第九章地基与基础

　　 概述

　　( 1 )地球上但凡人类居住、生活和工作及与之相关的一切建筑物均建造在地壳的表层 ― 地基上，“空中楼阁”是不存在的。因此，以地基土为研究对象的这门课程 ― 地基与基础在土木工程中占据重要地位。

　　( 2 )建筑物的全部荷载都由它下面的地层来承担，受建筑物影响的那一部分地层称为地基;建筑物向地基传递荷载的下部结构就是基础。以最常见的房屋建筑为例，荷载的传递方式为：

　　建筑物上部结构→基础→地基，如图 9-1 所示。

　　( 3 )组成地层的土或岩石是自然界的产物。它的形成过程、物质成分、工程特性及其所处的自然环境极为复杂多变。因此，在设计建筑物之前，必须进行建筑物场地的地基勘察，对场地的工程地质条件作出正确的评价。

　　( 4 )建筑物的建造使地基中原有的应力状态发生变化。这就必须运用力学方法来研究荷载作用下地基土的变形和强度问题。一般来讲，地基基础设计应该满足两个基本条件：

　　1 )要求作用于地基的荷载不超过地基的承载能力，保证地基在防止整体破坏方面有足够的安全储备;

　　2 )控制基础沉降使之不超过允许值，保证建筑物不因地基沉降而损坏或者影响其正常使用。

　　( 5 )基础结构的型式很多。设计时应该选择能适应上部结构和场地工程地质条件、符合使用要求、满足地基基础设计两项基本要求以及技术上合理的基础结构方案。通常把埋置深度不大(一般浅于5m )的基础统称为浅基础(各种单独的和连续的基础)。反之，浅层土质不良，而须把基础埋置于深处的好地层时，就要借助于特殊的施工方法，建造各种类型的深基础了。选定适宜的基础型式后，地基不加处理就可以满足要求的，称为天然地基，否则，就叫做人工地基。

　　( 6 )地基和基础是建筑物的根本，又属于地下隐蔽工程。它的勘察、设计和施工质量直接关系着建筑物的安危。实践表明，建筑物事故的发生，很多与地基基础问题有关，而且，地基基础事故一旦发生，补救并非容易。此外，基础工程费用与建筑物总造价的比例，视其复杂程度和设计、施工的合理与否，可以变动于百分之几到几十之间。因此，地基及基础在建筑工程中的重要性是显而易见的。

　　第二节土的物理性质及分类

　　一、概述

　　土作为建筑物地基的主体，显然是土力学研究的主要对象。土是岩石风化后的产物，是岩石经过风化、剥蚀作用等而形成的碎散颗粒的集合体。

　　土既然是散碎颗粒的集合体，颗粒间必然存在着孔隙，而孔隙也必然包含着水或空气。因此，土是由土颗粒(固相)、水(液相)和空气(气相)组成的三相体。

　　二、土的成因与组成

　　1 .形成作用与成因类型严格地说，土是由地质作用而生成的。

　　地质作用——导致地壳( 30~80km )成分变化和构造变化的作用。是土的生成的根本原因和动力。

　　地质年代 ― 地壳发展历史与地壳运动、沉积环境及生物演化相应的世代段落。分为绝对的和相对的，后者应用最广。

　　相对地质年代 ― 根据古生物的演化和岩层形成的顺序，将地壳历史划分成的一些自然时段，共划分为五大代：太古代、元古代、古生代、中生代、新生代。

　　代又分为纪，纪又分为若干世和期，即代一纪一世一期。

　　每一地质年代中都划分有相应的地层，依次为界一系一统一阶(层)。

　　在新生代中最新近的一个纪段称为第四纪，我们现在所见的土就是在这一地质年代生成且尚未胶结成岩的，距今约 100 万年。

　　因此，我们现在所指的土可称为第四纪沉积物(层)，需要指出：

　　岩石经风化而成土，土也可经压实固结、脱水、胶结硬化而成为岩石(沉积岩)，即

　　当然这需要漫长的时间(以百万年计)。

　　2 .土的组成

　　(1)土中的固体颗粒。

　　土中的固体颗粒(简称土粒)是土的主要组成部分，是土的骨架。土颗粒的大小、形状、和矿物成分及组成情况是决定土的物理力学性质的主要因素。

　　土是由大小不同的土粒组成的。随着颗粒的变化，土的性质将发生变化。例如：随着粒径的变细，土的性质由无黏性变为黏性。因此，为了区分土颗粒的特征，常将其划分为不同的粒组，粒组是指粒径界于一定范围内的土粒的集合。

　　颗粒级配 ― 土中所含各种粒组的重量所占土粒(干土)总重的百分数。它反映了土中各粒组的比例关系，由土的颗粒分析试验确定。

　　矿物 ― 地壳中天然生成的自然元素或化合物，也是构成岩石的基本元素或化合物。

　　土的矿物成分 ― 组成土中固体颗粒的矿物类型、结构等。了解土粒的矿物成分，对认识土性十分重要。

　　( 3 )土中气体。土中气占据了土中未被水占领的孔隙。

　　自由气体 ― 与大气连通、不影响土质，常存在于粗粒土中。

　　封闭气体 ― 与大气隔绝，增加土的弹性，减少土的透水性。

　　可燃气体 ― 由微生物的分解作用而形成，常存在于淤泥和泥炭等有机土中。