关于建筑荷载对地面沉降产生的影响探索

摘要：地面沉降是一种环境地质现象，主要形成原因包括自然因素和人为因素，近些年随着社会经济的发展，城市规模的不断扩大，城市建筑荷载对于地面沉降的影响也随之加大。本文首先对地面沉降及其影响因素进行分析，对单体建筑物对地面沉降的影响进行研究，对建筑物共同作用下地面沉降进行探讨。

关键词：建筑荷载；地面沉降；附加应力叠加；影响

中图分类号：TU2文献标识码： A

1、引言

地面沉降是一种普遍的环境地质现象，是一种慢性病，具有不可补偿性、永久性以及破坏性大等特点。地面沉降一方面对施工建设、居民生活等产生重要影响，而且地面沉降生产缓慢，但是影响范围大、原因复杂，一般不易处理。随着近些年社会基础建设规模的不断加大，地面沉降现象也愈演愈烈，成为建筑工程施工中的技术难点。本文对有关建筑荷载对地面沉降产生的影响进行分析和探讨，不足之处，敬请指正。

2、地面沉降及影响分析

2.1 地面沉降概述

所谓地面沉降，实际上就是由于自然因素和人为因素而引发的地基土表层压缩而使得地面标高下降的情况，对于地质环境造成极大的破坏和影响，是一种不可补偿的永久性的环境损坏。有关地面沉降的研究最早是在日本，然后逐渐被国际社会所关注。在我国地面沉降现象也很严重，尤其是珠江三角洲、长江、东南沿海地带，对城市居民的生活造成极大的不便。

2.2地面沉降的影响因素

2.2.1 自然因素

（1）土体自然作用，主要包括有机质氧化，以及土层自重固结两种。

（2）海平面上升，全球气候变暖导致海平面上升，相对来说导致地面沉降。

（3）地壳活动，构造作用而引发地壳活动，比如说断裂构造、地震等情况。

2.2.2 人为因素

（1）地下工程施工，施工时破坏了原本稳定的土体，使其应力平衡状态被打破，导致地面沉降。如果是支护有误、土体应力变向、土层扰动等原因也有可能引起地面沉降。

（2）矿产资源开发，矿产开发、开采地下水时会造成地面大面积沉降。

（3）地表荷载作用，这是影响地面沉降的主要因素，与城市建设息息相关。地面沉降和城市建筑施工之间的关系：大面积荷载沉降值较大；沉降的速度和数量是有一定关系的，数量越多，荷载则越大；容积率也是影响沉降的一条重要因素；如果是建筑物改建，则比新建建筑物的沉降要大；单体建筑物对于沉降的影响虽然存在，但是不如建筑物共同作用荷载下的影响；还有就是地裂缝对地面沉降的影响。

3、单体建筑物对地面沉降的影响

3.1 单体建筑物地基土

3.1.1 地基土特性分析

地基土体发生沉降实际上和其压缩性质有关，在地面有负荷时，土体压缩而导致地面沉降，这是一种土体内在的条件，天然地基土一般是由于成层土所构成，并非一般的非均匀质各向的异形体。相对于成层土而言，每一层土体的物理性质是不同的，比如说压缩模量，然而在对土体沉降进行计算时，出于计算方便的考虑，每一层土都使用一个压缩模量E，而忽略了深度对于压缩模量的影响。假如是大负荷作用下，每一层土体相对来说比较均匀，随着深度不同，压缩模量和深度的影响有限，然而土体中应力没有太大变化。但是，实际所得变化深度和理论值相比而言要小不少，如此而言应当对土体性质进行综合考虑，包括土层模量的变化，以及土体的结构性。

3.1.2 地基土的影响

一般而言，建筑物地基土由于地面荷载在受到向下的力时，地基土内部剪应力加大，地基土的形态发生改变，地基土内部剪应力大于其可以承受的抗剪能力时建筑物地基土的稳定性下降，使其遭受破坏，从而产生地面沉降的现象。

单体建筑物地基土的地面负荷有两种，一个是竖向荷载，包括整体剪切、局部剪切以及冲剪破坏等。具体分析的话，是和建筑物地基土的特性，以及地基土基础埋置深度有关系。通常来讲，建筑物地基土土质紧密硬实但是基础埋置较浅时容易发生整体剪切破坏的情况。如果建筑物地基土土质比较松软，而且基础埋置较浅时，则会引发局部剪切破坏以及冲剪破坏。另一个是倾斜的荷载，其所引发的建筑物地基土遭受破坏，主要包括地基局部发生的表层滑动，以及地基深层的整体滑动。

3.2 单体建筑物地基附加应力

地基土中某一个点上自重应力计附加应力相加所得为土体受外荷载总应力，其中土体自重应力分为两种，一个是成土年代比较久远，已经固结的土体，不会引起变形；另一种恰恰相反，成土年代比较近，近期人工填土、新近沉积土等，还未完全固结，容易引发土体变形，比如土体压缩、土体湿陷等，这种情况主要是由于土体产生了附加应力增加而引起土体变形，这也是造成土体强度失稳的原因。除此之外，地基土附加应力还会受到外界荷载时附加产生的应力增量，会引发地基变形，包括竖向集中附加应力和矩形集中附加应力以及圆形集中附加应力。

4、建筑物共同作用荷载对地面沉降的影响分析

建筑物共同作用可以理解为许多建筑物的负荷之间产生相互联系，共同发挥作用。建筑物大负荷是特殊情况下才有，地基土发生变形和一般负荷也有所区别。一般而言，城市建筑负荷和载堆负荷没有关系的，但是从对土体深层上的影响是相同的。

4.1 地基土中荷载特点

如果建筑物是呈现出密集分部，建筑物之间的间距不大，则原本不相关的建筑物地基就会存在附加应力的叠加现象，换言之就是出现大面积均布荷载，也称之为等效影响荷载。针对于大负载特点，主要有以下几个方面：

（1）荷载集度很小，一般会小于100kPa，而且要小于建筑物底面附加应力；

（2）有关深度计算公式，对地面沉降的影响深度进行分析，而不是仅仅采用普通的方法，具体根据圣维南原理，其计算公式如下：

其中，是底面积；A是总面积；是单体建筑物荷载集度；q是平均等效影响荷载集度。

（3）荷载分部面积是不定的，有时候可能会很大，会超出一般建筑物的底面积。

除此之外，地基中许多建筑物荷载的叠加，也就是产生等效影响荷载，在一定深度范围内无衰减，这个特点有别于单体建筑物荷载下地基土特点。

4.2 大面积荷载影响深度分析

大面积荷载影响深度不小于单体建筑物地基土影响深度，然而对其影响深度进行估算时发现不能使用普通方法计算，存在计算误差，主要是由于普通计算方法是按照常规尺寸的基础底面宽度计算。数据分析得出，二者的特点有区别，地基沉降影响深度一方面要对荷载效应进行考虑，另一方面要对土体内部影响因素，包括地基土特点、压缩性质等进行综合考虑。单体建筑物附加应力值和深度之间的关系不是很明显，可以忽略。建筑物共同作用荷载可以理解为大面积均匀分布荷载，荷载的集度不会发生衰减，这个范围在附加应力叠加后受到数量的影响，数量越多则影响范围越大。

4.3 等效影响荷载

针对于单体建筑物，或者是相距很远的建筑物，建筑物本身对于地基土的影响很小，附加应力的影响也有限。然而，建筑物共同作用荷载及附加应力在某处叠加，这个影响是很大的。这种情况下我们称其为等效影响荷载，其主要影响因素是建筑物的间距。地基沉降主要和地基土压缩性及大面积荷载附加应力有关，可以等效为线荷载、条形荷载、集中荷载、等间距矩形荷载。

4.4 建筑物作用水平影响范围

城市建筑物共同作用下，地基土存在大面积等效荷载，对建筑物共同作用下水平影响范围进行分析，可以得知一定范围内建筑物对地面沉降的影响间接的对某一点影响是可以忽略不计的。在这种情况下，建筑物作用水平影响可以等效为均布荷载和等间距分布线荷载。研究证明，周围建筑物群体对于地面沉降的影响是非常明显的，主要是由于附加应力进行叠加，导致大面积等效荷载，还有就是和建筑物数量、密度有关系。

5、结语

综上所示。随着社会经济的快速发展，社会基础建设的规模不断加大，地面沉降现象已经越来越严重，导致社会环境及自然资源被破坏。因此，我们在进行城市规划时可以采取有效措施，以遏制地面沉降现象的发生。减少建筑物之间的密度，增加单体建筑物的距离；减少建筑物的荷载，加大其基础设计，会大大降低其对于地面沉降的影响，从而对自然资源及社会环境起到良好的保护作用。

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