饱和软土地基沉降计算方法

部分则由于地基塑性区的开展，继而扩大所产生的侧向剪切位
移。对于前一部分，一般用弹性理论公式来计算，后一部分至今
仍无令人信服的计算方法，多在前一部分计算结果的基础上进
行修正。瞬时沉降的理论计算方法主要有如下几种：
2.1.1 对于作用于地面上的圆形或矩形面积均布荷载，瞬时沉
降可按下述弹性理论法（解析法）来估计，即：
当软土地基上的荷载是填土时，一方面，在施工期间的地 基沉降由后继填土补填起来，从而使实际填土荷载大于原设计 荷载；另一方面，当地下水位很高时，沉至地下水位以下的填土 会受到浮力作用，导致基底附加压力减小。对于前一因素，目前 还缺少理论分析方法，工程中通常对地基沉降较大的情况作适 当的经验修正，即工程中所谓的超填修正问题。对于后一因素， Baligh[3]、朱向荣等人[4]曾针对地基一维沉降情况，提出了土中应 力随地基沉降减小的计算方法。朱向荣等人的计算表明，土中 应力的减小对软土地基沉降计算的影响是相当显著的。事实 上，由地基沉降导致的超填荷载与填土浸水后受到的浮力作 用，对沉降量的影响具有互补性，故在沉降分析中应对这两方 面的影响综合考虑，否则将会导致更大的误差。 1.3 土体应力历史的影响
荷载的大小、分布情况和描述应力分布及变形数学模型假设的
不准确性。采用概率统计分析法在绝大多数概率统计分析中，
均把表示压缩性和外荷载的量看成是随机变量或变量函数。这
些变量都具有确定的从合适数据中导出的概率分布，然后将这
些随机变量代入沉降等土工问题的计算公式中，就可获得沉降
量的分布。这就是地基沉降量的概率统计分析法。除了以上介
绍的几大类分析方法，还有不少学者应用新方法来预测软土地
基的沉降量，如随机有限元法、人工神经网络法、灰色预测理
论、一维或二维动态反演预测分析方法等。
3 结语
本文首先介绍了软土的特点和工程特性，指出深入探讨软 土地基的沉降发展机理具有广泛的工程实际意义。详细介绍了 饱和软土地基沉降计算中需要考虑的土体的自重应力计算、基 底附加压力随地基沉降变化的影响、加载方式和加载速率的影 响等关键问题，最后分别介绍了不同变形阶段的饱和软土地基 总沉降量计算方法。■
建设科技 2012 年第 2 期 TIANJ IN S CIENCE&TECHNOLOGY 33
李百明 （天津凯德投资有限公司 天津 300308） 刘永光 （天津城投集团 天津 300202）
饱和软土地基沉降计算方法
【摘 要】软土是一种区域性的特殊土，是在一定的地质条件下形成的，具有变形大、承载力低等特点。软 土地基具有高含水量、高压缩性、低强度、低渗透性和高灵敏度的特点，其地基稳定性差，不易满足建筑物 地基设计要求，直接影响结构工程的稳定性和耐久性，一般都需进行处理才能满足工程设计要求。简要介 绍了软土的特点和工程特性，论述了饱和软土地基沉降计算中需要考虑的土体的自重应力计算、基底附 加压力随地基沉降变化的影响、加载方式和加载速率的影响等关键问题，分别给出了瞬时沉降、固结沉降 和次固结沉降 3 个阶段的饱和软土地基沉降量计算方法。 【关键词】软土 地基沉降 瞬时沉降 固结沉降 次固结沉降
t t 2
Sd =Fd pB
1- m E
（2）
式中：Fd 为考虑荷载面积形状和沉降计算点位置的系数； p 为均布荷载，kPa；B 为荷载面积的直径或宽度，m；E 和 m 分
别为图的弹性模量（kPa）和泊松比。
2.1.2 对于路堤、防波堤等荷载，地基受力模式为半无限长条
形的分布荷载形。（2）式变为：
Sd
1 背景
1.1 基本情况 住房是人类生存和发展的最基本物质条件，关系到老百姓
的生活和社会的和谐稳定。国务院在 2008 年 12 月下发的《关 于促进房产市场健康发展若干意见》中强调指出“各地要从当 地实际出发，采取发展租赁住房等多种方式，因地制宜解决住 房问题”；在 2010 年“两会”的政府工作报告中，温家宝总理首 次提出“积极发展公共租赁房”；并颁布了住房和城乡建设部等 七部门制定的《关于加快发展公共租赁住房的指导意见》。
当前，随着我国沿海及湖区等软土地区铁路和高速公路的 发展，软土地基的沉降问题日益突出。因此，深入探讨软土地基 的沉降发展机理，研究长期循环荷载作用下软粘土的强度和变 形特性，进而采取合适的防治措施，并将它应用于实际工程中， 不但具有很高的学术价值，而且也具有广泛的工程实际意义。
1 饱和软土地基沉降计算中的问题
0 引言
软土是一种区域性的特殊土，是在一定的地质条件下形成 的，具有变形大、承载力低等特点。在软土地区的工程建设需要 特别重视了解和研究软土的工程特性，采取有针对性的技术措 施以使建设工程得到技术先进、经济合理和使用安全的效益。
软土的工程性质取决于软土的成因和成分，也取决于地层 的构造，即软土的厚度、埋藏深度及其与上覆或下卧的比较坚 硬土层的相对位置，因此在研究软土的工程性质时，必须注意 其成因类型及构造。我国软土的分布，按区域性可分为沿海软 土、内陆软土和山区软土。不同成因的软土，其物质组成、物理 性质和力学性质都有一定的差别。
则软土层厚度为 H 的地基次固结沉降为:
Ss =
H 1+e0
Hale Waihona Puke BaiduCd lg t t2 /t1
t
（6）
式中：t1 为表示次固结的起始时间；t2 为表示建筑物或构 筑物的使用年限；Cd 为次固结曲线的斜率，称为次固结指数；e0 为初始孔隙比。
然而，需要指出的是，即使采用最先进的计算方法，也难以
准确预估地基的沉降量，其原因在于：土工参数的可变性，外加
2 考虑不同变形阶段的饱和软土地基总沉降量计算方法
在外荷载作用下，地基土体发生变形，地面产生沉降。按地
基在荷载作用下发生变形的过程，可以认为地基最终沉降量 S
是由 3 个部分组成，即：瞬时沉降 Sd、固结沉降 Sc 和次固结沉
降 Ss，用公式表示为：
S=Sd +Sc +SS
（1）
2.1 瞬时沉降计算
=F
pB E
（3）
式中：F 为沉陷系数，可由相关图查得；p 为堤基面中心线
上的梯形荷载强度，kPa；B
为换算荷载宽度，B=b+
d 2
；E 为地
基土的弹性模量，kPa。
饱和粘土在开始加荷时，认为体积是不可压缩的，因此令
泊松比 m =0.5。弹性理论法是将地基视为半无限空间弹性体，
通过弹性理论求解地基在荷载作用下的变形。采用该法计算的
目前，对于一维最终沉降的计算已有了考虑应力历史影响 的理论方法。在地基沉降 - 时间关系的分析方面，现有的理论 计算方法都未能考虑应力历史的影响。 1.4 加载方式和加载速率的影响
实际施工中的加载方式变化很大，采用不同的加载方式和 加载速率，地基的沉降 - 时间曲线显著不同。Terzagh（ i 1925 年）[7]曾根据施工荷载直线增大的规律给出了地基一维固结沉 降的计算方法及图解曲线。但该方法属于线弹性理论。若采用 非线性变形理论，考虑施工加载对沉降 - 时间曲线的影响，则 还需要进一步探讨。
工程实践表明，软土地基通常由多种土层组成，其中一些 土层可能处于超固结或欠固结状态。如我国沿海地区的软土层 上常有 1.0～3.0 m 的超固结硬壳层，而近海地区的软土层往往 处于欠固结状态。土体的应力历史不仅对地基沉降量产生影 响，也影响土体的固结特性。如欠固结土，由于先期固结应力小 于现在的自重应力，即在自重应力作用下尚未完全固结，当在 地基上没有外荷载时，土中有效应力也在增加，直到有效应力 增大到自重应力，只要外荷载引起的附加应力与自重应力之和 小于或等于自重应力，土体的变形就必定很小，故可近似认为
软土通常是指由天然含水量大、压缩性高、承载能力低的 淤泥沉积物及少量腐殖质组成的土，主要有淤泥、淤泥质土及 泥炭。具有高含水量、低强度、高压缩性、低透水性和中等灵敏 度的特点，一般含水量高达 45%～50%，大于液限，孔隙比大于 1.0，塑性指数为 20 左右，强度为 10～30 kPa，压缩系数为 0.5～1.0 MPa-1，固结系数为（0.1～1.0）×10-3 cm2/s，灵 敏 度 为 4～8。[1]因此，软土地基具有高含水量、高压缩性、低强度、低渗 透性和高灵敏度的特点，其地基稳定性差，不易满足建筑物地 基设计要求，直接影响结构工程的稳定性和耐久性，一般都需 进行处理才能满足工程设计要求。
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董天杰 （天津市城市规划设计研究院 天津 300201） 赵 颖 （天津市规划局 天津 300074）
天津市公共租赁住房建设浅谈
【摘 要】住房是人类生存和发展的最基本物质条件，关系到老百姓的生活和社会的和谐稳定。对我 市公共租赁住房基本情况进行了介绍，提出了“十二五”期间我市公租房的规划选址、规划方案、建筑 设计等方面的要求。 【关键词】公共租赁 住房 天津市
为贯彻落实国家调整住房供应结构的总体要求，落实市委 市政府提出的着力改善民计民生、加快保障性住房建设力度的 工作部署，天津制定并实施了《2008—2012 年住房保障五年发 展规划》，2011 年，出台了《天津市公共租赁住房管理办法（试 行）》。 1.2 定义
天津市公共租赁住房是指人民政府提供政策支持，限定套 型面积和租金标准，向符合条件的中等偏下收入住房困难家庭 等群体供应的保障性住房。新建公共租赁住房套型建筑面积以 30～45 m2 为主，最高不超过 60 m2，并做好空间合理利用的潜 伏设计。 1.3 供给对象
实测的结果都表明，次固结沉降的大小与时间的关系在半对数
纸上接近于直线，因此，利用该直线关系可以得到次固结沉降。
土体的次固结沉降是由土的流变性质引起的，软土在某级荷载
作用下，次固结的大小与时间关系在半对数上接近直线，发生
在主固结之后，次固结引起的孔隙比变化为：
De=- Cd lgt t2 /t1 t
（5）
主固结沉降为：
Sc t t t =Sc∞ Ut（4）
式中：Sc 为地基的最终沉降量；Ut 为地基的平均固结度。上
式表明，地基主固结沉降的计算包括两个部分，即地基固结度
的计算和地基最终沉降量的计算。
2.3 次固结沉降的计算
次压缩沉降也称为次固结沉降，发生在固结沉降之后，次
固结沉降则是由土骨架蠕动变形所引起。许多室内试验和现场
土是一种由颗粒（固相）、水（液相）、气（气相）所组成的三 相体系，最主要的特征是它的碎散性和自然变异性。这是它的
收稿日期：201 2- 03- 06
变形、强度等力学性质上都与连续固体介质有根本不同的内在 原因。影响地基沉降计算的问题不少，其中主要有以下几点： 1.1 土体自重应力的计算
软土地基中的地下水位通常很高，对于地下水位以下的土 体，当其液性指数为 0＜It＜1 时，土颗粒是否受到水的浮力作 用，浮力多大，尚无法确定，从而影响到此种情况下的土中应力 计算，目前只能按对工程不利的情况考虑。在地基沉降计算中 采用浮容重计算自重应力，这对沉降计算结果必然会产生较显 著的影响。[2] 1.2 基底附加压力随地基沉降变化的影响
初始沉降即瞬时沉降，是地基土在不排水加载期间产生
的，是剪应变引起的。对于严格的土体一维变形情况，瞬时沉降
很小。当土体完全饱和时，由于土中水及土颗粒本身的变形可
忽略不计，故瞬时沉降很小。当软粘土地基的厚度深、上部荷载
大、加荷速率高时，瞬时沉降在总沉降中占相当大的比例。瞬时
沉降包括两部分：一部分是由于地基的弹性变形产生的；另一
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不产生排水固结变形。Ohara[5]和 Dudd[6]研究了沉降 - 时间曲线 对各种非线性关系曲线的敏感程度，结果表明，超固结粘土大 大地延缓了沉降过程。粘性土中初始水力梯度的存在，也是对 沉降 - 时间关系曲线产生影响的重要因素。超固结土的初始 水力梯度一般较大，土中水的渗流只有克服了土粒间结合水的 堵塞才可能产生。当外荷载较小时，土中超静水压力不可能完 全消散。
困难之处在于确定弹性系数。而且土体并不是弹性体，采用弹
性理论法较难得到合理解答。
2.2 主固结沉降的计算
主固结沉降是因为地基土在荷载作用下将产生超静孔隙
水应力，随着时间的推移，超静孔隙水应力将逐步消散，地基土
孔隙中的水排出，地基土体积减小，地表产生沉降。主固结沉降
是地表沉降的主要组成部分，从一次性加载算起，任意时刻的