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1、第一章 绪论本章概述1地基、基础和地基处理的基本概念 2建（构）筑物的四个地基问题：强度及稳定性、变形、渗漏和液化，各自的含义。3软弱地基和特殊土地基基本概念；软弱地基包括软粘土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土；特殊土地基包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等。4常用地基处理方法的原理、作用及适用范围。 1本章重点与难点重点掌握以上基本概念，对常用地基处理方法的原理、适用土质条件及其在工程中的应用范围有一定的了解和掌握。第一章绪论第一节地基、基础和地基处理任何建（构）筑物的荷载最终将传递给地基并由地基承担。地基（Foundation，Subgrade）是指承托建（构）筑物基础的有限面积内
2、的土层。由于上部结构建筑构件的强度很高，而地基土相应的强度则很低，压缩性较大，因此，必须设置一定结构型式和尺寸的基础，将上部结构的荷载有效地传递给地基土，以满足对地基土承载力、变形及稳定性的要求。地基（Foundation，Footing）处于上部结构和地基土之间，具有承上启下的作用。基础在上都结构的荷载及地基反力的相互作用下，承受由此而产生的轴力、剪力和弯矩等内力；另一方面，基础底面的反力又反过来作为地基上的荷载，使地基土产生应力和变形。作为基础设计，除了要保证基础结构本身具有足够的强度和刚度外，同时还要选择合理的基础尺寸和布置方案，使地基土的强度和变形满足规范要求。因此，基础方案的论证常常
3、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不是可以截然分开的，所以，基础设计又常常被称为地基基础设计。如在英语名词中，“地基”和“基础”两个词均使用“Foundation”，由此可见两者不可截然分开的依存关系。凡是基础直接建造在未经过加固处理的天然土层上时，这种地基被称为天然地基。如果天然地基很软弱，不能够渣足地基强度和变形等要求，则预先要经过人工处理以后再建造基础，这种地基加固被称为地基处理（Soil Treatment，Soil Improvement）。地基处理的目的是利用置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热化学等方法对地基土进行加固，以改善地基土的强度、压缩性、渗透性、动力
4、特性、湿陷性和胀缩性等。我国地域辽阔、幅员广大，自然地理环境不同，土质各异，地基条件的区域性较强，因此，需要解决各类工程在设计及施工中出现的各种复杂的岩土工程问题，将是地基基础这门学科面临的课题。随着当前我国经济建设的迅猛发展，不仅事先要选择在地质条件良好的场地从事工程建设，而且有时也不得不在地质条件不好的地方修建建（构）筑物，因此，必须要对天然的软弱地基进行处理。建（构）筑物的地基问题，概括地说，可以包含以下四个方面：强度及稳定姓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，地基就会产生局问或整体剪切破坏。它会影响建（构）筑物的正常使用，甚至会引起建（构）筑物的开裂或破坏。变形当地基在
5、上部结构的自重及外荷载作用下产生太大的变形时，就会影响建（构）筑物的正常使用，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。沉降量较大时，不均匀沉降也较大。湿陷性黄土遇水两发生剧烈的变形、膨胀土的胀缩等也可以包括在这类问题中。渗漏渗漏（Seepage）是指由于地基中地下水的流动而引起的以关问题，例如因水量损失，或因潜蚀和管涌而可能导致的建（构）筑物失事。液化地震、机器设备以及车辆的振动、波浪作用和爆破等动力荷载可能引起地基士，特别是饱和松散粉细砂（包括部分粉土）产生液化（Liquefaction）、失稳和震陷等危害。当建（构）筑物的天然地基存在上述四种问题之一或者其中几个问题时，就
6、需要采用相应的地基处理措施，以保证建筑物的安全与正常使用。根据调查统计，世界各国的土木，水利、交通等各类工程中，地基问题常常是引起各类工程事故的主要原因。地基问题的处理恰当与否，直接关系到整个工程的质量可靠性、投资合理性及施工进度。因此，地基处理的重要性已越来越被更多的人所认识和了解。 第二节软弱地基和特殊土地基的特性本节概述 地基处理或地基加固的对象是软弱地基和特殊土地基。 一、软弱地基 建筑地基基础设计规范（GBJ89）中规定：软弱地基（Soft Foundation）系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填地或其它高压缩性土层构成的地基。1软（粘）土淤泥及淤泥质土总称为软粘土其分类和特性将
7、在特殊土地基中阐述。2冲填土在整治和疏通江河航道时，用泥浆泵将挖泥船挖出的必何大越水分的泥砂，通过输泥管吹填到江河两岸而形成的沉积土称为冲（吹）填土（Hydraulic Fill）。冲填土的成分比较复杂，如以粘性土为例，由于土中含有大量的水分而难以排出，土体在沉积初期处于流动状态。因而冲填土属于强度较低、压缩性较高的欠固结土。另外，主要以砂或其它粗粒土所组成的冲填士，其性质基本上类似于粉细砂面不属于软弱土范围。可见，冲填士的工程性质主要取决于其颗粒组成、均匀性和沉积过程中的排水固结条件。3杂填土杂填土（Miscellaneous Fill）是由于人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾
8、。杂填土的成因很不规律，组成物杂乱分布极不均匀，结构松散。它的主要特性是强度低、压缩性高和均匀性差，一般还具有浸水湿陷性。对有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土，未经处理不宜作为基础的持力层。4其它高压缩性土饱和松散粉细砂（包括部分粉土）也应该属于软弱地基的范围。当机械设备振动或地震荷载重复作用于该类地基土时，将使地基土产生液化；基坑开挖时也会产生管涌。对软弱地基的勘察，应查明软弱土层的均匀性、组成、分布范围和土质情况。对冲填土应了解排水固结条件，对杂填土应查明堆载历史，明确在自重作用下的稳定性和湿陷性等基本因素。 二、特殊土地基 特殊土地基（Special Ground
9、）大部分具有地区性特点，它包括软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等。1软土软土（Soft Soil）是在静水或非常缓慢的流水环境中沉积，并经生物化学作用形成，其天然含水量大于液限，天然孔隙比大于1.0的粘性土。当软土的天然孔隙比大于1.5时称为淤泥（Muck）。软土广布在我国东南沿海、内陆平原和山区，如上海、杭州、温州、福州、广州、宁波、天津和厦门等沿海地区，以及武汉和昆明等内陆地区。软土的特性是天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩系数大、渗透系数小。在外荷载作用下地基承载力低、变形大、不均匀变形也大、透水性差和变形稳定历时较长。在比较深厚的软土层上。建筑物基础的沉降常持续数年乃至
10、数十年之久。2湿陷性黄土凡天然黄土在上覆土的自重应力作用下，或在上覆土自重应力和附加应力的共同作用下。受水浸湿后土的结构迅速破坏而发生显著附加沉降的黄土，称为湿陷性黄土（Collapsible Loess）。由于黄土的浸水湿陷而引起建（构）筑物的不均匀沉降是造成黄土地区工程事故的主要原因设计时首先要判断其是否具有湿陷性，再考虑如何进行地基处理。我国湿陷性黄土广泛分布在甘肃、陕西、黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、山东，河北、河南、山西、宁夏、青海和新疆等地。 3膨胀土膨胀土（Expansive Soil）是指士的粘性成分主要是由亲水性粘土矿物组成的粘性土，是一种吸水膨胀和失水收缩，具有较大的胀缩变形
11、性能、且反复变形的高塑性粘土。我国膨胀土分布在广西、云南，湖北、河南、安徽、四川、河北、山东、陕西、江苏、贵州和广东等省。利用膨胀土作为建筑物地基时，必须进行地基处理。4红粘土在亚热带温湿气候条件下，石灰岩和白云岩等碳酸盐类岩石经风化作用所形成的褐红色粘性土，称为红粘土（Red Clay）。红粘土通常是较好的地基土，但由于下卧岩层面起伏变化，以及基岩的溶沟、溶槽等部位常常存在软弱土层，致使地基土层厚度及强度分布不均匀，此时容易引起地基的不均匀变形。5冻土当温度低于0时，土中液态水冻结成冰并胶结土粒而形成的一种特殊土，称为冻土。冻土按冻结持续时间又分为季节性冻土和多年冻土。季节性冻土（Seaso
12、nally Frozen Gound）是指冬季冻结，夏季融化的土层。冻结状态持续三年以上的土层称为多年冻土或冻土（Perinafrost）。季节性冻土在我国东北、华北和西北广大地区均有分布，因其呈周期性的冻结和融化，对地基的稳定性影响较大。例如，冻土区地基因冻胀而隆起。可能导致基础被抬起、开裂及变形，而融化又使地基沉降，再加上建筑物下面各处地基土冻融程度不均匀，往往造成建筑物的严重破坏。6岩溶岩溶（喀斯特Karst）主要出现在碳酸类岩石地区。其基本特性是地基主要受力层范围内受水的化学和机械作用面形成溶洞、溶沟、溶槽、落水洞以及土洞等。我国岩溶地基广泛分布在贵州和广西两省。溶洞的大小不同。且沿水
13、平方向延伸，有的有经常性水流，有的已干涸或被泥砂填实。建造在岩溶地基上的建筑物，要慎重考虑可能会造成的地面变形和地基陷落。山区地基条件比较复杂，主要表现在地基的不均匀性和场地的稳定性方面，基岩表面常常起伏大，而且可能存在大块孤石；另外还会遇到滑坡、崩塌和泥石流等不良地质现象。第三节地基处理方法的分类根据历史记载，我国劳动人民早在2000年前就已采用了在软土中夯入碎石等压密土层的夯实法；灰土和三合土的垫层法也是传统的建筑技术之一。由此可见地基处理技术的历史悠久。许多现代的地基处理方法都可在古代找到它的雏型。地基处理方法的分类有很多种，可以从地基处理的原理，地基处理的目的、地基处理的性质、地基处理
14、的时效和动机等不同角度进行分类。其中最本质的是根据地基处理的原理进行分类，见表11。应该指出，对地基处理方法进行严格分类是十分困难的。不少方法具有几种不同的作用。如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重作用；石灰桩具有又挤密土体又吸水的作用，吸水后又进一步挤密土体等。此外，还有一些地基处理方法的加固机理和计算方法目前尚不十分明确，有待进一步探讨。由于地基处理方法不断地发展，其功能不断地扩大，也使分类变得更加困难。托换技术（或称基础托换）（Underpinning）是指解决对原有建筑物的地基需要处理和基础需要加固或改建等问题，解决在原有建筑物基础下需要修建地下工程以及邻近建造新工程而影响到原有建
15、筑物的安全等问题的技术总称托换技术是一种建筑技术难度较大、费用较高、工期较长和责任性较强的特殊施工方法。它需要应用各种地基处理方法，因而列入本书的第七章。表11常用地基处理方法的原理、作用及适用范围分类处理方法原理及作用适用范围换土垫层法机械碾压法挖除浅层软弱土或不良士，分层碾压或夯实土，按回填的材料可分为砂垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、灰土垫层、二灰垫层和索土垫层等。它可提高持力层的承载力，减少沉降量，消除或部分消除士的湿陷性和胀缩性，防止土的冻胀作用以及改善土的抗液化性常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层软弱地基、湿陷性黄土地基、膨胀土地基、季节性冻土地基、素填土和杂填土地基重锤夯实法一般适用于地下水位以上稍湿的粘性士、砂土、湿陷性黄土、杂填土以及分层填土地层。平板振动法适用于处理无粘性土或粘粒含量少和透水性好的杂填土地基强夯挤淤法采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法，在地基中形成碎石墩体，以提高地基承载力和减小沉降适甩于厚度较小的淤泥和淤泥
