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1、第六章 地基基础工程 第一节 建筑工程对地基的要求 国内外建筑工程事故调查表明多数工程事故源于地基问题，特别是在软弱地基或不良地基地区，地基问题更为突出。建筑场地地基不能满足建筑物对地基的要求，造成地基与基础工程事故。各类建筑工程对地基的要求可归纳为下述三个方面的要求： 1.地基承载力或稳定性方面 在建(构)筑物的各类荷载组合作用下(包括静荷载和动荷载)，作用在地基上的设计荷载应小于地基承载力设计值，以保证地基不会产生破坏。 各类土坡应满足整体稳定要求，不会产生滑动破坏。,1,若地基承载力或稳定性不能满足要求，地基将产生局部剪切破坏或冲切剪切破坏、或整体剪切破坏。地基破坏将导致建(构)筑物的结
2、构破坏或倒塌。 2.沉降或不均匀沉降方面 在建(构)筑物各类荷载组合作用下(包括静荷载和动荷载)，建筑物沉降和不均匀沉降不能超过允许值。 沉降和不均匀沉降值较大时，将导致建(构)筑物产生裂缝、倾斜，影响正常使用和安全。 不均匀沉降严重的可能导致结构破坏，甚至倒塌。 建筑地基基础设计规范(GBJ 789)给出的建筑物的地基变形允许值见表6-1所示。规范规定对表中未包括的其它建筑物的地基变形允许值，可根据上部结构对地基变形的适应能力和使用上的要求确定。,2,地基中渗流可能造成两类问题： 一类是因渗流引起水量流失； 另一类是在渗透力作用下产生流土、管涌。 流土和管涌可导致土体局部破坏，严重的可导致地
3、基整体破坏。不是所有的建筑工程都会遇到这方面的问题，对渗流问题要求较严格的是蓄水构筑物和基坑工程。渗流引起的问题往往通过土质改良，减小土的渗透性，或在地基中设置止水帐幕阻截渗流来解决。 建筑工程对地基的要求可以概括为上述三个方面。每项建筑工程都会遇到地基承载力和地基沉降、不均匀沉降问题，设计人员都要回答这二个问题。 第二节 地基与基础的基本形式 一、地基基本形式 当天然地基能够满足建(构)筑物对地基的要求时，采用天然,3,地基。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。通常建筑物地基可分为天然地基和人工地基两大类。 天
4、然地基中土层分布最常见的是层状地基和均质地基，也有一些地基中土层分布很不均匀。后者往往属于不良地基，需要进行地基处理形成人工地基。 层状地基是指在持力层范围，或在压缩层范围内，天然地基是由二层或二层以上不同性质的土层组成。 均质地基是指在上述范围内，土体性质基本相同，属于同一土层。 当然，严格的均质地基是不存在的，地基土是自然的、历史的产物，同一土层，土体的强度与刚度也是随深度变化的。按照上述分析，天然地基通常可分为层状地基和均质地基两类。,4,人工地基随地基处理方法不同主要可形成均质地基、层状地基、复合地基和桩基础等不同形式。 均质地基:当加固区的宽度和厚度与荷载作用面积或者与其相应的地基持
5、力层或压缩层厚度相比较都已满足一定的要求，可称为均质地基。 层状地基：若加固区厚度较小时，可称为层状地基。 复合地基:天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基称为复合地基。 复合地基加固区整体看是非均质的。根据地基中增强体的方向又可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基。竖向增强体习惯上称桩，有时也称为柱。竖向增强体复合地基通常称为桩体复合地基。广义讲，人工地基也包括桩基础，桩是深入地基中柱型构件，桩与连接桩顶的承台组成深基础。桩基础是一种常见的基础型式。它将上部结构的荷载，通过较弱,5,地
6、层或水传递到深部较坚硬的，压缩性小的土层或岩层。将人工地基与天然地基统一考虑，并将桩基也包括在内，地基具有下述几种形式(图5-2-1)： (1)均质地基； (2)层状地基； (3)竖向增强体复合地基； (4)水平向增强体复合地基； (5)桩基。,(a)均匀地基；（b）层状地基；（c）竖向增强体复合地基； (d)水平增强体复合地基;(e)桩基。 图5-2-1,6,二、基础基本形式 建(构)筑物的基础将建(构)筑物上部结构荷载传给地基，是建(构)筑物的重要组成部分。基础分类方法很多。按基础埋置深度可分为： 浅埋基础(条形基础、柱基础、片筏基础、壳体基础等)； 深埋基础(桩基础、沉井基础、沉箱基础、
7、地下连续墙基础等)； 明置基础。 按基础变形特性可分为柔性基础和刚性基础。按基础形式可分为：独立基础、联合基础、条形基础、片筏基础、箱形基础、桩基础、管柱基础、地下连续墙基础、沉井基础和沉箱基础等。 第三节 常见地基与基础工程事故分类及原因综述 一、工程事故分类 按土力学原理，常见地基与基础工程事故分类如下：,7,1.地基变形造成工程事故 地基在建筑物荷载作用下产生沉降，包括瞬时沉降、固结沉降和蠕变沉降三部分。当总沉降量或不均匀沉降超过建筑物允许沉降值时，影响建筑物正常使用造成工程事故。特别是不均匀沉降，将导致建筑物上部结构产生裂缝，整体倾斜，严重的造成结构破坏。建筑物倾斜导致荷载偏心将改变荷
8、载分布，严重的可导致地基失稳破坏。 2.地基失稳造成工程事故 结构物作用在地基上的荷载密度超过地基承载力，地基将产生剪切破坏，包括整体剪切破坏、局部剪切破坏和冲切剪切破坏三种形式(图5-3-1)。地基产生剪切破坏将使建筑物倒塌或破坏。,8,图5-3-1 地基破坏的三种形式 (a)整体剪切破坏；(b)局部剪切破坏；(c)冲切剪切破坏 整体剪切破坏(图5-3-1a)当上部荷载很大，超过地基极限荷载时，地基土从基础一侧到另一侧发生连续滑动面的破坏。破坏时基础四周地面隆起，房屋倾倒乃至倒塌。这种破坏多在压缩性较小的密实砂和坚硬粘土中发生。 冲切剪切破坏(图5-3-1b)上部荷载使得地基土连续下沉，建筑
9、物产生过大不容许沉降的破坏。破坏时基础切入土中，无滑动面，地面不隆起，房屋没有很大倾斜更不会倒塌。这种破坏多发生在压缩性较大的松砂和软粘土中。 局部剪切破坏(图5-3-1c)介于前二者之间。破坏时滑动面,9,从基础一边开始，终止于地基中某点，地面略有隆起但房屋不会明显倾斜或倒塌。 3.地基渗流造成工程事故 土中渗流引起地基破坏造成工程事故主要有下述几种情况： 渗流造成潜蚀，在地基中形成土洞、溶洞、或土体结构改变，导致地基破坏； 渗流形成流土、管涌导致地基破坏； 地下水位下降引起地基中有效应力改变，导致地基沉降，严重的可造成工程事故。 4.土坡滑动造成工程事故 建在土坡上或土坡顶和土坡坡趾附近的
10、建(构)筑物会因土坡滑动产生破坏。造成土坡滑动的原因很多，除坡上加载、坡脚取土等人为因素外，土中渗流改变土的性质，特别是降低土层界面强度，,10,以及土体强度随蠕变降低等是重要原因。 5.地震造成工程事故 地震对建筑物的影响不仅与地震烈度有关，还与建筑场地效应、地基土动力特性有关。 唐山地震后调查发现，普遍存在同一烈度区内建筑物破坏程度有显著差异对同一类土，因地形不同，可以出现不同的场地效应，房屋的震害因而不同。在同样的场地条件下，粘土地基和砂土地基、饱和土和非饱和土地基上房屋的震害差别也很大。 地震对建筑物的破坏还与基础型式、上部结构、体型、结构型式及刚度有关。 6.特殊土地基工程事故 这里
11、特殊土地基主要指湿陷性黄土地基、膨胀土地基、冻土地基、以及盐渍土地基等。 特殊土的工程性质与一般土不同，特殊土地基工程事故也有其特殊性。 湿陷性黄土在天然状态上具有较高强度和较低的压缩性，但,受水浸湿后结构迅速破坏，强度降低，产生显著附加下沉。在湿陷性黄土地基上建造建筑物前，如果没有采取措施消除地基的湿陷性，则地基受水浸湿后往往发生事故，影响其正常使用和安全，严重时甚至导致建筑物破坏。 土中水冻结时，其体积约增加原水体积的9。土体在冻结时，产生冻胀，在融化时，产生收缩。土体冻结后，抗压强度提高，压缩性显著减小，土体导热系数增大并具有较好的截水性能。土体融化时具有较大的流变性。冻土地基因环境条件
12、改变，地基土体产生冻胀和融化，地基土体的冻胀和融化导致建筑物开裂、甚至破坏，影响其正常使用和安全。 盐渍土含盐量高，固相中有结晶盐，液相中有盐溶液。盐渍土地基浸水后，因盐溶解而产生地基溶陷。另外盐渍土中盐溶液将导致建筑物材料腐蚀。地基溶陷和对建筑物材料腐蚀都可能影响建筑物的正常使用和安全，严重时可导致建筑物破坏。 7.其他地基工程事故,12,除了上述原因外，地下工程(地下铁道、地下商场、地下车库和人防工程等)的兴建，地下采矿造成的采空区，以及地下水位的变化，均可能导致影响范围内地面下沉造成地基工程事故。另外，各种原因造成的地裂缝也将造成工程事故。 8.基础工程事故 除地基工程事故外，基础工程事
13、故也将影响建筑物的正常使用和安全。基础工程事故可分为基础错位事故、基础构件施工质量事故、以及其它基础工程事故。 基础错位事故是指因设计、或施工放线造成基础位置与上部结构要求位置不符合。如工程桩偏位，柱基础偏位，基础标高错误等。 基础施工质量事故类型很多，基础类型不同，质量事故不同。如桩基础，发生断桩、缩颈、桩端未达设计要求、桩身混凝土强度不够等；又如扩展基础，混凝土强度未达要求，钢筋混凝土表面出现蜂窝、露筋或孔洞等。,13,其他基础事故如基础型式不合理、设计错误造成的工程事故等。 二、工程事故原因综述 造成地基与基础工程事故的原因主要来自下述方面： 1.对场地工程地质情况缺乏全面、正确地了解
14、许多地基与基础工程事故源于对建筑场地工程地质情况缺乏全面、正确了解。没有正确了解建筑场地土层分布、各土层物理力学性质，就会错误估计地基承载力和地基变形特性，导致发生地基与基础工程事故。 造成设计人员对建筑场地工程地质和水文地质情况缺乏全面、正确了解主要有下述情况： (1)工程勘察工作不符合要求 没有按照规定要求进行工程勘察工作，如勘察布孔间距偏大、钻孔取土深度太浅，造成勘察取土不能全面反映建筑场地地基土,14,层实际情况。也有少数情况属于工程勘察工作质量事故造成。在取土、试样运输和土工试验过程中发生质量事故，致使提供的工程地质勘察报告不能反映实际情况。如提供的土的强度指标 和变形模量与实际情况
15、差距很大，不能反映实际性状。 (2)建筑场地工程地质和水文地质情况非常复杂 某些工程地质变化很大，虽然已按规范有关规定布孔进行勘察，但还不能全面反映地基土层变化情况。如地基中存在尚未发现的暗平浜、古河道、古墓、古井等。这种情况导致地基与基础工程事故，为数也不少。 (3)没有按规定进行工程勘察工作 没有按规定进行工程勘察工作造成工程事故虽然很少，但也时有所闻。应严格按工程建设程序开展工程建设工作。 2.设计方案不合理或设计计算错误 设计方案不合理或设计计算错误主要有下述几个方面问题：,15,(1)设计方案不合理 设计人员不能根据建筑物上部结构荷载、平面布置、高度、体型，场地工程地质条件，合理选用
16、基础型式，造成地基不能满足建筑物对它的要求，导致工程事故。 (2)设计计算错误 反映在地基与基础工程设计计算方面的错误主要有下述三方面： 荷载计算不正确，低估实际荷载，导致地基超载造成地基承载力或变形不能满足要求。 基础设计方面错误。基础底面积偏小造成承载力不能满足要求，或基础底平面布置不合理，造成不均匀沉降偏大。 地基沉降计算不正确导致不均匀沉降失控。 产生设计计算方面的错误的原因多数是设计者不具备相应的设计水平，设计计算又没有经过认真复核审查，使错误不能得到纠正而造成的。也有一些设计计算方面的错误是认识水平问题造成,16,的。 3.施工质量造成地基与基础工程事故 在地基与基础工程事故中，因为施工质量问题造成的事故所占比例不小。施工质量方面的问题主要有下述两方面： (1)未按设计施工图施工 基础平面位置、基础尺寸、标高等未按设计要求进行施工。施工所用材料的规格不符合设计要求等。 (2)未按技术操作规程施工 施工人员在施工过程中未按操作规程施工，甚至偷工减料，造成施工质量事故。 4
