地基承載力

地基基礎(chǔ)允許承載力是指在保證地基穩(wěn)定的條件下，房屋和構(gòu)筑物的沉降量不超過容許值的地基承載力。中國制定的“工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范”（TJ7-74）中規(guī)定，在基礎(chǔ)寬度小于3米， 埋深0.5—1.0米的條件下，粘性土主要根據(jù)孔隙比（e）、天然含水量（Wo）、相對含水量（Wb）考慮。砂根據(jù)飽和度（Sr）和緊密度（D）決定，也可按標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗及鉆探試驗錘擊數(shù)確定地基承載力。當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3米，埋深大于1米時，必須按下式校正：P=[σ] k1r0（b-3） k2r（h-1）。式中P為計算承載力（噸/平方米），[σ]為按表查得的承載力（噸/平方米），r0及r為地基土持力層的天然容重（地下水位以下取水下容重，噸/立方米），k1及k2為安全系數(shù)，取2—3。

在建筑學(xué)中地基的處理是十分重要的，上層建筑是否牢固地基有無可替代的作用。建筑物的地基不夠好，上層建筑很可能倒塌，這樣說一點也不為過，而地基處理的主要目的是采用各種地基處理方法以改善地基條件。

地基處理的對象是軟弱地基和特殊土地基。我國的《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GBJ7－89）中明確規(guī)定：“軟弱地基是指主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其它高壓縮性土層構(gòu)成的地基”。

特殊土地基帶有地區(qū)性的特點，它包括軟土、濕陷性黃土、膨脹土、紅粘土和凍土等地基。

地基改善的五個方面

對于地基的改善措施主要有以下五方面：

1. 改善剪切特性

地基的剪切破壞表現(xiàn)在建筑物的地基承載力不夠；使結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或土方開挖時邊坡失穩(wěn)；使臨近地基產(chǎn)生隆起或基坑開挖時坑底隆起。因此，為了防止剪切破壞，就需要采取增加地基土的抗剪強度的措施。

2. 改善壓縮特性

地基的高壓縮性表現(xiàn)在建筑物的沉降和差異沉降大，因此需要采取措施提高地基土的壓縮模量。

3. 改善透水特性

地基的透水性表現(xiàn)在堤壩、房屋等基礎(chǔ)產(chǎn)生的地基滲漏；基坑開挖過程中產(chǎn)生流沙和管涌。因此需要研究和采取使地基土變成不透水或減少其水壓力的措施。

4. 改善動力特性

地基的動力特性表現(xiàn)在地震時粉、砂土將會產(chǎn)生液化；由于交通荷載或打樁等原因，使鄰近地基產(chǎn)生振動下沉。因此需要研究和采取使地基土防止液化，并改善振動特性以提高地基抗震性能的措施。

5. 改善特殊土的不良地基的特性

主要是指消除或減少黃土的濕陷性和膨脹土的脹縮性等地基處理的措施。

地基改善方法

上述是基本的改善措施，如果要有堅固的地基就必須根據(jù)實際情況來選擇合適的處理方法，以下幾種地基的處理方法是比較實用的。

一、換填法：當(dāng)建筑物基礎(chǔ)下的持力層比較軟弱、不能滿足上部結(jié)構(gòu)荷載對地基的要求時，常采用換土墊層來處理軟弱地基。即將基礎(chǔ)下一定范圍內(nèi)的土層挖去，然后回填以強度較大的砂、碎石或灰土等，并夯實至密實。

二、預(yù)壓法：預(yù)壓法是一種有效的軟土地基處理方法。該方法的實質(zhì)是，在建筑物或構(gòu)筑物建造前，先在擬建場地上施加或分級施加與其相當(dāng)?shù)暮奢d，使土體中孔隙水排出，孔隙體積變小，土體密實，提高地基承載力和穩(wěn)定性。堆載預(yù)壓法處理深度一般達10m左右，真空預(yù)壓法處理深度可達15m左右。

三、強夯法：強夯法是法國L·梅納（Menard）1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，即用幾十噸重錘從高處落下，反復(fù)多次夯擊地面，對地基進行強力夯實。實踐證明，經(jīng)夯擊后的地基承載力可提高2～5倍，壓縮性可降低200～500%，影響深度在10m以上。

四、振沖法：振沖法是振動水沖擊法的簡稱，按不同土類可分為振沖置換法和振沖密實法兩類。振沖法在粘性土中主要起振沖置換作用，置換后填料形成的樁體與土組成復(fù)合地基；在砂土中主要起振動擠密和振動液化作用。振沖法的處理深度可達10m左右。

五、深層攪拌法：深層攪拌法系利用水泥或其它固化劑通過特制的攪拌機械，在地基中將水泥和土體強制拌和，使軟弱土硬結(jié)成整體，形成具有水穩(wěn)性和足夠強度的水泥土樁或地下連續(xù)墻，處理深度可達8～12m。 施工過程：定位—沉入到底部—噴漿攪拌（上升）—重復(fù)攪拌（下沉）—重復(fù)攪拌（上升）—完畢

六、砂石樁法：振動沉管砂石樁是振動沉管砂樁和振動沉管碎石樁的簡稱。振動沉管砂石樁就是在振動機的振動作用下，把套管打入規(guī)定的設(shè)計深度，夯管入土后，擠密了套管周圍土體，然后投入砂石，再排砂石于土中，振動密實成樁，多次循環(huán)后就成為砂石樁。也可采用錘擊沉管方法。樁與樁間土形成復(fù)合地基，從而提高地基的承載力和防止砂土振動液化，也可用于增大軟弱粘性土的整體穩(wěn)定性。其處理深度達10m左右。

七、土或灰土擠密樁法：土樁及灰土樁是利用沉管、沖擊或爆擴等方法在地基中擠土成孔，然后向孔內(nèi)夯填素土或灰土成樁。成孔時，樁孔部位的土被側(cè)向擠出，從而使樁周土得以加密。土樁及灰土樁擠密地基，是由土樁或灰土樁與樁間擠密土共同組成復(fù)合地基。土樁及灰土樁法的特點是：就地取材，以土治土，原位處理、深層加密和費用較低。

用這些方法可以使地基比較堅固，但并沒有什么是完美的，同樣地基處理技術(shù)也在不斷的完善與改進中。近40年來，國外在地基處理技術(shù)方面發(fā)展十分迅速，老方法得到改進，新方法不斷涌現(xiàn)。在20世紀60年代中期，從如何提高土的抗拉強度這一思路中，發(fā)展了土的“加筋法”；從如何有利于土的排水和排水固結(jié)這一基本觀點出發(fā)，發(fā)展了土工合成材料、砂井預(yù)壓和塑料排水帶；從如何進行深層密實處理的方法考慮，采用加大擊實功的措施，發(fā)展了“強夯法”和“振動水沖法”等。另外，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對地基工程提供了強大的生產(chǎn)手段，如能制造重達幾十噸的強夯起重機械；潛水電機的出現(xiàn)，帶來了振動水沖法中振沖器的施工機械；真空泵的問世，才能建立真空預(yù)壓法；生產(chǎn)了大于200個大氣壓的壓縮空氣機，　從而產(chǎn)生了“高壓噴射注漿法”。

支承由基礎(chǔ)傳遞的上部結(jié)構(gòu)荷載的土體（或巖體）。為了使建筑物安全、正常地使用而不遭到破壞，要求地基在荷載作用下不能產(chǎn)生破壞；組成地基的土層因膨脹收縮、壓縮、凍脹、濕陷等原因產(chǎn)生的變形不能過大。

在進行地基設(shè)計時，要考慮：

①基礎(chǔ)底面的單位面積壓力小于地基的容許承載力。

② 建筑物的沉降值小于容許變形值 。

③ 地基無滑動的危險。

由于建筑物的大小不同，對地基的強弱程度的要求也不同，地基設(shè)計必須從實際情況出發(fā)考慮三個方面的要求。有時只需考慮其中的一個方面，有時則需考慮其中的兩個或三個方面。若上述要求達不到時，就要對基礎(chǔ)設(shè)計方案作相應(yīng)的修改或進行地基處理（對地基內(nèi)的土層采取物理或化學(xué)的技術(shù)處理，如表面夯實、土樁擠密、振沖、預(yù)壓、化學(xué)加固和就地拌和樁等方法），以改善其結(jié)構(gòu)性質(zhì)，達到建筑物對地基設(shè)計的要求。

從現(xiàn)場施工的角度來講地基，地基可分為天然地基、人工地基。地基就是基礎(chǔ)下面承壓的巖土持力層。天然地基是自然狀態(tài)下即可滿足承擔(dān)基礎(chǔ)全部荷載要求，不需要人加固的天然土層，其節(jié)約工程造價，不需要人工處理的地基。天然地基為不需要對地基進行處理就可以直接放置基礎(chǔ)的天然土層。分為四大類：巖石、碎石土、砂土、粘性土。人工地基：經(jīng)過人工處理或改良的地基。當(dāng)土層的地質(zhì)狀況較好，承載力較強時可以采用天然地基；而在地質(zhì)狀況不佳的條件下，如坡地、沙地或淤泥地質(zhì)，或雖然土層質(zhì)地較好，但上部荷載過大時，為使地基具有足夠的承載能力，則要采用人工加固地基，即人工地基。

地基（subsoil）指的是承受上部結(jié)構(gòu)荷載影響的那一部分土體?；A(chǔ)下面承受建筑物全部荷載的土體或巖體稱為地基。地基不屬于建筑的組成部分，但它對保證建筑物的堅固耐久具有非常重要的作用，是地球的一部分。

要求：

強度——地基要具有足夠的承載力；

變形——地基的沉降量需控制在一定范圍內(nèi)，其次不同部位的地基沉降差不能太大，否則建筑物上部會產(chǎn)生開裂變形；

穩(wěn)定——地基要有防止產(chǎn)生傾覆、失穩(wěn)方面的能力。

壓力--- 適當(dāng)?shù)膲毫Α?/p>

人工地基的處理方法有密實法、換土法和加固法三類：

密實法

用密實法處理地基又可分為：①碾壓夯實法：對含水量在一定范圍內(nèi)的土層進行碾壓或夯實。此法影響深度約為200毫米,僅適于平整基槽或填土分層夯實。②重錘夯實法：利用起重機械提起重錘，反復(fù)夯打(圖a)，其有效加固深度可達1.2米。此法適用于處理粘性土、砂土、雜填土、濕陷性黃土地基和對大面積填土的壓實以及雜填土地基的處理。③機械碾壓法：用平碾、羊足碾、壓路機、推土機及其他壓實機械壓實松散土層(圖b)。碾壓效果取決于被壓土層的含水量和壓實機械的能量。對于雜填土地基常用 8～12噸的平碾或13～16噸的羊足碾，逐層填土，逐層碾壓。④振動壓實法：在地基表面施加振動力,以振實淺層松散土（圖c）。振動壓實效果取決于振動力、被振的成分和振動時間等因素。用此法處理以砂土、爐渣、碎石等無粘性土為主的填土地基，效果良好。⑤強夯法：利用重量為8～40噸的重錘從6～40米的高處自由落下，對地基進行強力夯實的處理方法。經(jīng)過強夯的地基承載能力可提高3～4倍,以至6倍，壓縮性可降低200～1000%,影響深度在10米以上。此法適用于處理砂土、粉砂、黃土、雜填土和含粉砂的粘性土等。施工時噪聲與振動較大。⑥堆載預(yù)壓法：在堆積荷載作用下，使飽和軟土層排水固結(jié)，提高抗剪能力，增加地基的穩(wěn)定性。⑦砂井堆載預(yù)壓法（圖d）:在軟土層中按一定距離打入管井,井中灌入透水性良好的砂,形成排水“砂井”，在堆載預(yù)壓下，加速地基排水固結(jié)，提高地基承載能力。此外，還有擠密砂樁法和振動水沖樁法等。

換土法

當(dāng)?shù)鼗至榆浫?，密集法不能滿足建筑物荷載要求時，可采用換土墊層的辦法處理土層。此法是先將基礎(chǔ)底下一定深度的軟弱土層挖出，回填砂、碎石、素土或灰土等，逐層夯實，便成為承載能力較高的墊層（圖e）。

加固法

用加固法處理地基可分為：①化學(xué)加固法：通過壓力灌注或攪拌混合等措施，使化學(xué)溶液或膠結(jié)劑進入土層，使土粒膠結(jié)。所用漿液主要有：高標(biāo)號硅酸鹽水泥和速凝劑配制成的水泥漿液；以水玻璃為主加氯化鈣配制成的水玻璃漿液；以丙烯酸氨為主的漿液；以重鉻酸鹽木質(zhì)素漿等紙漿液為主的漿液。應(yīng)用較多的是水泥漿液；紙漿液雖加固效果較好，但有毒，會污染地下水。②高壓旋噴法：利用噴射化學(xué)漿液與土?；旌蠑嚢杼幚淼鼗▓Df）。多使用水泥漿液。為防止?jié){液流失，常加入三乙醇胺和氯化鈣等速凝劑。此法還可用于建筑物地基的補強。③硅化加固法：此法是在滲透性較強的土層，利用一定的壓力，把漿液通過下端帶孔的管子注入土中，使土粒膠結(jié)起來。其加固效果同所用的化學(xué)溶液濃度、土壤滲透性和注液壓力有關(guān)。對于滲透系數(shù)每分鐘小于 10-6米的粘性土，壓力注入的硅酸鈉溶液要依靠電滲作用，才能進入土層空隙，這種方法稱為電硅化法。此法加固作用快，工期短，還可用來制止流砂、堵塞泉眼，也可用于加固已建工程。 2100433B

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》（GB5007-2011）7.1.1規(guī)定，軟弱地基系指主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其它高壓縮性土層構(gòu)成的地基。當(dāng)?shù)鼗鶋嚎s層主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其它高壓縮性土層構(gòu)成時應(yīng)按軟弱地基進行設(shè)計。在建筑地基的局部范圍內(nèi)有高壓縮性土層時，亦應(yīng)按局部軟弱土層考慮。

一．臨塑荷載Per和極限承載力Pu

現(xiàn)場荷載試驗表明：地基從開始發(fā)生變形到失去穩(wěn)定的發(fā)展過程，典型的S－P曲線可以分成順序發(fā)生的三個階段，即壓密變形階段（oa）、局部剪損階段（ab）和整體剪切破壞階段（b以后），三個階段之間存在著兩個界限荷載。

第一個界限荷載（臨塑荷載Per）：就是指基礎(chǔ)下的地基中，塑性區(qū)的發(fā)展深度限制在一定范圍內(nèi)時的基礎(chǔ)底面壓力。

當(dāng)P>Per標(biāo)志壓密階段進入局部剪損階段。

第二個界限荷載（極限承載力Pu）：當(dāng)?shù)鼗林杏捎谒苄缘牟粩鄶U大，而形成一個連續(xù)的滑動面時，使得基礎(chǔ)連同地基一起滑動，這時相應(yīng)的基礎(chǔ)底面壓力稱為極限承載力Pu。

當(dāng)P>Pu標(biāo)志著地基土從局部剪損破壞階段進入整體破壞階段，地基喪失穩(wěn)定。

二．豎直荷載下地基的破壞形式

在荷載作用下，建筑物由于承載能力不足而引起的破壞，通常是由于基礎(chǔ)下持力層土的剪切破壞所造成的，而這種剪切破壞的形成一般又可分為整體剪切、局部剪切和沖剪三種。

1．整體剪切破壞的特征：

當(dāng)基礎(chǔ)上的荷載較小時，基礎(chǔ)壓力與沉降的關(guān)系近乎直線變化，此時屬彈性變形階段。

隨著荷載的增大，并達到某一數(shù)值時，首先在基礎(chǔ)邊緣處的土開始出現(xiàn)剪切破壞。

隨著荷載的增大，剪切破壞地區(qū)也相應(yīng)的擴大，此時壓力與沉降關(guān)系呈曲線形狀，屬彈性塑性變形階段。

若荷載繼續(xù)增大，越過b點，則處于塑性破壞階段。

2．局部剪切破壞的特征：

局部剪切破壞的過程與整體剪切破壞相似，破壞也從基礎(chǔ)邊緣下開始，隨著荷載增大，剪切破壞地區(qū)也相應(yīng)地擴大。

區(qū)別：局部剪切破壞時，其壓力與沉降的關(guān)系，從一開始就呈現(xiàn)非線性的變化，并且當(dāng)達到破壞時，均無明顯地出現(xiàn)轉(zhuǎn)折現(xiàn)象。

對于這種情況，常取壓力與沉降曲線上坡度發(fā)生顯著變化的點所對應(yīng)的壓力，作為相應(yīng)的地基承載力。

3．沖剪破壞的特征：

它不是在基礎(chǔ)下出現(xiàn)明顯的連續(xù)滑動面，而是隨著荷載的增加，基礎(chǔ)將隨著土的壓縮近乎垂直向下移動。當(dāng)荷載繼續(xù)增加并達到某數(shù)值時，基礎(chǔ)隨著土的壓縮連續(xù)刺入，最后因基礎(chǔ)側(cè)面附近土的垂直剪切而破壞。

沖剪破壞的壓力與沉降關(guān)系曲線類似局部剪切破壞的情況，也不出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折現(xiàn)象。2100433B