PKPM微课第四十一期浅谈基床系数与基础沉降--基床系数

1、基床系数及相关问题讲解：刘华QQ:4322294电话、基床系数的概念三大地基模型：1、文克尔地基模型（线弹性地基模型），文克尔地基模型是把地基视为在刚性基座上由一系列侧面无摩擦的土柱组成，并可以用一系列独立的弹簧模拟；2、弹簧半无限空间地基模型，假定地基是一个均匀连续各向同性的半无限空间弹簧体；3、有限压缩层模型，把地基当成侧限条件下有限深度土层，以分层总和法为基础建立地基压缩层变形与地基作用荷载关系。基床系数一词源于Winkler提出的温克尔弹性地基模型，该模型认为地基土某点的变形s与所受压力p 成正比，其比值p/s=k即为该点处地基土的基床系数。简单理解，基床系

2、数就是土弹簧（土柱）的刚度。筏基Winkler模型与基床系数KK=p/s,单位：kN/m严格符合Winkler模型的实际地基是不存在的5二、基床系数的确定方法(a)静载试验法静载试验法是现场的一种原位试验，通过此种方法可以得到荷载沉降曲线（即P-S曲线）， 如下图：图静载试验法得到的P-S曲线根据图1所得到的P-S曲线，则K值的计算公式如下：- P1P2K=- S1S 2其中，P2、P1分别为基底的接触压力和土自重压力，S2、S1分别为相应于P2、P1的稳定沉降量。静载试验法计算出来的K值是不能直接用于基础设计的，必须经太沙基修正后才能使用，这主要是因为此种方法确定K值时所用的荷载板底面积远小

3、于实际结构的基础底面积，因此需要对K值进行折减的缘故。从公式可以看出，P2-P1 和S2-S1实际上就是在试验中所施加的荷载及其引起的稳定沉降量。其计算出来的K值就是地基的弹簧刚度。高层建筑岩土工程勘察规程附录H（b）按基础平均沉降Sm反算用分层总和法按土的压缩性指标计算若干点沉 降后取平均值Sm，得K=p/Sm式中p为基底平均压力，这个方法对把沉降计算结果控制在合理范围内是非常重要的。用这种方法计算的k值不需要修正，JCCAD在“桩筏筏板有限元计算”中使用的就是这种方法。沉降如何确定1. 按规范要求计算不同的规范沉降计算方法不同，计算结果差异较大；同一本规范一般也有多种沉降计算方法，不同方法

4、计算结果差异较大。2. 根据工程经验预估应该注意平时的工程积累，尤其是有沉降观测的工大。实的工程沉降值有时候指导意义更（c）经验值法（查表）基床反力系数经验值法取值基床反力系数K的推荐值地基一般特性土的种类K(KNm3)松软土流动砂土、软化湿土、新填土流塑粘性土、淤泥及淤泥质土、有机质土10005000500010000中等密实土粘土及亚粘土:软塑的可塑的轻亚粘土:软塑的可塑的砂土:松散或稍密的中密的密实的碎石土:稍密的中密的黄土及黄土亚粘土10000200002000040000100003000030000500001000015000150002500025000400001500025

5、00025000400004000050000密实土硬塑粘土及粘土硬塑轻亚土 密实碎石土400001000005000010000050000100000极密实土人工压实的填亚粘土、硬粘土100000200000坚硬土冻土层2000001000000岩石软质岩石、中等风化或强风化的硬岩石微风化的硬岩石2000001000000100000015000000桩基弱土层内的摩擦桩穿过弱土层达密实砂层或粘土性土层的桩打至岩层的支承桩100005000050001500008000000摘自本院地基所(TJ774)修改序号16“筏式基础的设计和计算”专题报告的附件之二。【资料来源】顾晓鲁等主编地基与基

6、础（第三版）北京：中国建筑工业，2003【资料来源】 中国船舶工业总公司第九设计院编写弹性地基梁及矩形板计算路基系数K30【资料来源】地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范GB50307-1999（d）几种特殊情况基床系数确定方式（1）超高层复杂基础的计算流程1. 应用国际地基基础与岩土工程专业数值分析有限元软件PLAXIS 3D 2013，通过地基土、桩基与结构相互作用进行沉降分析，以判断总沉降量、主楼筏板挠度和差异沉降量是否满足规范要求；2. 岩土专业工程师根据整体沉降分析结果，给出基础底板不同区域的基床反力系数；3. Sap2000（或其他有限元软件，如YJK、MIDAS、SAFE等）建立含

7、基础的整体模型，考虑上部结构刚度，得到基础内力，进行基础设计；特别说明：对于一般工程（高度150m以下），结构工程师可根据工程经验结合实际工程特点确定基床反力系数，进行基础设计；对于超高层建筑(150m以上)，建议由专业岩土工程师进行沉降分析，给出合理的基床反力系数，用于基础设计。（以上资料来自北京院结构抗震研究所卢清刚总工某次会议报告）（2）回弹再压缩工程基床系数对于某些工程，若基础埋深比较大，当基础开挖的土体重量大于结构本身重量时，地基土产生回弹，则程序将无法给出K的建议值。此时设计人员可以考虑回弹再压缩，用结构“总面荷载值（准永久值）”/“回弹再压缩沉降值（mm）”得到基床反力系数K值。

8、（3）复合地基基床系数复合地基是在土里加入增强体，以实现对地基土的加强，增强体和同承担荷载，地基不均匀，相对于天然地基，结构组成更加复杂，用于确定天然地基的基床系数的方式很难直接用于 复合地基。但对于复合地基的沉降计算，规范有明确算法，也有很多的实际工程数据可供参考。所以，对于复合地基基床系数，通过沉降反算应该是不 错的选择。（4）有限元程序计算复合桩基时的基床系数有限元计算复合桩基的时候，板底土基床系数的大小直接影响板底土的反力及桩的反力，通 常复合桩基桩受力还是占主导，板底土只是部分分担反力。所以，有限元计算复合桩基时，板底土基床系数不能直接取天然地基基床系数，而应该根据 桩间土分担反力大

9、小来确定。基床反力系数K值的影响因素：1. 基床反力系数K值的大小与土的类型、基础埋深、基础底面积的形状、基础的刚度及荷载作用的时间等因素有关 。2. 试验表明,在相同压力作用下,基床反力系数随基础宽度的增加而减小,在基底压力和基底面积相同的情况下,矩形基础下土的K值比方形的大.对于同一基础,土的K 值随埋置深度的增加而增大。试验还表明，粘性土的K 值随作用时间的增长而减小。3. 对于不同的土质，测试结果差异较大；对于相同的土质，不同的测试人员测试结果有时也有较大差异。因此，K值不是一个常量，它的确定是一个复杂的问题。三、JCCAD基床系数相关功能1.基床系数程序默认值：（1） JCCAD在“

10、板元法计算”中，如果输入地质资料，程序根据地质情况以及附加面荷载算出平均沉降，再计算出基床系数。“板底土反力基床系数建议（kN/m3）”=“总 面荷载值（准永久值）”/“平均沉降S1（m）”（2） 如果不输地质资料时，默认值是20000。在“板元法计算”的“基床系数”菜单里点“沉降试算”，查看程序基床系数建议值的计算过程。用户问题：“为什么我的工程程序始终不给基床系数建议值？”工程实例：基床系数1工程实例：基床系数2用户问题：“为什么我的工程程序始终不给基床系数建议值？”原因：1.没有输入地质资料。2.附加面荷载值小于0，这种情况应该考虑回弹再压缩计算沉降（3）“平面调整”与“地质调整”操作步

11、骤：板元法计算-生成数据-筏板编辑用户问题：“为什么我的工程沉降结果不同位置相差很大？”工程实例：基床系数地质调整（4）局部桩筏基础基床系数对于常规桩筏基础，程序默认反力都由桩承担， 桩间土没有反力，程序默认设置板底基床系数为0。同一筏板下部分桩筏基础，部分 天然地基的时候，程序默认整个筏板板底土基床系数为0，此时需要手工调整天然地基部分筏板的板底土基床系数，否则计算结果会异常。工程实例：局部桩筏1工程实例：局部桩筏2（5）复合地基基床系数复合地基是在土里加入增强体，以实现对地基土的加强，增强体和同承担荷载，地基不均匀，相对于天然地基，结构组成更加复杂，用于确定天然地基的基床系数的方式很难直接

12、用于复合 地基。但对于复合地基的沉降计算，规范有明确算法， 也有很多的实际工程数据可供参考。所以，对于复合地基基床系数，通过沉降反算应该是不错的 选择。（5）复合地基基床系数程序处理过程：1. 用户输入没有进行复核地基处理的地勘资料；地基处理前及处理后的承载力特征值，以及地基处 理深度；2. 程序根据地基处理规范计算模量提高系数；3. 根据计算出的压缩模量提高系数，乘以处理深度范围内土层的压缩模量，得到处理后的地勘资料 信息。4. 根据得到的处理后的地勘信息，计算沉降，反推基床系数。工程实例：复合地基基床系数（6）复合桩基基床系数复合桩基通常是指桩同作用的一种地基基础形式，桩和同承担反力，有限

13、元计算复合桩基的时候，板底土基床系数的大小直接影响板底土的反力及桩的反力。所以，有限元计算复合桩基时，板底土基床系数不能直接取天然地基基床 系数，而应该根据桩间土分担反力大小来确定。工程实例：复合桩基基床系数（7）广义温克尔模型基床系数为了弥补文克尔地基模型中忽略剪切变形的缺点， 利夫金在文克尔地基模型的基础上，引入基础底面几何尺寸效应的因素，以描述基础范围以外的土体对基础刚度和接触压力分布性质的影响。利夫金提出的计算方法通常包含三个参数，即K、和，在给定的情况下，通过调整的大小，可以使地基反力成倒抛物线方式分布。人们将利夫金提出的计算方法称之为广义文克尔地基模型或三参数模型。梁元虑广义温克尔模型计算步骤：1. “基础模型”“工具”里勾选生成广义