地基基礎知識

-.z.地基根底知識地基及根底是一項古老的工程技術，又是一門年青的應用技術，地基根底是一切建筑物的最重要的部位。如地基不好，上部構造最好，整個建筑物也會出現各種不同類型的問題。構成天然根底的物質不外乎地殼中的巖石和土。地殼的一般厚度為30～80Km,它的物質、形態(tài)和內部構造是在不斷地改造和演變的。導致地殼成份變化和構造變化的作用，稱為地質作用。地質年代是指地殼開展歷史與地殼運動、沉積環(huán)境及生物演化相應的時代段落。大體分為新世代〔0.12～70百萬年〕、中生代〔70～225百萬年〕、古生代〔225～600百萬年〕及元〔太〕古代〔大于600百萬年〕。我們通常說的地基土是屬于新生代。一、土的物理性質和分類土是連續(xù)、鞏固的巖石在風化作用下形成的大小懸殊的顆粒，經過不同的搬運方式在多種自然環(huán)境下生成的沉積物。土的物質組成包括有作為土的骨架的固態(tài)礦物成分。其組成情況決定土的物理力學性質的重要因素。土的顆粒級配在自然界中存在的土，都是由大小不同的土粒組成的。土粒的粒徑由粗到細逐漸變化時，土的性質相應地發(fā)生變化，土的性質隨著粒徑的變細可由無粘土性變化到有粘土性。根據粒徑的不同大致可分為漂石或塊石顆粒，粒徑>200mm〔卵石或碎石顆粒粒徑約200～20mm〕，透水性很大，無粘性，無毛細水；圓礫或角礫顆?！泊?0～10mm、中10～5mm、細5～2mm〕透水性大，無粘性，無毛細水上升高度不超過粒徑大??；砂粒，〔粗2～0.5mm、中0.5～0.25mm、細0.25～0.1mm、極細0.1～0.05mm〕，易透水，當混入云母等雜質時透水性減小，而壓縮性增加，無粘，遇水不膨脹，枯燥時松散，毛細水上升高度不大，隨粒徑變小而增大；粉?！泊?.05~0.01mm、細0.01~0.005mm〕，透水性小，濕時稍有粘性，遇水膨脹小，干時稍有收縮，毛細水上升高度較大，較快，極易出現凍脹現象；粘粒＜0.005mm，透水性很小，濕時有粘性，可塑性，遇水膨脹大，干時收縮顯著，毛細水上升高度大，但速度較慢。土的不均勻系數：d10——有效粒徑〔小于等粒徑的土粒重量累計百分數為10%〕d60——限定粒徑〔小于等粒徑的土粒重量累計百分數為60%〕(二〕土的礦物成分土粒的礦物成份主要決定于母巖的成份及其所經受的分化作用。不同的礦物成份對土的性質有著不同的影響。其中以細粒土的礦物成份尤為重要。漂石、卵石、圓礫等粗大土粒都是巖石的碎屑，它們的礦物成份與母巖一樣。砂粒大局部是母巖的的單體礦物顆粒，如石英、長石和云母等。粉粒的礦物成份是多樣性的，主要是石英石和MgCO3、CaCO3等難溶鹽的顆粒。粘土的礦物成份主要有粘土礦物、氧化物、氫氧化物和各種難溶鹽類〔如碳酸鈣等〕，它們都是次生礦物。粘土的礦物的顆粒很微小。二、土中的水和氣〔一〕土中水在自然條件下，土中總是含水的。土中水可以處于液態(tài)、固態(tài)和氣態(tài)。土中細粒愈多，則土的分散度愈大，水對土的性質的影響也愈大。研究土中水，必須考慮到水的存在狀態(tài)及其與土粒的相互作用。當土中溫度在冰點以下時，土中就出現固態(tài)水，形成凍土。此時溫度增大，但凍土融化后，強度急劇下降。至于土中的氣態(tài)水，對土的性質影響不大。存在于土中的液態(tài)水可分為結合水和自由水兩大類：1、結合水結合水—受電分子吸引力附于土粒外表的土中水。結合水可分為強結合水和弱結合水。強結合水是指緊靠土粒外表的結合水。沒有溶解能力，不傳遞靜水壓力，只有吸熱變成蒸汽時才能移動。其性質接近于固態(tài)。弱結合水是緊靠強結合水的外圍形成一層結合水膜。它仍然不能傳遞靜水壓力，但水膜較厚的弱結合水能向鄰近的較薄的水膜緩慢轉移，當土中含有較多的弱結合水時，具有一定的可塑性。弱結合水離土粒外表愈遠，其受到的電分子引力愈弱小，并逐漸過渡到自由水。2、自由水自由水存在于土粒外表電場影響范圍以外的水。它的性質和普通水一樣，能傳遞靜水壓力，冰點為0℃，有溶解能力。重力水是存在于地下水位以下的透水土層中的地下水，它是在重力或壓力差作用下運動的自由水，對土粒有浮力作用，重力水對土中的應力狀態(tài)和開挖基槽，基坑以及修筑地下構筑物時所應采取的排水、防水有重要影響。毛細水是受到水與空氣交界面處外表*力作用的自由水。毛細水存在于潛水水位以上的透水土層中。在工程中，要注意毛細上升水的上升高度和速度對建筑物地下局部的防潮措施和地基土的浸潤和凍脹等有重要影響。土中氣土中氣體存在于土孔隙中未被水所占據的部位，在粗粒的沉積物中常見到與大氣相聯通的孔，它對土的力學性質影響不大。在細粒土中則常存在與空氣隔絕的封閉氣泡中，使土在外力作用下的彈性變形增加，透水性減小。對于淤土和泥碳含有機質土，由于微生物的分解作用，土中蓄積了*種可燃氣體，使土在自重作用下長期得不到壓密，而形成高壓縮土層。三.土的構造和構造土的構造是指由土粒單元大小、形狀、相互排列及聯系關系等因素形成的綜合特征。一般分為單粒構造、蜂窩構造和絮狀構造三種類型。單粒構造可以是疏松的，也可以是嚴密的。呈嚴密狀的單粒構造土，土粒排列嚴密，在動、靜荷載作用下，都不會發(fā)生較大的沉降，所以強度大，壓縮性小，是較為良好的天然地基。具有疏松單粒構造的土，其骨架不穩(wěn)定，當受到振動和外力作用時，土粒易發(fā)生移動，土中的孔隙劇烈減少，引起土的很大變形，這種土如未經處理一般不宜作為建筑物地基。蜂窩構造土是主要由粒徑為0.00~0.005mm的粉粒組成的土，根本上由單個土粒下沉，當碰上已沉積的土粒時，它們之間的相互引力大于其重力，因此土粒停留在最初的接觸點上不再下沉，形成具有較大的孔隙的蜂窩狀構造。絮狀構造土是由粒徑<0.005mm集合體組成的構造形式粘粒能在水中長期懸浮，不因自重而下沉。這些懸粒浮在水中被帶到電解質濃度較大的環(huán)境中，粘粒凝聚成絮狀的集粒而下沉，并相繼與已沉積的絮狀粉粒接觸，形成類似蜂窩狀而孔隙很大的絮狀構造。具有蜂窩狀和絮狀構造的粘性土，其土粒之間的聯結度，往往由于長期的壓密作用和膠結作用而得到加強。由于不同階段沉積的物質成分，顆粒大小或顏色不同，而沿豎向呈現的成層特征，常見的有水平層理構造和交織層理構造。土構造的另一個特征是土的裂隙性，如黃土的柱狀裂隙，裂隙的存在大大降低土的強度和穩(wěn)定性，增大透水性，對工程不利。土的各項指標與特征土的比重－土粒重量－土粒體積=水在4℃時單位體積的質量〔1g/或1t/〕W－土的總重量W=＋(-土中水的重量〕V－土的總體積V=++(.分別為土中水和空氣體積〕土的比重與土的礦物成份相關，它的數值一般為2.6～2.8有機質土為2.4～2.5泥炭土為1.5～1.8，同一種類土，其比重變化幅度較小。土中的含水量ωω=×100％含水量ω是標志土的濕度的一個重要物理指標。天然土層的含水量變化范圍很大，它與土的種類，埋藏條件及所處的自然地理環(huán)境等有關。一般干的粗砂土，其值接近于零，而飽和的砂土，可達40％，堅硬的粘性土的含水率的小于30％，而飽和狀態(tài)的軟粘土，可達60％或更大。同一類土，當含水量增大時，則其強度就降低。土的容重γ單位體積土的重量為土的容重r(單位為g/或t/〕γ=天然狀態(tài)下土的容重變化范圍較大。一般粘性土γ=1.8～2.0t/砂土γ=1.6～2.0t/腐植土γ=1.5～1.7t/土單位體積固體顆粒局部重量為土的干容重γq，即：土的干容重是評定土體嚴密程度的標準，用以控制填土工程質量土孔隙中充滿水時的單位體積重量，為土的飽和密度rsat，即VV----土中孔隙體積在地下水位以下時，單位土體積土粒的有效容重即土的浮容重r′,土的孔隙比和孔隙率土的孔隙率是土中孔隙所占體積與土總體積之比，即孔隙比是土的一個重要物理指標，可以用來評價天然土層的密實程度。一般e<0.6的土為密實的低壓縮性土，e>1.0的土是高壓縮性土。土的孔隙率是土中孔隙所占體積與總體積之比，即%無粘性土的密實度無粘性土的密實度與工程性質度關系，呈密實狀態(tài)時，強度大，可作為良好的天然地基，呈松散狀態(tài)時，則是一種軟弱地基。無粘性土的最大孔隙比ema*與天然孔隙比e之差和最大孔隙比ema*與最小孔隙比emin之差的比值Dr稱為相對密度，即：1≥Dr>0.6密實0.6≥Dr>0.33中實0.33≥Dr>0松散粘性土的物理特性液限ωL—土由可塑狀態(tài)到流動狀態(tài)的界限含水量塑限ωP—土由半固體狀態(tài)轉到可塑狀態(tài)的界限含水量縮限ωS—土由半固體狀態(tài)不斷蒸發(fā)水份，體積逐漸縮小，直到體積不再縮小的界限含水量粘性土的塑性指數IPIP=ωL-ωP土的塑性