第一章-908

1第一章绪论第一节地基、基础的概念地基是指承托建筑物基础的这一部分范围很小的场地。也就是说承受由基础传来荷载的土层（或岩）称为地基。位于基础底面下第一层称为持力层，在其以下的土层统称为下卧层。我国土地辽阔、幅员广大、自然地理环境不同，土质各异、地质条件区域性较强，因而使地基基础这门学科特别复杂。随着当前经济建设的蓬勃发展，不仅事先要选择在地质条件良好的场地从事建设，而且有时也不得不在地质条件不好的场地进行建设，为此必须对地基进行地基处理。建筑物的地基所面临的问题有以下四方面：1、地基承载力及稳定性.地基承载力及稳定性是指地基在建（构）筑物荷载（包括静、动荷载的各种组合）作用下能否保持稳定，若地基承载力不能满足要求，在建（构）筑物荷载作用下地基将会产生局部或整体剪切破坏，影响建（构）筑物的安全与正常使用，严重的会引起建（构）筑物的破坏。天然地基承载力主要与土的抗剪强度有关，也与基础型式和埋深有关。天然地基承载力不能满足要求时，需要进行地基处理，形成人工地基，以满足建（构）筑物对地基承载力的要求。2、沉降、水平位移及不均匀沉降.在建（构）筑物的荷载（包括静、动荷载的各种组合）作用下，地基沉降，或水平位移，或不均匀沉降会超过相应的允许值。若地基变形超过允许值，将会影响建（构）筑物的安全与正常使用，严重的会引起建（构）筑的破坏。天然地基变形主要与荷载大小和土的变形特性有关，也与基础型式有关。若天然地基变形不能满足要求，则需要进行地基处理，形成人工地基，以满足建（构）筑物对地基变形的要求。3、渗漏.渗漏主要分两类：一类是堤坝蓄水构筑物地基渗流量超过其允许值时，其后果是造成较大水量损失；另一类是地基中水力比降超过其允许值时，地基土会潜蚀和管涌产生破坏而导致建（构）筑物破坏造成工程事故。天然地基渗漏问题主要与土的渗透性有关。若天然地基不能满足要求，则需对地基进行改良，减小土的渗透性，或在地基中设置止水帷幕，阻截渗流。4、液化.在动荷载（地震、机器以及车辆振动、波浪和爆破等）作用下，会引起饱和松散粉细2纱（包括部分粉土）产生液化，它是使土失去抗剪强度近似液体特性的一种现象，并会造成地基失稳和震陷。基础是具有承上启下的作用。它处于上部结构的荷载及地基反力的相互作用下，承受由此而产生的内力（轴力、剪力和弯矩）。基础是建筑物十分重要的组成部，没有一个坚固而持久的基础，上部结构就是建造得再结实，也是要出问题的。基础是承受上部结构荷重，并将其传递到下卧土层的结构，它的主要功能有以下几点：1、通过扩大的基础底板或桩基础等形式将上部结构传来的荷载，如轴向力，水平力和弯矩等传递到持力层和下卧层上，以满足地基承载力要求。2、根据地基可能出现的变形及上部结构特点，利用基础所具有的刚度，与上部结构共同调整基础的不均匀变形，使上部结构不致产生过多的次应力。3、当上部结构受到较大的水平力，如风压、水压、土压以及地震力的作用时，采用挡土墙、板桩或锚杆等可起一定的抗滑或抗倾覆作用。4、作为震动设备的基础还具有减振的功能。上部结构的荷重通过基础传至土体后，便继续向土体深部扩散。由于土体是半无限空间体，土中应力随扩散深度而逐渐减少，到某一深度后，由于上部荷载所增加的土中应力甚小，对工程实际已无意义。基础设计时，除保证基础结构本身具有足够的刚度和强度外，同时还需选择合理的基础尺寸和布置方案，使地基的强度和变形满足规范的要求。因此，基础方案的论证常是地基评价的自然引伸和必然结果，地基和基础的设计往往是不可截然分割的。凡是基础直接建造在未经过加固的天然土层上时，这种地基称之为天然地基。当天然地基不能满足建（构）筑物对地基稳定、变形以及渗透方面的要求时，则事先要经过人工处理再建造基础，这种地基加固称为地基处理。第二节地基处理的目的和意义在土木工程建设中，当天然地基不能满足建（构）筑物对地基的要求时，需要对天然地基进行地基处理，形成人工地基，以满足建（构）筑物对地基的要求，保证其安全与正常使用。建筑物的地基问题，主要有以下四个方面：1、强度及稳定性问题。当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载时，地基就会产生局部或整体剪切破坏。2、压缩及不均匀沉降问题。当地基在上部结构的自重及外荷载作用下产生过大的变形时，会影响结构物的正常使用，特别是超过建筑物所能容许的不均匀沉降时，结构可能开裂破坏。沉降较大时，不均匀沉降往往也较大。湿陷性黄土遇水而发生剧烈的变形也可包3括在这一类地基问题中。3、地基的渗漏量或水力比降超过容许值时，会发生水量损失，或因潜蚀和管涌而可能导致失事。4、地震、机器以及车辆的振动、波浪作用和爆破等动力荷载可能引起地基土，特别是饱和无粘性土的液化，失稳和震陷等危害。当建（构）筑物的天然地基存在以上四类问题之一或其中几个时，即须采用这种或那种地基处理措施以保证建筑物的安全与正常使用。有的可在上部结构上采取一些措施，地基与建（构）筑物的关系极为密切。地基问题的处理恰当与否，关系到整个工程质量、投资和进度。因此，其重要性已越来越多地被人们所重视。我国地域辽阔，从沿海到内地，由山区到平原，分布着多种多样的地基土，其抗剪强度、压缩性、以及透水性等，因土的种类不同而可能有很大差别。各种地基土中，不少为软弱土和不良土，主要包括：软粘土、人工填土（包括素填土、杂填土和冲填土）、饱和粉细纱（包括部分轻亚粘土）、湿陷性黄土、有机质土和泥炭土、膨胀土、多年冻土、岩溶、土洞和山区地基等。而我国的新建设工程越来越多地遇到不良地基。因此地基处理的要求也就越来越迫切和广泛。下面分别简单介绍：1、软粘土软粘土是软弱粘性的简称，有时还简称为软土。它是第四纪后期形成的海相、泻湖相、三角洲相、溺谷相和湖泊相的粘性土沉积物或河流冲积物，有的属于新近淤积物。大部分是饱和的，其天然含水量大于液限，孔隙比大于1.0。当天然孔隙比大于1.5时，称为淤泥，当天然孔隙比大于1.0而小于1.5时，称为淤泥质土。软粘土的特点是天然含水量高，一般为35%～80%，天然孔隙比大，一般为1.0～2.0，抗剪强度低，不排水抗剪强度约在5kPa～25kPa，压缩系数高，一般为a1-2=0.5Mpa-1～1.5Mpa-1，最大可达到4.5Mpa-1，渗透系数小，一般约1×10-6㎝/s～1×10-8㎝/s。在荷载作用下，软粘土地基承载力低，地基沉降变形大，不均匀沉降也越大，而且沉降稳定历时比较长，在比较深厚的软粘土层上，结构物基础的沉降往往需要几年，甚至几十年。软粘土地基是在工程建设中遇到最多需要处理的软弱地基，它们广泛地分布在我国沿海以及内地河流两岸和湖泊地区。例如：天津、连云港、上海、杭州、宁波、温州、福州、厦门、湛江、广州、深圳、珠海等沿海地区，以及武汉、南京、马鞍山和昆明等内陆地区。2、人工填土地基（包括素填土、杂填土和冲填土）.人工填土按照物质组成和堆填方式可以分为素填土、杂填土和冲填土三类。按堆填时间分为老填土和新填土两类。粘性土堆填时间超过10年，粉土堆填时间超过5年，称为老填土。素填土：是由磷石、砂或粉土、粘性土等一种或几种材料组成的填土，其中不含杂质或含杂质较少。若分层压实则称为压实填土。其性质取决于填土性质，压实程度以及堆填时间。4杂填土：是人类活动形成的无规则堆积物，由大量建筑垃圾、工业废料或生活垃圾组成，其成分复杂，成层有厚有薄，性质也不相同，且无规律性。在大多数情况下，杂填土是比较疏松和不均匀的。在同一场地的不同位置，地基承载力和压缩性也有较大的差异。冲填土：是由水力冲填泥砂形成的。冲填土的性质与所冲填泥砂的来源及冲填时的水力条件有密切关系。含粘土颗粒较多的冲填土往往是欠固结的，其强度和压缩性指标都比同类天然沉积土差，粉细砂为主的冲填土，其性质基本上和粉细砂相同。3、饱和粉细砂.指饱和的粉砂土、饱和的细砂土和砂质粉土。粒径大于0.25mm的颗粒不超过全重的50%，粒径大于0.075mm的颗粒超过全重的85%称为细砂土。粒径大于0.075mm的颗粒不超过全重的85%，但超过50%称为粉砂土。粒径大于0.075mm的颗粒不超过全重的50%，而粒径小于0.005mm的颗粒含量不超过全重的10%，塑性指数IP小于或等于10的称为砂质粉土，处于饱和状态的细砂土、粉砂土和砂质粉土在静载作用下虽然具有较高的强度，但在机器振动、车辆荷载、波浪或地震力的反复作用下有可能产生液化或大量震陷变形。地基会因液化而丧失承载能力。如需要承担动力荷载，这类地基也需要进行处理。4、湿陷性土.湿陷性土包括湿陷性黄土、粉砂土和干旱、半干旱地区具有崩解性的碎石土等。是否属湿陷性土可根据野外浸水载荷试验确定。当在200Kpa压力作用下附加变形量与载荷板宽之比大于0.015时称为湿陷性土。在工程建设中遇到较多的是湿陷性黄土。湿陷性黄土是指在覆盖土层的自重应力或自重应力和建筑物附加应力综合作用下，受水浸湿后，土的结构迅速破坏，并发生显著的附加下沉，其强度迅速降低的黄土。由于黄土湿陷而引起建筑物不均匀沉降是造成黄土地区事故的主要原因。由于大面积地下水位上升等原因，部分湿陷性黄土饱和度达到80%以上，黄土湿陷性消退，转变为低承载力（100Kpa）和高压缩性土。饱和黄土既不同于软土，也不属湿陷性黄土。它兼具两者特性，这类地基的处理问题逐渐增多。黄土在我国特别发育、地层多、厚度大，广泛分布在甘肃、陕西、山西大部分地区，以及河南、河北、山东、宁夏、辽宁、新疆等部分地区。当黄土作为建筑物地基时，首先判断它是否具有湿陷性，然后才考虑是否需要地基处理以及如何处理。5、有机质土和泥炭土.土中有机质含量大于5%时称为有机质土，大于60%时称为泥炭土。土中有机质含量高，强度往往降低，压缩性增大，特别是泥炭土，其含水量极高，压缩性很大，且不均匀，一般不宜作为天然地基，需要进行地基处理。6、膨胀土.膨胀土是一种吸水膨胀、失水收缩，具有较大胀缩变形性能，且变形往复的高塑性粘土。利用膨胀土作为建（构）筑物地基时，如果采取必要措施进行地基处理，常会给建（构）筑物造成危害。膨胀土在我国分布范围很广，根据现有资料，广西、云南、湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、贵州和广东等地均有不同范围的分布。57、多年冻土.多年冻土是指温度连续三年或三年以上保持在摄氏零度或零度以下，并含有冰的土层。多年冻土的强度和变形有许多特殊性。例如，冻土中因有冰和未冰水存在，故在长期荷载作用下有强烈的流变性。多年冻土作为建（构）筑物地基需慎重考虑，需要采取处理措施。8、岩溶、土洞和山区地基.岩溶或称“喀斯特”，它是石灰岩、白云岩、泥灰岩、大理石、岩盐、石膏等可溶性岩层受水的化学和机械作用而形成的溶洞、熔沟、裂隙、以及由于溶洞的顶板塌落使地表产生陷穴、洼地等现象和作用的总称。土洞是岩溶地区上覆土层被地下冲蚀或被地下水潜蚀所形成的洞穴。岩溶和土洞对建（构）筑物的影响很大，可能造成地面变形，地基陷落，发生水的渗漏和涌水现象。在岩溶地区修建建筑物时要特别重视岩溶和土洞的影响。山区地基地质条件比较复杂，主要表现在地基的不均匀性和场地的稳定性两方面。山区基岩表面起伏大，且可能有大块孤石，这些因素常会导致建筑物基础产生不均匀沉降。另外，在山区常有可能遇到滑坡、崩塌和泥石流等不良地质现象，给建（构）筑物造成直接的或潜在的威胁。在山区修建建（构）筑物时要重视地基的稳定性和避免过大的不均匀沉降，必要时需进行地基处理。改革开放和加入WTO以后，更快地促进了国民经济飞速发展，土木工程建设规模日益扩大，要求越来越高，难度也不断加大。土木工程功能化，城市建设立体化，交通高速化和改善综合居住条件成为现代化土木工程的特征。现代化土木工程建设对地基提出了更高要求。随着现代化建设事业的发展，越来越多的土木工程需要天然地基进行处理。除了在上述各种软弱和不良地基上建（构）筑物时需要考虑地基处理外，当旧房改造、加层，工厂设备更新等造成荷载增大，对原来地基提出更高要求，原地基不能满足新的要求时，或者在开挖深基坑，建造地下铁道等工程中有土体稳定、变形或渗漏问题时，也需要进行地基处理或土质改良。在现代建设中，土木工程量大面广、投资