地 基 與 基 礎(chǔ)

1、第一章 地 基 與 基 礎(chǔ)第一節(jié) 地基土的物理性質(zhì)及分類一、 圖的組成及特征指標(biāo)是由礦物顆粒、水和空氣組成的物體。在顆粒之間存在較多的空隙，當(dāng)空隙為水充滿時(shí)稱為飽和土；空隙中部分為水，另一部分為空氣或其氣體時(shí)稱為非飽和土。地下水位以下的土為飽和土，地下水位以上一般為非飽和土。 土粒按其直徑與礦物質(zhì)成分可粗分為兩大類。直徑大于0.074mm者為砂、礫類，他們是長石，石英長期風(fēng)化的碎屑，地質(zhì)堅(jiān)硬，性質(zhì)穩(wěn)定，顆粒間呈點(diǎn)狀接觸，其強(qiáng)度決定與顆粒級(jí)配愈均勻配愈差，其密愈低。粒徑小于0.005MM者稱為膠粒。這類物質(zhì)的礦物成分為高嶺石、伊利石和蒙脫石，屬3次生礦物、顆粒，為片狀，剁呈層狀排列，有吸附作用，

2、遇水膨脹，失水收縮。土體中粘粒含量愈多，其性質(zhì)愈復(fù)雜，結(jié)構(gòu)性強(qiáng)，透水性差，土體強(qiáng)度與地基承載力受含水量。影響，含水低的粘性土強(qiáng)度高，含水量的其強(qiáng)度低。在評(píng)價(jià)土的物理性質(zhì)及分類時(shí)，需考慮土中顆粒的體積及重量、土中含水量。它反眏土的組成比例。對(duì)粘性土還考慮土的塑性特征。現(xiàn)就常用的指標(biāo)及其分別敘述如下。CM31.土的密度單位土體的重量(gCM3)可直接用虎環(huán)刀切土或現(xiàn)場挖標(biāo)準(zhǔn)坑取土求其重量。為保證質(zhì)量，應(yīng)測量體積并及時(shí)稱重，以防止水粉蒸發(fā)含水量W 空隙中水的重量與土骨架重量之比，以百分?jǐn)?shù)表示。試驗(yàn)前稱好土重，在烘箱常溫105時(shí)烘12小時(shí)后再稱土重，即得水的重量。在現(xiàn)場可直接用酒精燒土，取得試后干土的

3、重量。土粒相對(duì)密度(比重)pd單位容積內(nèi)土粒的重量。一般用來控制填土的質(zhì)量。該值可按式求出。PW水的密度，取1CM3 良好的級(jí)配砂石，填土的干密度可超過2.1CM3,粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土與石屑作為混合填料時(shí)，其干密度可超過2.1 gCM3，純粘土只能達(dá)到1.55 gCM3故粘土不宜作為填土材料?？障侗韧馏w空隙與土粒體積之比空隙比是一個(gè)極為重要的指標(biāo)，他用以確定土的壓縮性、相對(duì)密度、固結(jié)度等計(jì)算指標(biāo)；還是粉土的承載力的重要指標(biāo)。不均勻系數(shù)K。評(píng)價(jià)沙土級(jí)配及均勻性的指標(biāo)數(shù)，根據(jù)小于顆粒直徑的土粒在土體總量中的百分比數(shù)，橫坐標(biāo)為粒徑d50為小于該直徑的土?？傊卣?0%, 為小于該直徑的土?？傊卣?0%

4、。當(dāng)K。15，為及配良好的砂；5K。15，為中等級(jí)配砂；及配不良的砂，密實(shí)度很差，松散不宜壓實(shí)，易于液化，承載力低，不能作為地基處理的材料。從唐山地震災(zāi)害調(diào)查中發(fā)現(xiàn)平均粒徑d50為0.070.09MM之間的砂最易液化。3.反應(yīng)土的塑性的指標(biāo) 粘性土的含水量的變化引起粘性土體從固態(tài)到塑性體及流體狀態(tài)的變化。為狀態(tài)變化的界限含水量指標(biāo)為塑限WL液限WL。塑限土體沖固態(tài)轉(zhuǎn)變到流動(dòng)狀態(tài)時(shí)的界限含水量，它相當(dāng)于在手中搓出條至3MM是出現(xiàn)斷裂的含水量。液限土體從塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)的界限含水量?？捎寐溴F發(fā)測定。 液限及液限主要用于粘性土力學(xué)性質(zhì)評(píng)價(jià)，對(duì)粉土效果較差。粘性土的塑性可用來確定填土的最佳含水量、凍脹分

5、類，與膨脹土天然含水量的最小值也有密切關(guān)系。液限反應(yīng)土的變形性質(zhì)接近流變體。建筑物后期沉降可能延長數(shù)十年而不穩(wěn)定就是含水量達(dá)到液限后的實(shí)例。在基坑開挖過程中，含水量在塑限附近的土質(zhì)的邊坡比較穩(wěn)定，只有干裂崩塌的可能性。但對(duì)含水量等于液限的淤泥，其邊坡及滑動(dòng)，事故較多，故塑限、液限指標(biāo)具有實(shí)用價(jià)值。 用來描述粘性土狀態(tài)的指標(biāo)為液性指數(shù)。當(dāng) 0IL0.25，硬朔狀態(tài)；0.25IL0.75，可塑狀態(tài)；0.7IL1軟塑狀態(tài)；IL1，流狀態(tài)IL0堅(jiān)硬狀態(tài)天然含水量W大于塑限后，IL0，土進(jìn)入性狀態(tài)；當(dāng)W=WL時(shí)IL是極重要的指標(biāo)。塑性指標(biāo)Ip是極要的指標(biāo)。塑性IP是粘性土粉類的指標(biāo)，它與土中粘粒含量有密

6、切關(guān)系。據(jù)統(tǒng)計(jì)粘粒含量30%左右時(shí)，IP約為17.該只用來劃分粘土與粉質(zhì)粘土等五類。二巖土分類巖土的分類有很多，作為建筑物地基一般可分為巖石、碎石土、砂、粉土、粘性土等五類。1.巖石類凡單軸坑抗壓強(qiáng)度大于或等于30MP以上者為硬質(zhì)巖石；小于30MP的巖石稱為軟質(zhì)巖石。巖石新鮮的稱微風(fēng)化。巖石被節(jié)理、裂隙分割成塊狀（20-50MC），裂隙中填有少量風(fēng)化。節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石分割成2-20CM的石塊，用手可分析斷時(shí)稱為強(qiáng)風(fēng)化。風(fēng)化程度應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的地質(zhì)工程師鑒別。巖石是良好的地基，但不均勻性較大，且?guī)r石起伏往往不以查清。作為樁尖吃力層時(shí)，應(yīng)特別注意。2.碎石類按粒組含量及顆粒形狀分為漂石和塊石、卵石和

7、碎石、原礫和角礫。漂石和塊石：粒徑大于200MM的超過全重60%；卵石和碎石：粒徑大于200MM的顆粒超過50%；園礫和角礫：粒徑大于2MM的顆粒占全重50%。碎石土在其骨架顆?？找u中全部為砂所充填時(shí)稱為砂卵石，其承載理由密實(shí)度決定，如果空隙中為粘土所充填時(shí)，要根據(jù)土的狀態(tài)、骨架的密實(shí)情況確定其工程性質(zhì)。對(duì)漂石和塊石類土因其直徑多大，往往造成鉆探及鉆孔灌注樁施工的困難，有時(shí)還有誤將大塊漂石判為大塊碎石土的可能。3.砂類土砂土根據(jù)其顆粒直徑大小及所占的重量比例，按顆分發(fā)定名。礫砂；粒徑大于 2MM的顆粒占全重25%-50%；粗砂；粒徑大于0.5MM的顆粒占全重50%。中砂；粒直大于0.25MM的

8、顆粒占全重50%；細(xì)沙；粒徑大于0.075MM的顆粒占全重85%；粉砂；粒徑大于0.075MM的顆粒占全重50%。上述分類可通過標(biāo)準(zhǔn)篩用篩分發(fā)確定。及配良好的砂是較好的地基，透水性強(qiáng)、加荷后穩(wěn)定快。但同樣有他的問題，例如難以取原狀土，必須通過標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)間接確定其密度；水下砂往往在抽水過程中形成管涌、流沙；干砂又不易夯實(shí)，需用糝水夯實(shí)法；粉細(xì)沙在地震時(shí)易于液化等。關(guān)于砂的密實(shí)度一般用標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)N判斷。密實(shí)；N30中密15N30稍密10N15松密N10稍密和松散的砂應(yīng)通過振動(dòng)夯實(shí)法振密后，才可作為地基。4.粉土指粒徑0.0750.005的顆粒占全重50以上、粘粒含量小于17、沙粒含量小于50的

9、土。如果用塑性指數(shù)劃分，其IP10。粉土由粉粒、砂粒、粘粒三種物質(zhì)組成，根據(jù)含量又可細(xì)分為：砂質(zhì)粉土：砂的含量4050；粉 土：粉粒含量6070；粘質(zhì)粉土：粘粒含量1017.砂質(zhì)土接近砂的性質(zhì)，是可能液化的土。粘質(zhì)粉土接近粘性土性質(zhì)，它不會(huì)液化。用顆分發(fā)劃分粉土比塑性指數(shù)法要準(zhǔn)確而適用些。5.粘性土按塑性指數(shù)分類;粉質(zhì)粘土：10IP17粘 土：IP17。粉質(zhì)粘土屬于粘性土類，它具有粘結(jié)力及摩阻力，滲透性次于砂土，可用手搓成0.52MM的土條，在自重下可斷裂。當(dāng)其含水量在塑限左右搗碎后，用手捏緊，松手落成散粒狀時(shí)，最易夯實(shí)。在工程中常用作填土材料。 粘土性質(zhì)極為復(fù)雜，其礦物成分含量對(duì)工程性質(zhì)有明

10、顯的影響。粘土滲透性很差，摩擦粒很低。吸水后成流塑狀，強(qiáng)度很低，已于滑坡，干燥后又可斷裂，引起基坑崩塌。當(dāng)粘性土的含水量在塑限左右時(shí)，具有很高的強(qiáng)度，不宜搗碎，也難于夯實(shí)，所以對(duì)年性質(zhì)的評(píng)估極為重要。二、 特殊土類我國的地質(zhì)條件很復(fù)雜，常見的特殊土有濕陷黃土、淤泥、膨脹土、季節(jié)性凍土、多年凍土、鹽漬土等。 濕陷性黃土分布在甘肅、陜西、河南及青海部分地區(qū)。有可見的大孔。含水量很低，多分布在氣候干燥地區(qū)。該土粉質(zhì)含量多，孔隙比大于1，遇水則沉陷，故成濕陷性黃土。在工程中除干燥車間外，同常要進(jìn)行處理，消除濕陷性后才可作為天然地基。 淤泥及淤泥質(zhì)土分布于沿海、沿湖地區(qū)，灰黑色，含有機(jī)質(zhì)，孔隙比12.7

11、不等，抗剪強(qiáng)度變化幅度較大，地基承載力30100KP，房屋沉降以數(shù)十厘米計(jì)，屬高壓縮性低強(qiáng)度的飽和土和軟粘土。深基坑支護(hù)穩(wěn)定性問題極為重要。 泥炭及泥炭化土為含腐化植物量極高的不均勻性高壓縮性土，含水量100300，密度很小，固體較少，幾乎沒有承載力，透水性較好，排水較易，我國云貴山區(qū)有少量分布。 膨脹土分布于我國云南、廣西、河南、安徽、等十余省市區(qū)。在膨脹土出露于地表地方房屋損壞率大。尤以坡地房屋的損壞為最。 膨脹土有膨脹性質(zhì)，其主要因數(shù)時(shí)土中含有蒙脫石礦物，然而在無水補(bǔ)給或者沒有水份轉(zhuǎn)移的條件，它的性質(zhì)不會(huì)發(fā)揮，即使有所發(fā)揮，也不會(huì)對(duì)建筑物中成危害。這些外部條件，如施工供水、破壞植被，挖填

12、方、氣候干濕交替等都足以破壞土中水源的平衡狀態(tài)，是水分蒸發(fā)、轉(zhuǎn)移、造成房屋升降、下降、水平移動(dòng)等現(xiàn)象，由此引起房屋的順壞。治理原則在于控制影響內(nèi)因的外部條件，例如增加基礎(chǔ)埋置深度，及時(shí)封閉裸露邊坡，集中排水都是有效地方法。多年凍土及季節(jié)性凍土主要位于嚴(yán)寒地區(qū)。凍深以上土層印土溫低于攝氏零度，土中水結(jié)冰冰的膨脹是土產(chǎn)生膨脹。待春天來臨，土溫上升，土中冰溶，又造成的融沉。常見的春天翻漿就是冰溶造成現(xiàn)象。除砂土膨脹較小外，由于粘性土內(nèi)顆粒礦物的吸附能力，具有轉(zhuǎn)移水分的作用。凡地不斷向低溫轉(zhuǎn)移而下水位離凍土深線2M以內(nèi)的土層都可能飲因水不斷向低溫轉(zhuǎn)移而到補(bǔ)給，產(chǎn)生強(qiáng)弱不等的凍脹現(xiàn)象，防治措施最好的方法

13、只有兩條：一是將基礎(chǔ)埋在凍深線一下；二是采用架空層或其他措施隔斷一切熱源、冷源對(duì)土的現(xiàn)狀的影響。后者質(zhì)在凍土深度較大多年凍土區(qū)很有效的方法。同理，在設(shè)計(jì)施工中由于對(duì)土的凍脹現(xiàn)象未加注意也可能造成人為凍害。如冷藏庫未加設(shè)空層造成內(nèi)低溫傳給地基，引氣凍害；冬季施工基坑開挖后未及時(shí)保溫，造成基土凍脹等。鹽漬土；土中易容鹽超過0.5，時(shí)即屬鹽漬土。常見的鹽類為氯鹽、碳酸鹽和硫酸鹽等，他對(duì)混凝土有 腐蝕性。為防止腐蝕常在基礎(chǔ)四周加瀝青層?？扇埯}浸水后溶解，硫酸鹽吸水還有膨脹性。青海格爾木地區(qū)采用巖鹽鋪路，是在壓實(shí)情況下進(jìn)行的?？傊?，土的分類可幫助我們根據(jù)其屬性及時(shí)采取的措施。但是，土的成因復(fù)雜，地區(qū)性強(qiáng)

14、，分類可解決大部分設(shè)計(jì)施工問題，也制定相應(yīng)的規(guī)范。應(yīng)當(dāng)注意還存在許多特殊問題，這就需要經(jīng)過試驗(yàn)研究。例如，軟土的性質(zhì)有共同性，但各地很不相同，不能照搬照抄。最好的方法是吸收當(dāng)?shù)爻晒Φ慕?jīng)驗(yàn)和失敗教訓(xùn)，根據(jù)工程要求加以深化。遇到你難問題應(yīng)由專門從事巖土工程的技術(shù)專家解決。第二節(jié) 土的壓縮性與地基沉降 一、 土的壓縮性土的可壓縮體。在靜壓力下土的孔隙比將從原有的狀態(tài)減少到新的孔隙比?？子侗鹊臏p少說明土體顆粒密實(shí)度的增加。壓力愈大，孔隙比減少愈多，土體愈密實(shí)。這種物理現(xiàn)象稱為壓縮。在自然沉積過程中，除了殘積土以外都有一個(gè)長期的壓縮過程。例如在江河入海處的三角洲，隨著上游攜帶的泥沙逐漸堆積成陸地，上覆

15、土的重量使深層的土粒逐漸壓縮成較密的土層。沉積巖如泥巖、頁巖、石灰?guī)r都是在上億年堆積過程中性的。由于土的壓縮，建在土上的建筑物將產(chǎn)生沉降。沉降的大小均勻性危及建筑物的安全和正常使用。所以，地基的壓縮性是地基設(shè)計(jì)中非常重要的指標(biāo)。土的壓縮性確定方法仍然沿用側(cè)限壓縮條件下的壓縮系數(shù)。1-2將土樣放入金屬環(huán)內(nèi)，在土上施加均勻的壓力。由于土被限制在環(huán)內(nèi)，只能在垂直方向壓縮變形，故稱為有側(cè)壓縮，壓縮曲線見圖。二、沉降特征建筑物的沉降特征決定于上部結(jié)構(gòu)與地基的相互作用。例如：結(jié)構(gòu)剛度較大的煙囪，其結(jié)構(gòu)只能是豎向下沉或傾斜。地基均勻時(shí)沉降將是均勻的，地基不均勻傾斜。又如高層與低層相連，低層部分可能因高層下沉

16、而裂開。如果兩個(gè)高層并排，距離過近，就會(huì)可能出現(xiàn)出現(xiàn)相對(duì)傾斜。因此，根據(jù)地質(zhì)條件、建筑結(jié)構(gòu)及體型，它的沉降都具有一定的規(guī)律，并表現(xiàn)出某些特征，是否會(huì)超過結(jié)構(gòu)的承受力，影響建筑物的正常使用，并在設(shè)計(jì)時(shí)予以考慮。建筑物沉降的特征可分為：沉降、相對(duì)彎曲、局部傾斜、沉降差等。1.沉降沉降指建筑物某點(diǎn)的下沉值。剛性建筑物，如水塔、煙囪、體型簡單的高層建筑物等，當(dāng)土層均勻時(shí)實(shí)測沉降一般比較均勻，計(jì)算沉降時(shí)用多點(diǎn)計(jì)算只取平均數(shù)。面積較少的獨(dú)立基礎(chǔ)，則用基礎(chǔ)中點(diǎn)計(jì)算沉降值。2.相對(duì)彎曲相對(duì)彎曲指彎曲部分失高F與炫長L之比。磚砌體相對(duì)彎曲的允許值；砂類土及硬塑粘性土為0.007，軟塑至流塑狀粘性土為0.001；

17、當(dāng)配有圈梁及鋼筋磚圈梁時(shí)，分別為0.001及0.0013，如果房屋呈反向澆曲，允許值為0.0005。上述相對(duì)彎曲值可用來預(yù)測房屋的損害可能性，只要從施工期間開始沉降穩(wěn)定為止，實(shí)測相對(duì)彎曲不超過容許值時(shí)，墻體不致裂開。從計(jì)算值預(yù)測相對(duì)彎曲時(shí)很難準(zhǔn)確的。原因在于計(jì)算時(shí)未考慮上部結(jié)構(gòu)剛度對(duì)地基變形的調(diào)整作用。估計(jì)算值偏大。因此，在我國規(guī)范未規(guī)定計(jì)算相對(duì)彎曲值。3.局部傾斜由于房屋體型復(fù)雜、剛度變化、何在差異以及地質(zhì)不均等因數(shù)，均可能在拐角部位、縱墻轉(zhuǎn)折處、高低層連接處、地質(zhì)變化處出現(xiàn)沉降差異稱為局部傾斜，1-5、B部位。局部傾斜計(jì)算長度一般610M，按隔墻距離考慮。沉降差與計(jì)算距離的比值即局部傾斜值

18、。對(duì)中、低壓縮性土上的砌體結(jié)構(gòu)該值不得超過0.002，對(duì)高壓縮性土不得超過0.003.在工程中，凡局部傾斜不滿足的部位多數(shù)用沉降縫處理，也可用復(fù)合地基、樁基、箱基處理。特殊地基上的房屋事故較多的原因除了上述因數(shù)造成局部傾斜過大以外，凍脹，融沉、膨脹、濕陷、熱源引起收縮和熱溶洞均可造成局部損害，采取一般處理方法很難有效。由于施工或使用中大量抽水也可造成局部傾斜、房屋開裂。深井抽水影響面積更大，可造成百米范圍內(nèi)不均勻下沉。所以在分析問題是要周密考慮，以便采取相應(yīng)預(yù)防措施。4.傾斜指單獨(dú)基礎(chǔ)或剛度較好的高聳基礎(chǔ)在傾斜方面兩端點(diǎn)沉降差與距離的比值。引起傾斜因數(shù)為;（1）土層不均；（2）偏心荷載較大；（

19、3）兩高聳結(jié)構(gòu)距離較近；（4）結(jié)構(gòu)物一側(cè)大面積地面負(fù)荷。上述四種因數(shù)在高壓縮土地區(qū)房屋設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)密切注意。施工期間也需要將料場設(shè)置在離建筑物12M以外的地方。在中、低壓索性土層建筑，由于埋深較大，到到目前為止尚未出現(xiàn)嚴(yán)重傾斜和相對(duì)傾斜的事例。上述四種引述在高壓縮土地區(qū)房屋設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)密切注意。施工期間也需要將料場醬料場設(shè)置在離建筑物12M以內(nèi)的地方。在中、低壓縮性土層上的高層建筑，由于埋深較大，到目前為止尚未出現(xiàn)眼中的傾斜和相對(duì)傾斜的事例。高層建筑允許傾斜值；100M以上的建筑為0.0015,100M以內(nèi)為0.002.它是由于建筑物使用功能及居住著的心理適應(yīng)能力決定的。高聳結(jié)構(gòu)允許傾斜值；高度超過2

20、00M時(shí)為0.002；150200M之間為0.003,100150M之間為0.004.但是，對(duì)反應(yīng)塔、高爐等允許傾斜值還應(yīng)根據(jù)工藝要求確定。高層建筑物傾斜允許值極為重要，它不僅涉及使用要求能付滿足，一旦超過允許值，幾乎難以糾偏，后果極為嚴(yán)重，設(shè)計(jì)上要求選擇良好的場地，杜絕不均勻沉降的的可能性，必須按變形設(shè)計(jì)，包括在場地開挖后地下水的浮力可能造成部均勻浮起。降水應(yīng)進(jìn)行到結(jié)構(gòu)的荷載超過浮力后才能結(jié)束。某工程基坑開挖后未考慮暴雨造成的地下水升降問題，在地下結(jié)構(gòu)尚未完成前出現(xiàn)不均 勻上浮達(dá)20CM多，抽水后仍未能恢復(fù)原位，造成了處理困難。建筑物傾斜的其他因素還有;臨坡建筑基礎(chǔ)埋深不夠，邊坡排水不良，坡腳被水沖刷，地基土有可液化粉砂層，以及地下采空區(qū)塌陷等。以上因數(shù)屬于穩(wěn)定問題，對(duì)這類地基的傾斜不能用沉降計(jì)算方法預(yù)估具體的方法是治山、治水、治液化、這類治理措施可從有關(guān)資料查