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地基与基础

第一章地基与基础

第一节地基土的物理性质及分类

一、图的组成及特征指标

是由矿物颗粒、水和空气组成的物体。

在颗粒之间存在较多的空隙，当空隙为水充满时称为饱和土；空隙中部分为水，另一部分为空气或其气体时称为非饱和土。

地下水位以下的土为饱和土，地下水位以上一般为非饱和土。

土粒按其直径与矿物质成分可粗分为两大类。

直径大于0.074mm者为砂、砾类，他们是长石，石英长期风化的碎屑，地质坚硬，性质稳定，颗粒间呈点状接触，其强度决定与颗粒级配愈均匀配愈差，其密愈低。

粒径小于0.005MM者称为胶粒。

这类物质的矿物成分为高岭石、伊利石和蒙脱石，属3次生矿物、颗粒，为片状，剁呈层状排列，有吸附作用，遇水膨胀，失水收缩。

土体中粘粒含量愈多，其性质愈复杂，结构性强，透水性差，土体强度与地基承载力受含水量。

影响，含水低的粘性土强度高，含水量的其强度低。

在评价土的物理性质及分类时，需考虑土中颗粒的体积及重量、土中含水量。

它反眏土的组成比例。

对粘性土还考虑土的塑性特征。

现就常用的指标及其分别叙述如下。

CM3

1.土的密度ρ单位土体的重量（g∕CM3）可直接用虎环刀切土或现场挖标准坑取土求其重量。

为保证质量，应测量体积并及时称重，以防止水粉蒸发

含水量W空隙中水的重量与土骨架重量之比，以百分数表示。

试验前称好土重，在烘箱常温105℃时烘12小时后再称土重，即得水的重量。

在现场可直接用酒精烧土，取得试后干土的重量。

土粒相对密度（比重）pd单位容积内土粒的重量。

一般用来控制填土的质量。

该值可按式求出。

PW—水的密度，取1∕CM3

良好的级配砂石，填土的干密度可超过2.1ｇ／CM3,粉质粘土、粘质粉土与石屑作为混合填料时，其干密度可超过2.1g∕CM3，纯粘土只能达到1.55g∕CM3故粘土不宜作为填土材料。

空隙比ｅ土体空隙与土粒体积之比

空隙比是一个极为重要的指标，他用以确定土的压缩性、相对密度、固结度等计算指标；还是粉土的承载力的重要指标。

不均匀系数K。

评价沙土级配及均匀性的指标数，根据小于颗粒直径的土粒在土体总量中的百分比数，横坐标为粒径d50为小于该直径的土粒总重占60%,为小于该直径的土粒总重占10%。

当K。

＞15，为及配良好的砂；

5＜K。

≤15，为中等级配砂；

及配不良的砂，密实度很差，松散不宜压实，易于液化，承载力低，不能作为地基处理的材料。

从唐山地震灾害调查中发现平均粒径d50为0.07~0.09MM之间的砂最易液化。

3.反应土的塑性的指标

粘性土的含水量的变化引起粘性土体从固态到塑性体及流体状态的变化。

为状态变化的界限含水量指标为塑限WL液限WL。

塑限土体冲固态转变到流动状态时的界限含水量，它相当于在手中搓出条至3MM是出现断裂的含水量。

液限土体从塑性状态转变时的界限含水量。

可用落锥发测定。

液限及液限主要用于粘性土力学性质评价，对粉土效果较差。

粘性土的塑性可用来确定填土的最佳含水量、冻胀分类，与膨胀土天然含水量的最小值也有密切关系。

液限反应土的变形性质接近流变体。

建筑物后期沉降可能延长数十年而不稳定就是含水量达到液限后的实例。

在基坑开挖过程中，含水量在塑限附近的土质的边坡比较稳定，只有干裂崩塌的可能性。

但对含水量等于液限的淤泥，其边坡及滑动，事故较多，故塑限、液限指标具有实用价值。

用来描述粘性土状态的指标为液性指数。

当0＜IL≤0.25，硬朔状态；

0.25＜IL≤0.75，可塑状态；

0.7＜IL≤1软塑状态；

IL＞1，流状态

IL＜0坚硬状态

天然含水量W大于塑限后，IL＞0，土进入性状态；当W=WL时IL是极重要的指标。

塑性指标Ip是极要的指标。

塑性IP是粘性土粉类的指标，它与土中粘粒含量有密切关系。

据统计粘粒含量30%左右时，IP约为17.该只用来划分粘土与粉质粘土等五类。

二．岩土分类

岩土的分类有很多，作为建筑物地基一般可分为岩石、碎石土、砂、粉土、粘性土等五类。

1.岩石类

凡单轴坑抗压强度大于或等于30MPα以上者为硬质岩石；小于30MPα的岩石称为软质岩石。

岩石新鲜的称微风化。

岩石被节理、裂隙分割成块状（20-50MC），裂隙中填有少量风化。

节理裂隙发育，岩石分割成2-20CM的石块，用手可分析断时称为强风化。

风化程度应由有经验的地质工程师鉴别。

岩石是良好的地基，但不均匀性较大，且岩石起伏往往不以查清。

作为桩尖吃力层时，应特别注意。

2.碎石类

按粒组含量及颗粒形状分为漂石和块石、卵石和碎石、原砾和角砾。

漂石和块石：

粒径大于200MM的超过全重60%；

卵石和碎石：

粒径大于200MM的颗粒超过50%；

园砾和角砾：

粒径大于2MM的颗粒占全重50%。

碎石土在其骨架颗粒空袭中全部为砂所充填时称为砂卵石，其承载理由密实度决定，如果空隙中为粘土所充填时，要根据土的状态、骨架的密实情况确定其工程性质。

对漂石和块石类土因其直径多大，往往造成钻探及钻孔灌注桩施工的困难，有时还有误将大块漂石判为大块碎石土的可能。

3.砂类土砂土根据其颗粒直径大小及所占的重量比例，按颗分发定名。

砾砂；粒径大于2MM的颗粒占全重25%-50%；

粗砂；粒径大于0.5MM的颗粒占全重50%。

中砂；粒直大于0.25MM的颗粒占全重50%；

细沙；粒径大于0.075MM的颗粒占全重85%；

粉砂；粒径大于0.075MM的颗粒占全重50%。

上述分类可通过标准筛用筛分发确定。

及配良好的砂是较好的地基，透水性强、加荷后稳定快。

但同样有他的问题，例如难以取原状土，必须通过标准贯入试验间接确定其密度；水下砂往往在抽水过程中形成管涌、流沙；干砂又不易夯实，需用糁水夯实法；粉细沙在地震时易于液化等。

关于砂的密实度一般用标准贯入击数N判断。

密实；N〉30

中密15〈N≤30

稍密10＜N≤15

松密N＜10

稍密和松散的砂应通过振动夯实法振密后，才可作为地基。

4.粉土

指粒径0.075～0.005的颗粒占全重50﹪以上、粘粒含量小于17﹪、沙粒含量小于50﹪的土。

如果用塑性指数划分，其IP≤10。

粉土由粉粒、砂粒、粘粒三种物质组成，根据含量又可细分为：

砂质粉土：

砂的含量40﹪～50﹪；

粉土：

粉粒含量60﹪～70﹪；

粘质粉土：

粘粒含量10﹪～17﹪.

砂质土接近砂的性质，是可能液化的土。

粘质粉土接近粘性土性质，它不会液化。

用颗分发划分粉土比塑性指数法要准确而适用些。

5.粘性土

按塑性指数分类;

粉质粘土：

10﹪＜IP≤17

粘土：

IP＞17。

粉质粘土属于粘性土类，它具有粘结力及摩阻力，渗透性次于砂土，可用手搓成0.5～2MM的土条，在自重下可断裂。

当其含水量在塑限左右捣碎后，用手捏紧，松手落成散粒状时，最易夯实。

在工程中常用作填土材料。

粘土性质极为复杂，其矿物成分含量对工程性质有明显的影响。

粘土渗透性很差，摩擦粒很低。

吸水后成流塑状，强度很低，已于滑坡，干燥后又可断裂，引起基坑崩塌。

当粘性土的含水量在塑限左右时，具有很高的强度，不宜捣碎，也难于夯实，所以对年性质的评估极为重要。

二、特殊土类

我国的地质条件很复杂，常见的特殊土有湿陷黄土、淤泥、膨胀土、季节性冻土、多年冻土、盐渍土等。

湿陷性黄土分布在甘肃、陕西、河南及青海部分地区。

有可见的大孔。

含水量很低，多分布在气候干燥地区。

该土粉质含量多，孔隙比大于1，遇水则沉陷，故成湿陷性黄土。

在工程中除干燥车间外，同常要进行处理，消除湿陷性后才可作为天然地基。

淤泥及淤泥质土分布于沿海、沿湖地区，灰黑色，含有机质，孔隙比1～2.7不等，抗剪强度变化幅度较大，地基承载力30～100KPａ，房屋沉降以数十厘米计，属高压缩性低强度的饱和土和软粘土。

深基坑支护稳定性问题极为重要。

泥炭及泥炭化土为含腐化植物量极高的不均匀性高压缩性土，含水量100﹪～300﹪，密度很小，固体较少，几乎没有承载力，透水性较好，排水较易，我国云贵山区有少量分布。

膨胀土分布于我国云南、广西、河南、安徽、等十余省市区。

在膨胀土出露于地表地方房屋损坏率大。

尤以坡地房屋的损坏为最。

膨胀土有膨胀性质，其主要因数时土中含有蒙脱石矿物，然而在无水补给或者没有水份转移的条件，它的性质不会发挥，即使有所发挥，也不会对建筑物中成危害。

这些外部条件，如施工供水、破坏植被，挖填方、气候干湿交替等都足以破坏土中水源的平衡状态，是水分蒸发、转移、造成房屋升降、下降、水平移动等现象，由此引起房屋的顺坏。

治理原则在于控制影响内因的外部条件，例如增加基础埋置深度，及时封闭裸露边坡，集中排水都是有效地方法。

多年冻土及季节性冻土主要位于严寒地区。

冻深以上土层印土温低于摄氏零度，土中水结冰冰的膨胀是土产生膨胀。

待春天来临，土温上升，土中冰溶，又造成的融沉。

常见的春天翻浆就是冰溶造成现象。

除砂土膨胀较小外，由于粘性土内颗粒矿物的吸附能力，具有转移水分的作用。

凡地不断向低温转移而下水位离冻土深线2M以内的土层都可能饮因水不断向低温转移而到补给，产生强弱不等的冻胀现象，防治措施最好的方法只有两条：

一是将基础埋在冻深线一下；二是采用架空层或其他措施隔断一切热源、冷源对土的现状的影响。

后者质在冻土深度较大多年冻土区很有效的方法。

同理，在设计施工中由于对土的冻胀现象未加注意也可能造成人为冻害。

如冷藏库未加设空层造成内低温传给地基，引气冻害；冬季施工基坑开挖后未及时保温，造成基土冻胀等。

盐渍土；土中易容盐超过0.5﹪，时即属盐渍土。

常见的盐类为氯盐、碳酸盐和硫酸盐等，他对混凝土有腐蚀性。

为防止腐蚀常在基础四周加沥青层。

可熔盐浸水后溶解，硫酸盐吸水还有膨胀性。

青海格尔木地区采用岩盐铺路，是在压实情况下进行的。

总之，土的分类可帮助我们根据其属性及时采取的措施。

但是，土的成因复杂，地区性强，分类可解决大部分设计施工问题，也制定相应的规范。

应当注意还存在许多特殊问题，这就需要经过试验研究。

例如，软土的性质有共同性，但各地很不相同，不能照搬照抄。

最好的方法是吸收当地成功的经验和失败教训，根据工程要求加以深化。

遇到你难问题应由专门从事岩土工程的技术专家解决。

第二节土的压缩性与地基沉降

一、土的压缩性

土的可压缩体。

在静压力下土的孔隙比将从原有的状态减少到新的孔隙比。

孔愈隙比的减少说明土体颗粒密实度的增加。

压力愈大，孔隙比减少愈多，土体愈密实。

这种物理现象称为压缩。

在自然沉积过程中，除了残积土以外都有一个长期的压缩过程。

例如在江河入海处的三角洲，随着上游携带的泥沙逐渐堆积成陆地，上覆土的重量使深层的土粒逐渐压缩成较密的土层。

沉积岩如泥岩、页岩、石灰岩都是在上亿年堆积过程中性的。

由于土的压缩，建在土上的建筑物将产生沉降。

沉降的大小均匀性危及建筑物的安全和正常使用。

所以，地基的压缩性是地基设计中非常重要的指标。

土的压缩性确定方法仍然沿用侧限压缩条件下的压缩系数。

1-2将土样放入金属环内，在土上施加均匀的压力。

由于土被限制在环内，只能在垂直方向压缩变形，故称为有侧压缩，压缩曲线见图。

二、沉降特征

建筑物的沉降特征决定于上部结构与地基的相互作用。

例如：

结构刚度较大的烟囱，其结构只能是竖向下沉或倾斜。

地基均匀时沉降将是均匀的，地基不均匀倾斜。

又如高层与低层相连，低层部分可能因高层下沉而裂开。

如果两个高层并排，距离过近，就会可能出现出现相对倾斜。

因此，根据地质条件、建筑结构及体型，它的沉降都具有一定的规律，并表现出某些特征，是否会超过结构的承受力，影响建筑物的正常使用，并在设计时予以考虑。

建筑物沉降的特征可分为：

沉降、相对弯曲、局部倾斜、沉降差等。

1.沉降

沉降指建筑物某点的下沉值。

刚性建筑物，如水塔、烟囱、体型简单的高层建筑物等，当土层均匀时实测沉降一般比较均匀，计算沉降时用多点计算只取平均数。

面积较少的独立基础，则用基础中点计算沉降值。

2.相对弯曲

相对弯曲指弯曲部分失高F与炫长L之比。

砖砌体相对弯曲的允许值；砂类土及硬塑粘性土为0.007，软塑至流塑状粘性土为0.001；当配有圈梁及钢筋砖圈梁时，分别为0.001及0.0013，如果房屋呈反向浇曲，允许值为0.0005。

上述相对弯曲值可用来预测房屋的损害可能性，只要从施工期间开始沉降稳定为止，实测相对弯曲不超过容许值时，墙体不致裂开。

从计算值预测相对弯曲时很难准确的。

原因在于计算时未考虑上部结构刚度对地基变形的调整作用。

估计算值偏大。

因此，在我国规范未规定计算相对弯曲值。

3.局部倾斜

由于房屋体型复杂、刚度变化、何在差异以及地质不均等因数，均可能在拐角部位、纵墙转折处、高低层连接处、地质变化处出现沉降差异称为局部倾斜，1-5、B部位。

局部倾斜计算长度一般6～10M，按隔墙距离考虑。

沉降差与计算距离的比值即局部倾斜值。

对中、低压缩性土上的砌体结构该值不得超过0.002，对高压缩性土不得超过0.003.

在工程中，凡局部倾斜不满足的部位多数用沉降缝处理，也可用复合地基、桩基、箱基处理。

特殊地基上的房屋事故较多的原因除了上述因数造成局部倾斜过大以外，冻胀，融沉、膨胀、湿陷、热源引起收缩和热溶洞均可造成局部损害，采取一般处理方法很难有效。

由于施工或使用中大量抽水也可造成局部倾斜、房屋开裂。

深井抽水影响面积更大，可造成百米范围内不均匀下沉。

所以在分析问题是要周密考虑，以便采取相应预防措施。

4.倾斜

指单独基础或刚度较好的高耸基础在倾斜方面两端点沉降差与距离的比值。

引起倾斜因数为;

（1）土层不均；

（2）偏心荷载较大；

（3）两高耸结构距离较近；

（4）结构物一侧大面积地面负荷。

上述四种因数在高压缩土地区房屋设计时应密切注意。

施工期间也需要将料场设置在离建筑物12M以外的地方。

在中、低压索性土层建筑，由于埋深较大，到到目前为止尚未出现严重倾斜和相对倾斜的事例。

上述四种引述在高压缩土地区房屋设计时应密切注意。

施工期间也需要将料场酱料场设置在离建筑物12M以内的地方。

在中、低压缩性土层上的高层建筑，由于埋深较大，到目前为止尚未出现眼中的倾斜和相对倾斜的事例。

高层建筑允许倾斜值；100M以上的建筑为0.0015,100M以内为0.002.它是由于建筑物使用功能及居住着的心理适应能力决定的。

高耸结构允许倾斜值；高度超过200M时为0.002；150～200M之间为0.003,100～150M之间为0.004.但是，对反应塔、高炉等允许倾斜值还应根据工艺要求确定。

高层建筑物倾斜允许值极为重要，它不仅涉及使用要求能付满足，一旦超过允许值，几乎难以纠偏，后果极为严重，设计上要求选择良好的场地，杜绝不均匀沉降的的可能性，必须按变形设计，包括在场地开挖后地下水的浮力可能造成部均匀浮起。

降水应进行到结构的荷载超过浮力后才能结束。

某工程基坑开挖后未考虑暴雨造成的地下水升降问题，在地下结构尚未完成前出现不均匀上浮达20CM多，抽水后仍未能恢复原位，造成了处理困难。

建筑物倾斜的其他因素还有;临坡建筑基础埋深不够，边坡排水不良，坡脚被水冲刷，地基土有可液化粉砂层，以及地下采空区塌陷等。

以上因数属于稳定问题，对这类地基的倾斜不能用沉降计算方法预估具体的方法是治山、治水、治液化、这类治理措施可从有关资料查阅。

5.牌价结构相邻柱基的沉降差

排架结构具有较大的适应不均匀变形能力。

存在的问题是吊车的滑轨及填充墙的开裂。

在高压缩性土地区还有因地面堆料引起地面柱基础偏转下沉，造成柱的受弯破坏。

从目前益日发展的商品房质量标准看，维护墙体开裂可能被认为是不合法的，要求赔偿呼声很高。

如如果地基设计要保护墙不开裂，困难较大。

国际上多用活动墙板代替砌体的做法值得重视。

规范规定定柱间差异沉降允许值，纵向为4‰，横向为3‰，系由吊车运转工艺要求确定的。

对无吊车的排架结构只规定了最大沉降量：

中、低压缩性地基土为12CM，高压缩性地基土为20CM。

如果考虑开裂，则按墙体相对弯曲值计算，其允许值为1‰.换句话说，在12M范围内，柱间差1.2CM就造成墙体的开裂。

柱间填充墙的允许沉降差为0.7‰～1‰，如果填充物为大块玻璃，其允许值更小。

解决的最佳方法是在柱窗框之间设橡胶垫带，避免柱的下沉引起窗框的变形。

上述五类沉降特征可指导设计是怎样根据不同结构和建筑体型，选择最危险的部位去进行地基变形计算，及在可能破坏的部位采取措施。

盲目进行变形计算不仅脱离实际，而且可能因错误的估计造成事故及财力浪费。

三、沉降计算

建筑物基础任一点沉降可按简化公式计算。

基础底面一下土中水平截面上的压力分布图1-6P为均不压力，只靠滤静载和折减后的活载。

仓库荷载应全部考虑。

由于基础埋深D处的原有土重YD已全部挖出，故计算沉降时应全部减去，减去后的压力称为附加压力，用PO表示。

PO=P-YD

式中Y为土的重度（原称容重）在地下水位以下的土体应减去水的浮力。

如果地下室属于整体结构，式中用荷载P亦需考虑浮力作用。