地基变形特征与建筑物沉降观测

地基变形特征可分为沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜4种，如图4-19所示。

图4-19　地基变形特征

（1）沉降量。沉降量是指基础中心的沉降量s。建筑物若沉降量过大，势必会影响其正常使用。因此，沉降量常作为建筑物地基变形的控制指标之一。

（2）沉降差。沉降差是指两相邻独立基础沉降量之差，Δs=s1-s2。建筑物中如相邻两个基础的沉降差过大，将会使建筑物发生裂缝、倾斜甚至破坏。对于框架结构和排架结构，计算地基变形时应由相邻柱基的沉降差控制。

（3）倾斜。倾斜是指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。建筑物倾斜过大，将影响正常使用，若遇台风或强烈地震时，将危及建筑物整体稳定甚至倾覆。对于多层或高层建筑和高耸结构，计算地基变形时应由倾斜值控制。

（4）局部倾斜。局部倾斜是指砌体承重结构，沿纵墙l=6～10m内基础两点间的沉降差与其距离的比值。建筑物若局部倾斜过大，往往会使砌体结构受弯而拉裂。对于砌体承重结构，计算地基变形时应由局部倾斜值控制。

为保证建筑物正常使用，防止因地基变形过大而发生裂缝、倾斜甚至破坏等事故，《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）根据各类建筑物的特点和地基土的不同类别，规定了建筑物的地基变形允许值，见表4-11。对于表中未包括的建筑物，其地基变形允许值应根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求确定。

表4-11　建筑物的地基变形允许值

注：（1）本表数值为建筑物地基实际最终变形允许值；

（2）l为相邻柱基的中心距离（mm），Hg为自室外地面起算的建筑物高度（m）。

为保证建筑物的安全，对于一级建筑物、高层建筑、重要的新型的或有代表性的建筑物，体型复杂，形式特殊或构造上、使用上对不均匀沉降有严格限制的建筑物，以及软弱地基，存在故河道、池塘或局部基岩出露的建筑物，应进行施工期间与竣工后使用期间的沉降观测。

1）目的

（1）验证工程设计与沉降计算的正确性。

（2）判别建筑物施工的质量。

（3）发生事故后作为分析事故原因和加固处理的依据。

2）水准基点设置

水准基点宜设置在基岩或压缩性较低的土层上，以保证水准基点的稳定可靠。水准基点的位置应靠近观测点并在建筑物产生的压力影响范围以外，不受行人车辆碰撞的地点。在一个观测区内水准基点不应少于3个。

3）观测点的设置

观测点的设置应能全面反映建筑物的变形，并结合地质情况确定。如建筑物4个角点、沉降缝两侧、高低层交界处、地基土软硬交界两侧等，数量不少于6个。

4）仪器与精度

沉降观测的仪器宜采用精密水平仪和钢尺，对第一观测对象宜固定测量工具、固定人员，观测前应严格校验仪器。

测量精度宜采用Ⅱ级水准测量，视线长度宜为20～30m；视线高度不宜低于0.3m。水准测量应采用闭合法。

5）观测次数和时间

要求前密后疏。民用建筑每建完一层（包括地下部分）应观测一次；工业建筑按不同荷载阶段分次观测，施工期间观测不应少于4次。建筑物竣工后的观测：第一年不少于3～5次，第二年不少于2次，以后每年1次，直至沉降稳定为止（稳定标准半年沉降s≤2mm）。特殊情况，如突然发生严重裂缝或较大沉降，应增加观测次数。

沉降观测后，应及时整理资料，算出各点的沉降量、累计沉降量及沉降速率，以便及早处理出现的地基问题。

当地基变形计算结果超过表4-11的规定时，为避免发生事故，保证工程的安全，必须采取适当措施。

1）减小沉降量的措施

（1）外因方面的措施

地基沉降由附加应力产生，如减小基础底面的附加应力p0，则可相应减小地基沉降。由p0=p-γmd可知，减小p0可采取以下两种措施：①减小上部结构重量，则可减小基础底面的接触压力p0；②当地基中无软弱下卧层时，可加大基础埋深d，采取补偿性基础设计。

（2）内因方面的措施

地基产生沉降的内因，是由于地基土由三相组成，固体颗粒之间存在孔隙，在外荷载作用下孔隙发生压缩所致。因此，为减小地基的沉降量，在建造建筑物之前，可根据地基土的性质、厚度，结合上部结构特点和场地周围环境，分别采用换土垫层、强力夯实、预压排水固结、砂桩挤密、振冲及化学加固等地基处理措施，必要时，还可以采用桩基础。

2）减小沉降差的措施

（1）设计中尽量使上部荷载中心受压，均匀分布。

（2）遇高低层相差悬殊或地基软硬突变等情况，可合理设置沉降缝。

（3）增加上部结构对地基不均匀沉降的调整作用。如设置封闭圈梁与构造柱，加强上部结构的刚度；将超静定结构改为静定结构，以加大对不均匀沉降的适应性。

（4）妥善安排施工顺序。如先施工主体结构或沉降大的部位，后施工附属结构或沉降小的部位等。

（5）当建筑物已发生严重的不均匀沉降时，可采取人工补救措施。

4-1　引起土体压缩的主要原因是什么？

4-2　试述土的各压缩性指标的意义和确定方法。

4-3　压缩模量Es与变形模量E0有何异同？相互间有何关系？

4-4　分层总和法计算基础的沉降量时，若土层较厚，为什么一般应将地基土分层？如果地基土为均质，且地基中自重应力和附加应力均为（沿高度）均匀分布，是否还有必要将地基分层？

4-5　试述用分层总和法计算地基最终沉降量的基本步骤。

4-6　土层固结过程中，孔隙水压力和有效应力是如何转换的？它们之间有何关系？

4-7　固结系数的大小反映了土体的压缩性有何不同？为什么？

4-8　超固结土与正常固结土的压缩性有何不同？为什么？

4-9　若在正常固结和超固结黏土地基上，分别施加相同压力增量，试问：它们所引起的压缩量相同吗？为什么？

4-10　试评述e-p曲线和e-lgp曲线法计算基础沉降时的异同点。

4-1　如图，某独立基础，底面尺寸l×b=3m×2m，埋深d=2m，作用在地面标高处的荷载F=1000kN，力矩M=200kN·m，试计算基底压力并绘出分布图。

4-2　地基土呈水平成层分布，自然地面下分别为黏土、细砂和中砂，地下水位于第一层土底面，各层土的重度如图所示。试计算图中1点、2点和3点处的竖向自重应力。

4-3　在图示的ABCD矩形面积上作用均布荷载p0=180kPa，试计算在此荷载作用下矩形长边AB上点E下2m深度处的竖向附加应力σz，矩形面积上均布荷载作用下角点的竖向附加应力系数。

4-4　某独立基础，坐落于均质黏性土上，土的天然重度γ=18.5kN/m3，平均压缩模量Es=5.5MPa。在荷载作用下产生的基底附加压力p0=150kPa，在基础中心线上距基础底面下2.0m处A点的附加应力σz=110kPa。试计算基底下2.0m厚度的土层产生的最终压缩量sc（为方便起见，仅分一层）；如果该土层的平均固结度达到50%，试问此时该土层已经产生的压缩量sct为多少？

4-5　某柱基础底面尺寸为3m×1.5m，如图所示，基础埋深1.0m，柱顶作用竖向荷载F=1000kN，地基土为均质的粉质黏土，重度γ=18.22kN/m3，压缩模量Es=5.0MPa，试用《建筑地基基础设计规范》方法计算该基础中心点的最终沉降量，计算深度取zn=3.75m，试验算该计算深度是否合理。（提示：Δz=0.3m，Δsn≤0.025∑Δsi，沉降经验系数ψs=1.2）

4-6　某均质土坝及地基的剖面图如图所示，其中黏土层的平均压缩系数a=2.4×10-4kPa-1，初始孔隙比e=0.97，渗透系数k=0.02m/年，坝轴线处黏土层内的附加应力分布如图中阴影部分所示，设坝体是不透水的。试求：

（1）黏土层的最终沉降量；

（2）当黏土层的沉降量达到12cm时所需的时间。

图4-25　习题4-6图