土力学与基础工程课程总结 

昆明理工大学

土力学与基础工程

学习报告

目录

课程基本内容总结

一、土的物理性质及工程分类·························· 2 二、土的渗透性与渗流···································6 三、土中应力和地基沉降计算 ·······························9 四、土的抗剪强度与浅基础的地基承载力·······················13 五、土压力与土坡稳定性································17 六、岩土工程······································19 七、浅基础·······································22 八、桩基础及其他深基础····································24 九、地基处理·······································26 十、特殊土地基·······································28

建筑工程中地基处理方法

1.主要的地基类型············································32 2.常见的地基处理方法·······································32 3.施工时的注意事项和施工要点································34 4.结束语··················································34

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课程基本内容总结

绪论

土是岩石经过物理、化学、生物等风化作用的产物，是矿物颗粒组成的集合体，多数情况下是由固体颗粒、水和空气组成的三相体。土力学是运用力学知识和土工测试技术，研究土的物理、力学性质，以及土的变形及其强度变化规律的一门学科。土力学、地基和基础是本课程介绍的三部分主要内容。

1 .土的物理性质及工程分类

1.1土的生成和组成

1.1.1岩石的风化是岩石在自然界各种因素和外力的作用下遭到破碎与分解，产生颗粒变小及化学成分改变的现象。通常把风化作用分为物理风化、化学风化、生物分化三类。

1.1.2土的组成：固体颗粒、矿物质、颗粒间孔隙中的水和气体。

1.1.3.土的颗粒级配：土由不同粒组的土颗粒混合在一起所形成，土的性质主要取决于不同粒组的土粒的相对含量。土的颗粒级配就是指大小土粒的搭配情况。

1.1.4粒径级配：

工程上为了表示土粒的大小及组成情况，通常以土中各个粒组的相对含量（即各粒组占土粒总量的百分数）用质量百分数来表示。 确定方法 筛分法：适用于粗粒土(0.075mm≤d≤60mm ) 比重计法:适用于细粒土 (d＜0.075mm) 表述方法：粒径级配累积曲线。 1.1.5级配曲线法：

纵坐标表示小于某粒径的土粒含量百分比。 横坐标表示土粒的粒径(对数坐标）。

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1.1.6筛分法：用一套孔径不同的筛子（60、40、20、10、5、2、1、0.5、0.25、0.1、0.075mm），按从上至下筛孔逐渐减小放置。将事先称过质量的烘干土样过筛，称出留在各筛上的土质量，然后计算其占总土粒质量的百分数。

1.1.7土中的水 土中水的含量明显地影响土的性质(尤其是粘性土)。 结合水：吸附在土颗粒表面的水。 自由水：电场引力作用范围之外的水。

1.2 土的物理性质指标

1.2.1土的三相体系：即固态相、液态相与气态相，有时是二相的。固体部分（土颗粒）一般由矿物质组成，有时含有机质，其构成土的骨架主体，是最稳定、变化最小的部分。液体部分实际上是化学溶液而不是纯水。三相之间相互作用，固体相一般居主导地位，而且还不同程度地限制水和气体的作用如不同大小土粒与水相互作用，水可呈不同类型。

1.2.2土的密度ρ（土的天然密度） 定义: 单位体积土的质量。 表达式: ??ms?mwm? VVs?Vw?Va单位: kg/m3 或 g/cm3

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测定方法：通常用环刀法(内径61.8±0.15mm，高20+0.016mm，体积为60cm3) 。

1.2.3土粒相对密度ds（土粒比重）。

定义:土粒质量与同体积的4℃时纯水的质量之比 。

m表达式: d?ssV??s。

s????单位: 无量纲

?w：4?C时纯蒸馏水的密度。

?s : 土粒的密度，单位体积土粒的质量。 测定方法：通常用比重瓶法。 1.2.4土的含水量ω

定义: 土中水的质量与土粒质量之比, 用百分数表示 表达式:

??m?m?100%?m?ms?100%

sms测定方法：通常用烘干法，亦可近似用酒精燃烧法 1.2.5表示土中孔隙含量的指标——孔隙比e和孔隙率n （1）孔隙比： 土中孔隙体积与固体颗粒体积之比, 无量纲 表达式: e?VvV s（2）孔隙率(孔隙度)：土中孔隙体积与总体积之比, 用百分数表示 表达式: n(%)?VvV 4

（3）关系: n?

en；e? 1?e1?n1.3 无黏性土的密实度

1.3.1密实度：单位体积中固体颗粒含量的多少或孔隙含量的多少。

emax?eDr?表达式：emax?emin

1.3.2. e min: 最小孔隙比；将松散的风干土样装入金属容器内，按规定方法振动和锤击，直至密度不再提高，求得土的最大干密度再经换算得到最小孔隙比。

1.3.3. e max: 最大孔隙比；将松散的风干土样通过长颈漏斗轻轻地倒入容器，避免重力冲击，求得土的最小干密度再经换算得到最大孔隙比。

1.4 黏性土的物理性质

1.4.1粘性土的软硬状态——也称稠度状态。稠度是指土的软硬程度或土受外力作用所引起变形或破坏的抵抗能力,是粘性土最主要的物理状态特征。

1.4.2粘性土的界限含水量：同一种粘性土随其含水量的不同，而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。由一种状态转变到另一种状态的分界含水量，叫界限含水量。

1.4.3可塑性是粘性土区别于砂土的重要特征，可塑性的大小用土处在可塑状态时的含水量的变化范围来衡量，从液限到塑限含水量的变化范围越大，土的可塑性越好。

1.4.4塑性指数：指液限和塑限的差值（省去%号），即土处在可塑状态的含水量变化范围，用IP表示。塑性指数是粘性土的最基本、最重要的物理指标，其大小取决于吸附结合水的能力，即与土中粘粒含量有关，粘粒含量越高，塑性指数越高（粘土矿物成分、水溶液）。

1.4.5 液性指数：粘性土的天然含水量和塑限的差值与塑性指数之比，用IL表示。液性指数表证天然含水量与界限含水量间的相对关系，可塑状态的土的液性指数在0~1

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之间；液性指数大于1，处于流动状态；液性指数小于0，土处于固态或半固体状态。

1.5 土的压实性：

1.5.1土的压实性是指用重复性的冲击动荷载可将土压密的性质。土的压密程度用干密度来表示，它与土的含水率和击实功关系密切。

1.5.2揭示压实作用下压实功与土的干密度、含水率三者之间的关系和基本规律，从而确定适合工程需要的填土的干密度与相应的含水率，以及为达到相应击实标准所需要的最小压实功。

1.6 土的工程分类：根据有机质的含量把土分成有机土和无机土两大类。无机土中，再根据土中各粒组的相对含量把土再分为：巨粒土、含巨粒土、粗粒土和细粒土。

2.的渗透性与渗流

2.1 达西定律：896年，法国学者达西（Darcy,H.）根据砂土渗透实验（图3-2），发现水的渗透速度与水力坡降成正比，即达西定律：

v—渗透速度； h—水头差 （m）； L—渗径（m）；

k—土的渗透系数（m/s）。

2.2 土的渗透系数

2.2.1在水位差作用下，水透过土体孔隙的现象称为渗透，时间t内流出的水量

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QL?hk?Q?qt?kiAt?kAt表达式： ；

?hAt L2.2.2渗透系数及测定方法

（1）土的渗透系数可用室内渗透试验和现场抽水试验来确定。

（2）室内渗透试验分为：常水头试验和变水头试验两种，前者适用于透水性强的无粘性土，后者适用于透水性弱的粘性土。

2.2.3影响渗透系数的因数

（1）土粒大小与级配：细粒含量愈多，土的渗透性愈小。

（2）土的密实度：同种土在不同的密实状态下具有不同的渗透系数，土的密实度增大，孔隙比降低，土的渗透性也减小。

（3）水的动力粘滞系数：动力粘滞系数随水温发生明显的变化。水温愈高，水的动力粘滞系数愈小，土的渗透系数则愈大。

（4）土中封闭气体含量：土中封闭气体阻塞渗流通道，使土的渗透系数降低。

2.3有效应力原理

2.3.1．方程式：σ =σ′+μ

式中:σ为平面上法向总应力, kPa；σ′为平面上有效法向应力, kPa； μ为孔隙水压力, kPa。

2.3.2.有效应力原理阐明了碎散颗粒材料与连续固体材料在应力—应变关系上的

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重大区别,有效应力原理表示研究平面上的总应力、有效应力与孔隙水压力三者之间的关系:当总应力保持不变时,孔隙水压力与有效应力可以相互转化,即:有效孔隙水压力减小等于有效应力的等量增加。

2.4 二维渗流和流网简介

2.4.1一维渗流，可用达西定律进行渗流计算；而边界复杂围堰、堤坝等工程的渗流问题就不能用一维渗流的公式来求解。因此引入了多维渗流方程。

（1）二维渗流方程的适用条件：稳定渗流，即渗流场中水头及流速等渗流要素不随时间而改变。

（2）二维渗流方程 ①各向异性土

，

；②各向同性的均质土

2.4.2流网定义：平面稳定渗流基本微分方程的解可以用渗流区平面内两簇相互正交的曲线来表示。其中一簇为流线，它代表水流的流动路径，另一簇为等势线，在任一条等势线上，各点的测压水位或总水头都在同一水平线上。工程上把这种等势线簇和流线簇交织成的网格图形。

2.4.3流网特性：

①流线与等势线两两正交。

②对均匀土而言，在流网网格中，网格的长度z与宽度6之比通常取定值，一般取1.0，使方格网成为曲边正方形。

③两相邻等势线间的水头差相等。

④任意两相邻流线间的单位渗流量相等。相邻流线间的渗流区域称槽，每一流

槽的单位渗流量与该流槽的等势线水头差h、渗透系数k有关，与流槽位置无关。

2.4.4.流网的工程应用：正确绘制流网后，可用其计算各点的水力梯度、渗透速度、渗流区的孔隙水压力，供稳定分析和渗流控制设计之用。

2.5 渗透力与渗透稳定性

2.5.1渗透力——渗透水流施加于单位土粒上的力。

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2.5.2渗透变形：渗透水流将土体的细颗粒冲走、带走或局部土体产生移动，导致土体变形——渗透变形问题（流土，管涌）

2.5.3流土——在渗流作用下，局部土体表面隆起，或某一范围内土粒群同时发生移动的现象。流土发生于地基或土坝下游渗流出逸处，不发生于土体内部。开挖基坑或渠道时常遇到的流砂现象，属于流土破坏,细砂、粉砂、淤泥等较易发生流土破坏。

2.5.4管涌——在渗流作用下，无粘性土中的细小颗粒通过较大颗粒的孔隙，发生移动并被带出的现象。土体在渗透水流作用下，细小颗粒被带出，孔隙逐渐增大，形成能穿越地基的细管状渗流通道，掏空地基或坝体，使其变形或失稳。管涌既可以发生在土体内部，也可以发生在渗流出口处，发展一般有个时间过程，是一种渐进性的破坏。

3 土中应力和地基沉降量计算

3.1 土中自重应力计算

3.1.1只有通过土粒接触点传递的粒间应力，才能使土粒彼此挤紧，从而引起土的变形，而粒间应力又是影响土体强度的一个重要因素，所以粒间应力又称为有效应力。因此，土中自重应力可定义为土自身有效重力在土体中引起的应力。土中竖向和侧向的自重应力一般均指有效自重应力。

3.1.2均质土自重应力计算：在深度z处平面上，土体因自身重力产生的竖向应力scz（称竖向自重应力）等于单位面积上土柱体的重力G，如图所示。在深度z处土的自重应力为：

G?zA?cz????zAA

3.1.3成层土自重应力计算地基土通常为成层土。当地基为成层土体时，设各土层的厚度为hi，重度为gi，则在深度z处土的自重应力计算公式为：

?cz???ihii?1nz??hii?1n

3.1.4土中水平自重应力计算：假定在自重作用下，没有侧向变形和剪切变形。根据弹性力学理论和土体侧限条件，则水平自重应力scx，scy有：

?cz??z?cx??cy?K0?czK0??1??9

试验时，先将十字板压入土中至测试的深度，然后由地面上的扭力装置对钻杆施加扭矩，使埋在土中的十字板扭转，直至土体剪切破坏（破坏面为十字板旋转所形成的圆柱面）。

4.2.5饱和粘性土剪切试验方法的选择

根据排水条件，室内抗剪强度试验有以下三种方法：

1．不固结不排水剪(或称快剪)这种试验方法在全部剪切试验过程中都不让土样排水固结。

2．固结不排水剪(或称固结快剪)在周围压力（或法向压力）作用下使土样完全固结，而在土样的剪切至破坏的过程中不（或来不及）排水。

3．固结排水剪(或称慢剪) 隙水充分排出，始终保持u=0。

在实际工程中，要根据地基土的实际受力情况和排水条件选用合适的试验方法。如果施工周期缩短，结构荷载增长速率较快，因此验算施工结束时的地基短期承载力时，采用不排水剪，以保证工程的安全。对于施工周期较长，结构荷载增长速率较慢的工程，宜根据建筑物的荷载及预压荷载作用下地基的固结程度，采用固结不排水剪。

4.3 孔隙压力系数：肯普顿(Skempton)根据三轴试验结果，提出了在复杂应力状态下的孔隙压力表达式为：

式中：A、B分别为不同应力条件下的孔隙压力系数。 a、等向应力△σ3作用下的孔隙压力△u3和孔隙压力系数B

4.4 饱和黏性土的抗剪强度

b、固结不排水抗剪强度

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a、不固结不排水抗剪强度 c、固结排水抗剪强度

d、三种不同排水条件下的抗剪强度关系 4.5 竖向荷载作用下地基破坏形式

（1）整体破坏一般发生在砂类土荷较硬的土层中且基础埋深较浅；

（2）局部破坏一般发生在地基为一般粘性土或中密砂土，基础埋深较浅时，或地基为砂性土或粘性土，基础埋深较大时；

（3）当地基为松砂、饱和软粘土时常常发生冲剪破坏。

4.6 地基临塑荷载和临界荷载

（1）地基的临塑荷载：是在外荷载作用下，地基中刚开始产生塑性变形时的基础底面压力。

（2）临界荷载：在外荷载作用下，地基中塑性变形区最大深度限制在基础宽度的四分之一（或三分之一）时相应的基底应力。

（3）临塑荷载、临界荷载及极限荷载分别对应地基受荷与变形的不同阶段，临塑荷载对应于地基变形的第一阶段的结束点即刚刚出现塑性变形的情况；临界荷载与其定义有关，常用的P1/4公式是对应于塑性开展区深度为基础宽度的1/4时的荷载大小；极限荷载则是地基完全进入塑性变形阶段的荷载。

4.7浅基础的地基极限承载力

（1）地基的容许承载力：指有足够的安全度保证地基稳定而且建筑物基础的沉降量不超过容许值的承载力（即所对应的最大基底压力）。

（2）地基的极限承载力：也称极限荷载，指地基土体中的塑性变形区充分发展并形成连续贯通的滑动面时，地基所能承受的最大荷载。影响其大小的因素：土的抗剪强度指标、土的粘聚力、土的重度、基础埋深、基础宽度。

（3）浅基础地基极限承载力的计算方法有：普朗德尔极限承载力理论、太沙基承载力理论、魏锡克极限承载力理论。

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5 土压力与土坡稳定性

5.1 挡土墙的土压力

5.1.1土压力：挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的侧压力土压力的大小和分布规律不仅与挡土墙的高度、填土的性质有关还与挡土墙的刚度及其位移的方向与大小密切相关。

5.1.2土压力的类型

（1）静止土压力：挡土墙为刚性，不动时土处于弹性平衡状态，不产生位移和变形，此时作用在挡土墙上的土压力称为静止土压力。

(2)主动土压力：挡土墙背离填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土体受到的土压力逐渐减小，当墙后填土达到极限平衡状态时，土压力降为最小值，这时作用在挡土墙上的土压力成为主动土压力。

(3)被动土压力：挡土墙向填土方向转动或移动时，随着位移量的逐渐增加，墙后土体受到挤压而引起土压力逐渐增大，当墙后填土达到极限平衡状态时，土压力增大为最大值，这时作用在挡土墙上的土压力成为被动土压力。

5.2 朗肯土压力理论

5.2.1该理论认为当墙后填土达到极限平衡状态时，与墙背接触的任一土单元体都处于极限平衡状态.因此,可以根据土单元体处于极限平衡状态时应力所满足的条件来建立有关土压力的计算公式.

基本假定：①挡土墙后填土表面水平②挡土墙墙背竖直光滑③挡土墙为刚性体 5.2.2朗肯主动土压力的计算

墙移动使墙后土体达到极限平衡状态： .σx= σxmin= σa ； σz保持不变；

滑裂面与大主应力作用面间的夹角为： 极限平衡条件:

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式中：称为朗肯主动土压力系数。

5.2.3朗肯被动土压力的计算

墙移动使墙后土体达到极限平衡状态： σx= σxmax= σp ； σz保持不变；

滑裂面与大主应力作用面间的夹角为：极限平衡条件:

",

式中：

5.3 库仑土压力理论

5.3.1库仑土压力根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体时，从楔体的静力平衡条件得出的土压力理论。

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称为朗肯被动土压力系数。

基本假定：①墙后填土为无粘性土。②挡土墙是刚性体；③墙面粗糙 5.3.2主动土压力

（1）假定条件：①挡土墙后填土是无粘性土;②滑动破坏面为平面,设为BC，过墙踵;

③墙前移，滑动土体ABC为刚塑性体下滑。 （2）被动土压力

假定条件：①挡土墙后填土是无粘性土;②滑动破坏面为平面,设为BC，过墙踵; ③墙推向墙后土体，滑动土体ABC为刚塑性体上移。

5.4 挡土墙的设计

5.4.1 挡土墙的类型: （1）重力式挡土墙（2）悬臂式挡土墙（3）扶壁式挡土墙 5.4.2挡土墙的计算:设计方法：先假定截面尺寸，然后验算稳定性及强度，若不满足要求，再修改设计。计算内容：（1）稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑动验算；（2）地基承载力验算；（3）墙身强度验算。

5.5 土坡的稳定性分析

（1） 滑坡的根本原因：边坡中土体内部某个面上的剪应力达到了它的抗剪强度。 （2） 滑坡的具体原因： 滑面上的剪应力增加：如填土作用使边坡的坡高增加、渗流作用使下滑力产生渗透力、降雨使土体饱和，容重增加、地震作用等；滑面上的抗剪强度减小：如浸水作用使土体软化、含水量减小使土体干裂，抗滑面面积减小、地下水位上升使有效应力减小等。

（3） 土坡的稳定分析就是利用土力学理论研究发生滑坡时滑面可能的位置和形式、滑面上的剪应力和抗剪强度的大小、抵抗下滑的因素以及如何采取措施等问题。土坡的稳定安全度用安全系数表示。

6 岩土工程勘察

6.1 岩土工程勘察的任务和内容

6.1.1任务：按照建筑物所处的不同阶段的要求，正确反应工程地质条件，查明不良地质作用和地质灾害，为工程的设计、施工以及岩土治理加固、开挖支护和降水等，

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提供真实可靠的工程地质资料和必要的技术参数，同时对工程存在的有关岩土工程问题做出论证和评价。

6.1.2岩土工程勘察的内容主要有：工程地质调查和测绘、勘探及采取土试样、原位测试、室内试验、现场检验和检测，最终根据以上几种或全部手段，对场地下程地质条件进行定性或定量分析评价，编制满足不同阶段所需的成果报告文件。

6.1.3岩土工程安全等级： 安全等级 破坏后果 工程类型 一级 很严重 重要工程 二级 严重 一般工程 三级 不严重 次要工程 6.1.4房屋建筑与构筑物安全等级 安全破坏后建筑类型 等级 果 重要的工业与民用建筑物；20层以上一级 很严重 的高层建筑；体型复杂的14层以上的高层建筑；对地基变形有特殊要求的建筑物；单桩承受的荷载在4000kN以上的建筑物 二级 严重 一般的工业与民用建筑 三级 不严重 次要的建筑物 6.1.5场地复杂程度等级 等级 一级 二级 三级 有利建筑抗震稳定性 危险 不利 (或地震设防烈度≤6度) 不良地质现象发育情况 强烈发育 一般发育 不发育 地质环境破坏程已经或可能强已经或可能基本度 烈破坏 受到一般破坏 未受破坏

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地形地貌条件 复杂 较复杂 简单 6.1.6岩土工程勘察等级： 甲级、乙级、丙级 6.2 岩土工程勘察的方法

6.2.1岩土工程勘察的方法或技术手段，有以下几种：

(1)工程地质测绘。工程地质测绘是岩土工程勘察的基础工作，一般在勘察的初期阶段进行。工程地质测绘是认识场地工程地质条件最经济、最有效的方法，高质昔的测绘工作能相当准确地推断地下地质情况，起到有效地指导其他勘察方法的作用。

(2)勘探与取样。勘探工作包括物探、钻探和坑探等各种方法。它是被用来调查地下地质情况的；并且可利用勘探工程取样进行原位测试和监测。应根据勘察日的及岩土的特性选用上述各种勘探方法。(3)原位测试与室内试验。原位测试与室内试验的主要目的，是为岩土工程问题分析评价提供所需的技术参数，包括岩土的物性指标、强度参数、固结变形特性参数、渗透性参数和应力、应变时间关系的参数等。原位测试一般都藉助于勘探工程进行，是详细勘察阶段主要的一种勘察方法。

(4)现场检验与监测。现场检验的涵义，包括施T阶段对先前岩土工程勘察成果的验证核查以及岩土工程施工监理和质量控制。现场监测则主要包含施工作用和各类荷载对岩土反应性状的监测、施工和运营中的结构物监测和对环境影响的监测等方面。检验与监测所获取的资料，可以反求出某些工程技术参数，并以此为依据及时修正设计，使之在技术和经济方面优化。此项工作主要是在施工期间内进行，但对有特殊要求的工程以及一些对工程有重要影响的不良地质现象，应在建筑物竣工运营期间继续进行。

6.2.2岩土工程地质勘测的测绘和调查及其它相关工作内容工程地质测绘和调查一般在岩土工程勘察的早期阶段进行，也可以用于详细勘察阶段的对某些专门地质问题进行补亢调查。工程地质测绘和调查能在较短的时间内查明较大范围的主要工程地质条件，不需要复杂设备和大量资金、材料，而且效果显著。’工程地质测绘和调查的主要任务是在地形地质图上填绘出测区的工程地质条件，其内容应包括测区的所有工程地质要素，即查明拟建场地的地层岩性、地质结构、地形地貌，水文地质条件、工程地质动力地质现象、已经有的建筑物的变形和破坏情况及以往的建筑经验、可利用的天然建筑材料的质量及其分布等方面，因此它属于多项内容的地表地质测绘和调查。

6.3 岩土工程勘察报告

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7 浅基础

7.1 地基基础设计原则

①对防止地基土体剪切破坏和丧失稳定性方面，应具有足够的安全度。

②应控制地基变形量，使之不超过建筑物的地墓变形允许值，以免引起基础不利截面和上部结构的损坏，或影响建筑物的使用功能和外观。

③基础的型式、构造和尺寸，除应能适应上部结构、符合使用需要，满足地基承载力 (稳定性)和变形要求外，还应满足对基础结构的强度，刚度和耐久性的要求。

7.2 浅基础的类型：

据基础刚度分：刚性基础和柔性基础；据形状和大小可分：独立基础、条形基础、十字交叉条形基础、筏形基础、箱形基础及壳体基础；根据基础所用材料的性能可分：砖砌体、石材及石材砌体、混凝土和毛石混凝土、灰土和三合土和钢筋混凝土。

7.3 基础埋置深度的确定

7.3.1度一般是指基础底面到室外设计地面的距离，简称基础埋深。

7.3.2深度，应按下列条件确定:（1）筑物的用途，有无地下设施，基础和形式和构造；（2）作用在地基上的荷载大小和性质；（3）工程地质和水文地质条件；（4）相邻建筑物的基础埋深；（5）地基土冻胀和融陷的影响。

7.3.3稳定和变形要求的前提下，基础宜浅埋，当上层地基的承载力大于下层土时，宜利用上层土作持力层。除岩石地基外，基础埋深不宜小于 0.5m。高层建筑筏形和箱形基础的埋置深度应满足地基承载力，变形和稳定性要求。在抗震设防区，除岩石地基外，天然地基上的箱形和筏形基础其埋置深度不宜小于建筑物高度的 1/15；桩箱或桩筏基础的埋置深度（不计桩长）不宜小于建筑物高度的 1/18～1/20。位于岩石地基上的高层建筑，其基础埋深应满足抗滑要求。

7.4 地基承载力的确定

（1）原位试验法：是一种通过现场直接试验确定承载力的方法。包括（静）载荷试验、静力触探试验、标准贯入试验、旁压试验等，其中以载荷试验法为最可靠的基本的原位测试法。

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（2）理论公式法：是根据土的抗剪强度指标计算的理论公式确定承载力的方法。 （3）规范表格法：是根据室内试验指标、现场测试指标或野外鉴别指标，通过查规范所列表格得到承载力的方法。规范不同（包括不同部门、不同行业、不同地区的规范），其承载力不会完全相同，应用时需注意各自的使用条件。

（4）当地经验法：是一种基于地区的使用经验，进行类比判断确定承载力的方法，它是一种宏观辅助方法。

7.5偿性基础概述：又称浮基础，是指建筑物基础开挖卸去的土重部分抵偿了上部结构传来的荷载的基础。

8 桩基础及其他深基础

8.1.1 桩基础的类型

（1）摩擦型桩：摩擦桩、端承型桩。

（2） 按桩材分类：木桩、钢筋混凝土桩、素混凝土桩钢桩、组合材料桩。 （3）按成桩方法分:非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩 (4)径大小分：小直径桩、中等直径桩、大直径桩。 （5）施工方法:预制桩和灌注桩

8.1.2桩基础：是一种深基础，它由设置于土中的桩和桩顶联结的承台共同组成，或由柱与桩直接联结而成。承台：承台将所有桩的顶部由联成一整体并传递荷载。在承台上再修筑桥墩、桥台及上部结构。

8.1.3桩基础适用条件

(1)荷载较大，地基上部土层软弱，适宜的地基持力层位置较深，采用浅基础或人工地基在技术上、经济上不合理时；

(2)河床冲刷较大，河道不稳定或冲刷深度不易计算正确，如采用浅基础施工困难或不能保证基础安全时；

（3）当地基计算沉降过人或结构物对不均匀沉降敏感时，采用桩基础穿过松软(高压缩性)土层，将荷载传到较坚实(低压缩性)土层，减少结构物沉降并使沉降较均匀；

（4）当施工水位或地下水位较高时，采用桩基础可减小施工困难和避免水下施工； （5）地震区，在可液化地基中，采用桩基础可增加结构物的抗震能力，桩基础穿越可液化土层并伸入下部密实稳定土层，可消除或减轻地震对结构物的危害。

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8.2竖向荷载作用下单桩的工作性状

8.2.1桩的荷载传递：在轴向荷载作用下，桩身将发生弹性压缩，同时桩顶部分荷载通过桩身传递到桩底，致使桩底土层发生 压缩变形，这两者之和构成桩顶轴向位移。桩与桩周土体紧密接触，当桩相对于土向下位移时，土对桩产生向上作用的桩侧摩阻力。在桩顶荷载沿桩身向下传递的过程中，必须不断地克服这种阻力，故桩身截面轴向力随深度逐斩减小，传至桩底截面的轴向力为桩顶荷载减去全部桩侧阻力，并与桩底支承反力(即桩端阻力)大小相等、方向相反。

8.2.2单桩的破坏模式： 单桩在轴向荷载作用下．其破坏模式主要取决于桩周土的抗剪强度、桩端支承情况、桩的尺寸以及桩的类型。

8.2.3桩侧负摩阻力

（1）穿越较厚松散填土、自重湿陷性黄土、欠固结土层进入相对较硬土层； （2）桩周存在软弱土层，临近桩地面有较大长期荷载，或地面大面积堆载。 （3）降低地下水位，土有效应力增加，产生显著沉降。

8.3 群桩竖向承载力

8.3.1群桩：由若干根单桩组成，上部用承台连成整体。群桩效应: 群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、土的相互作用使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同，承载力往往不等于各单桩承载力之和，称其为群桩效应。群桩效应受土性、桩距、桩数、桩的长径比、桩长与承台宽度比、成桩方法等多因素的影响而变化。

8.2.2群桩效应系数：用以度量构成群桩承载力的各个分量因群桩效应而降低或提高的幅度指标，如侧阻、端阻、承台底土阻力的群桩效应系数。影响群桩效应的因素：①承台刚度；②基土性质；③基桩间距。

8.4 桩基水平承载力与位移计算

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加强对建筑物周围的显度控制，减小气候和人为活动对地基土含水量的影响，从而控制膨胀土的胀缩变形。

10.3 红黏土地基

10.3.1定义：碳酸盐岩系出露区的岩石，经红土化作用形成的棕红、褐黄等色的高塑性粘土称为红粘土。其液限一般大于50％，上硬下软，具有明显的收缩性，并裂隙发育。

10.3.2红粘土的物理力学性质 （1） 高塑性和分散性. （2） 高含水率，低密度。 （3） 强度较高，压缩性较低。 （4） 不具湿陷性，但有明显的收缩性。 10.2.3红粘土地基危害及处理 （1）地基的不均匀

a、当下卧岩层单向倾斜较大时，可调整基础的深度、宽度或采用桩基等进行处

理，也可将基础沿基岩的倾斜方向分段做成阶梯形，从而使地基变形趋于一致。

b、对于大块孤石石芽、石笋或局部岩层出露等情况，宜在基础与岩石接触的部位，将 岩石露头削低，做厚度不小于50 cm的垫层，然后再根据土质情况，结合结构措施进行综合处理

（2）土中裂缝的问题

a、土中出现的细微网状裂缝可使拉剪强度降低50％以上，主要影响土体的稳定性，所 以，当土体承受较大水平荷载或外侧地面倾斜、有临空面等情况时，应验算其稳定性，对于仅受竖向荷载时，应适当折减地基承载力。

b、土中深长的地裂缝对工程危害极大，地裂缝可长达数公里，深可达8～9m，在其上的建筑物无一不损坏，这不是一般工程措施可治理的，所以原则上应避免地裂缝地区。

（3）土的胀缩性问题

10.4 冻土地基

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10.4.1定义：冻土是指温度等于或低于0℃，并含有冰的土。按冻结时间可分为季节性冻土和多年冻土。

10.4.2冻土的力学性质：土的冻胀作用常以冻胀量、冻胀强度、冻胀力和冻结力等指标来衡量。

10.4.3冻害

（1）土的冻胀性及其危害：在冻结过程中，造成土体不均匀的冻胀，使地基隆起和边坡变形，这是使建筑物破坏的主要原因。

（2）冻土的融沉性及其危害：与冻胀性相反，冻土融化后由于冰融化为水时体积缩小，使土体产生不均匀热融沉陷，造成建筑物的开裂和破坏。对于季节性冻土，冻胀作用的危害是主要的；对于多年冻土，热融作用的危害是主要的。冰胀和热融的关系是很密切的,一般是冻胀严重，热融也严重。

10.4.4冻土地基的防治措施

①、选择地质条件较好的地段。根据地质、水文地质条件选择下列地段布置建筑物：

a、干燥而较平缓的高级阶地上。该地段一般地下水位低，土层比较干燥，冻融时土的工程性质变化小。

b、粗颗粒地层分布地段。

c、避开地下冰发育地段、有地面水流或地形低洼易积水地段。

②、保持原有冻结状态。建筑物应有通风的地下室，减少热量由建筑物传入地基, 因而基础常用导热性低的材料构成。

③、消除原有热动态，其方法有：

a、将基础穿越受季节性影响的冻层，而置于多年冻土层或非冻土层上。 b、将基础置于融化后不会产生不均匀沉陷的土层上。

④、采用集中荷载的扩大柱基，以抵制冻胀和融沉所产生的不均匀变形；或设置大面积基础板，以及增强结构刚度，以抵制不均匀变形。

⑤、排水防水。水是使冻土在冬季冻胀夏季融沉的主要原因，因此地基应有较好的排水防水措施。对有冰锥、冰丘分布地段更应采取有力的地面水或地下水的排水措施。

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建筑工程中地基处理方法

在工程建筑中，地基加固处理是每项工程施工之前的首要工作。要提高工程施工的质量， 处理好地基是关键， 因为地基处理的好坏会直接影响到工程的耐久性和稳定性，而地基的承载力和地下水位通常对施工方案的拟定也起着决定性作用。近年来，不少新型的地基处理技术在地基处理环节中被广泛应用，这对提高建筑工程质量有十分积极的意义，地基处理的研究和应用也成为土木工程建设中的重要课题。

1.主要的地基类型

地基就是承受建筑物全部载荷的部分土层基础。在工程实践中，地基主要有几种分类， 天然地基和人工地基两种。那些本身承载力较强，不需要人工处理的地基则为天然地基，主要有以下几种：岩石地基，例如花岗岩、石灰岩等，这类地基的承载力很高，通常为50OkPa一4O0OkPa以上；碎石地基或者未经过风化后未胶结的散粒土，承载力为2OOkPa一800kPa；砂类土地基，承载力为1OOkPa一400kPa。人工地基就是必须要通过认为处理后才能投入建设的地基，最常见的就是软土地基。

2.常见的地基处理方法 2．1砂垫层与砂石垫层换填

砂垫层与砂石垫层最好是选择较为坚硬、级配良好的粗砂、中砂、碎石、石屑或是其它的工业废料来做换填材料。因为有的地方可以缺少粗砂、中砂，那么可以用细砂代替，但要掺入 定量的卵石或碎石，详细的掺入量根据施工标准设定(含石量小于等于50％)。施上的砂石材料巾不能有垃圾等固体杂物。施上前需要先验槽，清理T净沟槽，保证基槽边坡的稳定性， 如果施lL处边坡有沟、井 孔洞等，需填实后再行施 。砂垫层与砂 垫层的底山敷设最好保持高度一致， 如果深度不同， 施I‘时就应先深后浅。土向开挖层斜坡状或塔接形式，塔接 ‘定到夯实。 分段施I．中，接头处应做成斜坡，向每层斜坡的错开距离为0．5m到1Ill之间， 再进行充分压实。如果使用碎石垫层进行换填， 应保证基坑的软土地基不出现局部损坏， 此时，须在基坑底部、四侧铺设一层砂， 要等到砂层敷设完毕后再进行碎石垫层。砂垫层与砂石垫层药分层铺垫，并压实， 主要的铺设方式有以下几种： 平振法、水撼法、插振法、碾压法及压实法等。平振法

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苏勇平板式振捣器对土层反复振捣，直到振捣结果符合施工要求时才停止施工，平板式振捣器在施工时会出现移动，为了避免振捣面积出现不搭接的现象，每行须搭接三分之一。每层的铺设砂石的厚度维持在2OOmm到25Omm之间，其最优含水量为15％到2O％，但在含泥量较大或细砂的沙铺筑砂垫层中， 不宜使用该方法。

2．2浆液灌注加固法

灌浆法就是通过气压、液压或电化学的原理，将那些可以凝固的浆液注入到地基中的裂缝处，改善地基土的物理性质。该方法主要使用的浆液材料是水泥浆液和各种化学浆液。水泥浆的水泥标号为4号以上的普通硅酸盐水泥，可以该类水泥中含有水泥颗粒，是粒状浆液，对于小空隙的土质不宜使用，所以，浆液灌注加崮法主要适用砾砂、碎石或大裂缝岩石的加固中。

化学浆液是用以水玻璃为主的水玻璃一水泥浆液，水玻璃一氯化钙以及单纯的水玻璃等。如果用这两种浆液进行加固，称之为双液法，使用一种浆液的，叫单液法。双液法主要用于中砂、粗砂、碎砾石等土层的加固。施工中，两种浆液会起化学反应，形成硅酸胶凝体，让疏松的土质黏合到一起，增加土层的强度。该浆液凝固快，可以有效提高地基的抗压力。灌浆技术加固软路基，技术上是绝对可行的，施工效果和质量都较好，能明显提高地基的承压力和稳定性。根据灌浆法的特点和工程的实际需要，灌浆法主要可运用于砂及砂砾地基、湿陷性黄土地基、粘性土地基的加固中。而今，灌浆法的基本原理和应用也形成了一门新的学科分支一岩土ll_程化学。

2．3粉体喷射法

采 牛石灰和水泥等作为 化剂的粉体原料， 利用专业的深层搅拌机深入地基将地基土和 化剂搅拌均匀，d-\过程中， 化剂和土壤会发生化学反应，形成 硬的拌和土体， 以代替部分软t，组成复合地基。粉体喷射法的适 范围 深层搅拌法法相同，但针对含水量较少的粘性十，处理效果不显。与深层搅拌法(湿法)相比， 在土质融合过程中，化剂会吸收土壤中的大量水分， 使土体 结。因此，该方式适合7层以下的工业与民片j建筑。

2．4振冲碎石桩法

利用振动沉桩机将钢套管深入地基土中，通过这条管道将碎石灌入地基土中的方法称为“振冲碎石桩法”，这种方法形成的碎石桩体与原地基土互相渗透，形成复合地基，加强地基承受上部结构荷载的能力。它与砂桩施工方法有很多相同之处，但较砂桩施工

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容易出现断桩的问题，因为沉桩到达某个基层之后，灌石料本身的重量无法克服孔隙水压力造成的活瓣不张，导致碎石脱落，出现断桩，故用浮漂观测确定拒落部位，适用反插法来解决这个问题。振冲碎石桩法适用于松散的非饱和粘性土、杂填土、湿陷性黄土、疏松的砂性土，但对于饱和粘性土的加固适用，还需慎重选择。

2．5排水固结法

排水固结法的主要施工材料的含泥量不宜超过30％，卵石与碎石的最大直径也应保持在50mm以内。当建筑地基属于软土地基，最常见的加固方式就是排水固结法。该方法可以有效排除土层空隙中的水分，加固土体，减少沉降的同时加固土层的承载能力。排水固结是通过排水和加压两个系统来完成的，主要分为堆载顶压法、沙井堆载预压法、真空预压法、降低地下水位法等。堆载预压法就是在建筑施工之前，通过其它荷重或堆土的手段，对地基加压，提高地基的承载力， 减少建筑完成后出现的大规模沉降。同时，为了提高承载力，缩短加压的时间，施工中，常在地基打入沙井，再进行堆载预压，这种作为成为沙井堆载预压法。

3.施工时的注意事项和施工要点

根据建筑施上的类型和具体荷载量，仝商结合施工当地的地形地貌、土质条件以及相邻近建筑的影响等因素，实施综合分析， 选择几种可靠有效的地基处理方案；对选定好的地基处理方法， 还需根据建筑物的地基基础设计等级和场地复杂程度，在具有代表性的地基土上进行实验、测试，检验数据到达施工要求后，才能采取该种地基处理方案，如不符合施工要求，则及时查明原因， 更换方案。地基处理中，砂垫层的承载力主要是靠原料的配比决定的，实践证明，砂垫层最好使用粗砂，并适当加水，碾压充实，碎石的直控制在5cm内，然后将砂石搅拌均匀备用。再开挖基坑敷设砂垫层时，不得破坏土层结构，因此，在基坑开完完成后及时回填，土层不得在露天情况下暴露过久，也要预防其渗水，更不得任意践踏坑底，如果在地下水位以下施工，还应做好排水和防水措施，保证基坑物积水，在淤泥质粘土等软弱的基坑表层上铺抗拉强度较高的合成纤维布或竹筋等，再在上面填砂或石，这样可以增加地基的强度，同时预防地基出现位移， 影响地基处理质量。

4.结束语

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随着市场经济的高速发展，对建筑业的发展也有了新的要求。建筑业是促进我国经济发展的主要产业，它的施工质量正受到社会各界的广泛关注。施工中，地基处理是关键，改善地基环境，提高建设工程的施工质量， 是建筑工程人员一直研究的重要课题，在技术人员的不断努力下，相信未来将会出现更多节约材料、节省工期、新颖先进又经济的地基处理技术措施。

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