沉降实测值与沉降预测值对比，表明分层总和法能很好地运用于场地地基沉降的预测。

3) 分层总分和法预测建筑物沉降也有一定的缺陷，首先它假设建筑物地基是各向同性均质线性变形体，但实际土质并非是同性均质线性变形体；其次从分层总和法的公式中可以看出沉降预测计算的准确性与土的压缩特性指标有着密切的关系，而土的压缩指标是在土工试验室中得出的结果，这也与岩土工程技术人员的水平有着直接关系。因此，在运用分层总和法预测地基沉降时，地区经验和显得尤为重要。

文章引用

曹海军. 分层总和法在某建筑地基沉降预测中的应用与分析
Application and Analysis of Layerwise Summation Method in Ground Settlement Prediction of One Factory[J]. 土木工程, 2020, 09(09): 985-991. https://doi.org/10.12677/HJCE.2020.99103

参考文献