地基变形计算技巧

应用Excel进行地基变形计算的技巧赵文廷一、概述国标建筑地基基本设计规范（GB500072）规定：地基基本设计级别为甲级和乙级的建筑物应按地基变形设计，部分地基基本设计级别为丙级的建筑物应作地基变形验算。国标岩土工程勘察规范（GB50021）及国家行业原则高层建筑岩土工程勘察规范（JGJ72 J366）规定：岩土工程勘察应预测和评价天然地基变形量。此外，对天然地基进行均匀性评价，也需要按地基变形计算措施拟定钻孔的当量压缩模量。因此，地基变形计算是岩土工程师必作的重要工作之一。地基变形计算是一项较烦索的工作，以往手工计算，不仅反复工作量大，并且很容易出错。如果采用电子表格进行地基变形计算，即可以提高计算效率，又可保证计算准性和精确性。下面简介一下应用Excel进行地基变形计算的某些技巧。二、地基变形计算原理及规定 地基变形计算原理地基变形计算措施有多种，国家现行原则建筑地基基本设计规范GB50007（如下简称规范GB50007）规定：计算地基变形时，地基内的应力分布可采用各向同性均质线性变形体理论，其最后变形量可按下式计算：式中 地基最后变形量（mm）；按分层总和法计算的地基变形量（mm）；沉降计算经验系数，根据地基沉降观测资料及经验拟定。无地区经验时，可采用表1的数值；地基变形计算深度范畴内所划分的土层数（图一）；相应于荷载效应准永久组合时，基本底面处的附加压力（kPa）；基本底面下第层土的压缩模量（MPa），应取土层自重压力至土层自重压力与附加压力之和压力段计算；、基本底面至第土层、第土层底面的距离（m）；、基本底面计算点至第土层、第土层底面范畴内平均附加应力系数，可按规范GB50007附录K采用；地基变形计算深度范畴内当量压缩模量（MPa），应按下式计算：第土层附加应力系数沿土层厚度的积分值（kN/m），即：地基变形计算深度范畴内所有土层的附加应力系数沿土层厚度的积分值之和（kN/m）；按分层总和法计算出的地基变形量（mm），即。表1 沉降计算经验系数 (MPa)基底附加压力2.54.07.015.020.01.41.31.00.40.20.751.11.00.70.40.2 地基变形计算深度规范GB50007规定：按“变形比法”拟定地基变形计算深度（图一），应符合下式规定：0.025式中 在计算深度范畴内，第土层的计算变形量（mm）；按分层总和法计算的地基总变形量（mm），即；自计算深度向上所取土层厚度（m）（图一），应按表2采用；相应土层的计算变形量（mm）。表2 z取值表（单位：m）b (m)b22b44b8b8z (m)0.30.60.81.0当无相邻荷载影响，基本宽度在130m范畴内时，基本中心的地基变形计算深度也可按下列简化公式计算：式中 b基本底面短边长度（m）。若在地基变形计算深度范畴内存在基岩，可取至基岩面（地基为岩基时，不用进行地基变形计算）；若存在较厚的坚硬粘性土层，其孔隙比不不小于0.5、压缩模量不小于50MPa，或存在较厚的密实砂卵石层，其压缩模量不小于80MPa，可取至该土层的顶面。如果拟定的计算深度下部仍有较软土层时，应继续计算。 其他规定或规定1. 计算地基变形时，应考虑相邻荷载的影响，其值可按应力叠加原理，采用角点法计算。2. 当建筑物地下室基本埋置较深时，需要考虑开挖基坑地基土的回弹，该部分回弹变形量可按下式计算：式中 地基回弹变形量（mm）；考虑回弹影响的沉降计算经验系数，取1.0；基本底面以上土层自重压力（kPa），地下水位如下应扣除浮力；土层的回弹模量（MPa），按土工实验措施原则（GB501231999）拟定。3. 在同一整体大面积基本上建有多栋高层和低层建筑物时，应按照上部构造、基本与地基的共同作用进行变形计算。三、创立地基变形计算电子表格 准备工作1. 当基本底面为不规则形状时，应根据其形状实际状况，将基本底面简化为圆形或矩形。基本底面为矩形（涉及方形）时，应计算基本底面长宽比L/b。计算角点地基变形时，L应取基本底面长边长度,b应取基本底面短边长度。计算中心点地基变形量时，L、b分别应取基本底面长边和短边之半。2. 计算基底附加压力基底附加压力分布形式很复杂，但一般状况下可简化成均布荷载，并按下式计算：式中 相应于荷载效应原则组合时，基本底面处的平均压力值（kPa），一般在接受勘察任务时，由设计单位提供，但有时设计单位所给的荷载只计算到0.00，此时需要岩土工程师根据所拟定的基本埋置深度计算出值，应按GB50007第5.2.2规定进行计算，其中计算基本自重和基本上土重Gk时，重度一般取20kN/m3；基本底面以上第土层的重度（kN/m3），地下水位下应取浮重度；基本底面以上第土层的厚度（m）；基本底面以上土层分层数。3. 对地基进行分层岩土工程勘察地基变形计算时，一般采用自然土层分层，采用这种分层，应注意将zn界线深度作为分层深度。为使计算更精确和简便，建议采用0.4B或0.2B对地基分层，采用这种分层时，应注意将自然土层界线深度及zn界线深度作为分层深度。此外，地基分层目的还在于计算z/b,并用以拟定地基变形计算的平均附加应力系数。4对规范GB50007附录K的平均附加应力系数表进行内插实际应用时，由于L/b的值一般不会正好等于规范GB50007附录K表中的数值，因此需要事先对其进行内插计算，以便工作应用。内插计算到以0.1为相邻列档之差，应用电子表格进行这方面的计算也是很容易的。 建立电子表格的必要性上述准备工作较简朴，计算工作量也较小，但下列计算，通过手工计算是很烦索的，工作效率很低，常常是岩土工程师感到头痛的事，为了节省时间，在岩土工程勘察报告中常常略去这方面的分析与评价。而运用电子表格，岩土工程师可轻松地对地基进行变形计算与分析了。1. 拟定平均附加应力系数地基变形计算平均附加应力系数可按GB50007附录K查取。由于表中所给的平均附加应力系数基本是以z/b值按0.2梯度的，而实际计算时，z/b值往往不是0.2的倍数，在表中不能直接查到，需要进行内插计算，用手工计算是很费时的。如果用电子表格计算平均附加应力系数，可简化其计算过程，并且提高计算效率和精确性。此外，按0.4B或0.2B对地基分层，也可减少平均附加应系数的计算工作量。2. 拟定各计算层的压缩模量压缩模量的取值，在考虑到地基变形的非线性质，一律采用固定压力段下的Es值必然会引起沉降计算的误差，因此应采用实际压力下的Es值，即：式中 土层的天然孔隙比；自土层自重压力至自重压力与附加应力之和压力段的压缩系数（MPa-1）。为此，需要准备好土层的曲线，并依此曲线拟定所需的压缩模量。这是一较麻烦的计算过程，一方面要计算计算土层中点以上土层自重压力之和，另一方面需要计算该点处附加应力值，此外还要根据所计算出的压力在曲线上查取相相应的孔隙比，然后计算压缩系数和压缩模量。可见，其计算过程是很麻烦的，手工计算需要耗费较多的时间。3. 计算计算是一种较费时间的过程，一般需要按通过下列两步：第一步：分别计算和，有多少计算层，就需要反复多少次同样的计算，采用电子表格可使计算过程简化，并可实现自动计算。第二步：计算Ai，同样也需要反复相似的计算过程，采用电子表格也可实现其自动化计算。计算出Ai后，运用电子表格计算也就非常简朴了。4. 计算计算的过程较计算的过程省事某些，但也需要先计算出各土层的值，然后再计算。同样，采用电子表格，也可使计算更快捷以便。 电子表格及使用通过上述分析，采用电子表格进行地基变形计算是非常有用的，不仅可以简化计算过程，提高工作效率，并且还可以提高计算精度，保证计算结的可靠性和精确性。Excel提供了强大的电子表格功能，使数据分析解决很容易实现，并且应用非常简朴。表3就是本人通过研究和实践应用，所创立的一张有关地基变形计算的电子表格，可供岩土工程师参照使用。该电子表格，应用简便，只要你一方面输入基本尺寸、基底附加压力、分层底面深度及压缩模量（本表未建立压缩模量的计算，需要另行计算）等参数值，然后可由电子表格自动计算出z/b和L/b的值。你再根据z/b拟定出其相邻上级和下级相应附表K中的z/b值，结合L/b查出相应的平均附加应力系数，相应z/b值的平均附加应力系数可由电子表格直接计算出来。表3中的D至H列就是实现计算平均附加应力系数用的。除沉降计算经验系数需要用电子表格另行计算外，其他计算过程均可由该电子表格自动计算，并最后得出成果。为使地基变形计算成果表简捷，打印成果（表4所示）可略去平均附加应力系数计算过程部分。四、结束语综上所述，应用Excel进行地基变形计算，重要涉及下列计算成果及其在地基基本分析与评价中的应用：1. 应用电子表格，可以不久地精确地完毕沉降量、沉降差、整体倾斜、局部倾斜等地基变形特性值的计算，并依此评价天然地基与否满足建筑物对地基变形的规定。2. 应用电子表格，可很以便地计算出地基变形计算深度范畴内土层的当量压缩模量，从而进一步计算出地基不均匀系数，用以评价地基的均匀性。3. 应用电子表格，可较快捷地计算并预测深基坑开挖后地基回弹量及因此而引起的地基变形量。为基坑开挖回弹控制提供根据。