浅议高层建筑沉降预测研究
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摘 要 本文介绍了如何根据已获得的部分实测数据，推算沉降量与时间关系的预测方法。
中图分类号TU97 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）37-0207-02
按变形控制设计是高层建筑地基基础设计理论的一大进步，因此如何准确的计算和预测高层建筑的最终沉降量，将是我们的最大追求。事实上，由于问题的复杂性（如地基土的非均匀性、非线形、各向异性以及施工方法和速度等），目前尚很难较为准确的计算建筑物的沉降最终量，因此如何根据已获得的部分实测数据，估算高层建筑的沉降量，无疑具有重要的工程意义和经济价值。
1沉降预测方法
目前计算沉降量与时间关系的方法有3大类。第一类为根据固结理论，结合各种土的本构模型，计算建筑物最终沉降量的各种有限元法。但由于计算参数较多，且一般需通过三轴试验确定，目前还不可能把固结有限元法作为每个断面沉降计算的主要方法应用于设计，而主要用于重要工程、重要地段的计算；第二类为各种新的数学方法（如灰色理论[1]、人工神经网络[2]以及遗传算法[3]等）预测建筑物的沉降量，但由于数学手段的高深，且没有明确的物理意义，仅能是一种新的尝试；第三类为根据实测资料推算沉降量与时间关系的预测方法。如指数曲线法、双曲线法和泊松曲线方法等。现对第三类沉降预测方法介绍如下：
地基的沉降与时间的关系一般如图1所示，开始阶段荷载较小，沉降也较小，St-t曲线较平缓，在荷载加完后，沉降发展较快，St-t曲线较陡，然后又趋平缓。
1.1考虑时间修正的沉降预测方法――指数曲线法和双曲线法
假定全部荷载在施工期tc的中间时刻突然施加，则St-t曲线将如图1中虚线所示，一开始就较陡。将时间坐标零点移到0＇的位置，可用某种函数关系来拟合实测的S-t曲线。常见的有两种：
式中A、B、Sf以及a为待定参数，若用指数关系式（1），有3个待定系数，利用实测资料，以最佳拟合方法确定参数代入公式即可计算今后任一时刻的沉降，如图1中虚线所示。若用式（2），计算方法也类似。
1.2全过程的沉降量预测方法研究
文献[4]提出的泊松曲线方法预测沉降随时间发展的过程，该曲线较好的反映了全过程的沉降量随时间发展的“S”形（如图1实线所示）。
泊松曲线的表达式如下：
式中：yt―t时刻对应的预测值，其单位为长度单位；
t ―时间，其单位为时间单位；
a、b、k―待定参数且为正，a为无量纲，b的单位为时间的倒数，k的单位为与yt相对应的长度单位。
利用三段计算法求泊松曲线方程中的各个参数。三段计算法求泊松曲线方程中的参数有以下两点要求：
（1）时间序列中的数据项数或时间的期数n是3的倍数，分为3段，每段含n/3=r项；
（2）自变量t的时间间隔相等或时间长短相等，前后连续，期数t由1开始顺编，也即取t=1，2，3……n。按此要求，则时间序列中各项数分别为y1，y2，y3……yn。将其分为3段：第1段为t=1，2，3……r；第2段为t=r+1，r+2，r+3……2r；第3段为t=2r+1，2r+2，2r+3……3r。
设S1，S2，S3分别为3个段内各项数值的倒数和，有：
（4）
2 沉降预测实例
2.1工程概况[5]
该工程为点式高层建筑，南面起居室为18层，北面附属用房为20层，总高57m，建筑物平面面积430m2。基础为半地下室箱基加短桩，箱基高2.9m，埋深1.7m，箱基底板为梁板结构，梁宽0.6m，板厚0.3m。建筑物下布置了183根0.4×0.4×7.5m3钢筋混凝土预制桩。场地地层在地面下深度2.4m~10m处为稍松粉砂层，作为桩基持力层，其下为灰色粘土，软塑到流塑状，暗绿色硬粘土层埋深约29m~30m。
2.2沉降预测比较
实测沉降随时间发展过程如表1所示，各种预测方法计算结果如表2所示，可见，泊松曲线和指数曲线计算结果相差不大，双曲线预测结果偏小。
表1 实测沉降随时间发展过程
表2 各种预测方法得到最终沉降结果
3结论
对各种沉降预测进行了分析，得到如下结论：
泊松曲线和指数曲线计算结果相差不大，双曲线预测结果偏小，泊松曲线能较好的反映沉降随时间发展的全过程，值得推荐。
参考文献
[1]徐新跃，方德胜.灰色Verhulst模型预测软土地基建筑物的沉降[J].地下空间，2001，5.
[2]韩柳欣，张献辉.神经网络方法在高炉沉降分析中的应用[J].建筑施工，2002，2.
[3]刘勇健.遗传算法在软土地基沉降计算中的应用[J].工业建筑，2001，5.
[4]宰金珉，梅国雄.全过程的沉降量预测方法研究[J].岩土力学，2004，4.
[5]洪毓康，陈强华，陈冠发.高层建筑下短桩基础的原位测试研究.S软土地基理论与实践[M].中国建筑工业出版社，同济大学出版社，1992.