8土力学与地基基础

1、工程地址勘察姜 昆 第八章 地基 勘 察概 述 地基勘察的目的在于以各种勘察手段和方法，调查研究和分析评价建筑场地和地基的工程地质条件，为设计和施工提供所需的工程地质资料。 认识场地的地质条件，分析它与建筑物之间的相互影响， 这是地基勘察和评价的任务。建筑场地的工程地质条件一般包括：岩土的类型及其工程性质、 地质构造、 地形地 貌、水文地质条件、不良地质现象和可资利用的天然建筑材料等。 对于不同地区，场地的工程地质条件可能有很大差别。由于不同地区工程地质条件在性质上、主次关系配合上的不同，其勘察任务、勘察手 段和评价内容也随之而异。针对工业与民用建筑的需要，本章仅对地质构造、地形地貌、水文 地

2、质条件略加阐述，着重系统介绍建筑物地墓勘察的任务、内容和方法以及地基勘察报告。 地球形状大小的主要数据如下： 赤道半径（A）6378.16公里 两极半径（C）6356.755公里 扁率（A C）A =1298.25 赤道周长40075.24公里 子午线周长40008.08公里 表面积510070100平方公里 体积1083157900000立方公里 地核是以古腾堡面为顶界面直到地心的地球中心部分，其厚度约3473公里，占地球总体积16.3，占总质量约l3。根据地震波速度变化情况可将地核分为外核、过渡层和内核三部分。其物质组成推测为铁、镍为主，并含少量硫、硅元素。1）山地 山地是指绝对海拔高程较

3、高（大于500米）、地形起伏较大、相对高程在200米以上的地区。一般海拔5001000米为低山，10003500米为中山，大于3500米者为高山。山体呈线状分布的山地称山脉，如福建的武夷山脉、新疆的天山山脉。 丘陵指有一定起伏的低矮地区，一般海拔在500米之下，相对高差不超过200米，地形特征介于山地和平原之间。如福建大部分地区属于丘陵地形。丘陵是山地经过外力地质作用长期剥蚀切割而成的外貌低矮平缓的起伏地形。 丘陵地区的基岩般埋藏较浅。丘顶裸露，岩石风化严重，有时表层为残积物所覆盖，谷底则往往堆积有较厚的洪积物或坡积物，边缘地带则常堆积有结构疏松的新近坡积物。在丘陵 地区的挖方 平原指面积较大

4、、地势平坦或略有起伏的地区。其海拔小于200米，内部相对起伏（高差）不超过数十米。如我国华北平原、长江中下游平原。典型的平原多为冲积平原，；还有一些少数不很典型的平原，其上面松散沉积物层较薄，许多基岩直接出露，这些地区不像冲积平原那样平，常有低丘，如福建沿海小平原。原是高度变化微小，表面平坦或者只有轻微波状起伏的地区。在我国东部地区，大 河流的中下游，河谷非常开阔，沉积作用叶分强烈，每当雨季，洪水溢出河床，淹没河床以外的广大面积，沉积细小的物质，形成一片广阔的冲积平原。冲积平原的基岩般埋藏 较深，第四纪沉积层很厚，其中细颗粒的含量大，地下水位高，地基土的承载力较低。但由于地形平坦，地层常较均匀

5、，所以一般常选作建筑场地。在冲积平原上，凡是地形比较低洼或水草茂盛的地段，可能是过去的河漫滩， 湖泊或牛轭湖， 常分布有较厚的带状淤泥，对工程建设不利。高原是海拔高度较大（大于600米）、表面较为平坦或略有一定的起伏的广阔地区。世界著名的有青藏高原、蒙古高原、巴西高原等裂谷 大陆上有些宏伟的线状低洼谷地，这是地壳上被拉张而裂开的地区。平面呈近90或更大角度的“之”字型曲折延伸，且常有分枝、合并的现象。这类谷地称为裂谷或裂谷系统。它宽3050公里或更宽，两壁或一壁多为陡峭的断崖，中间为低凹下陷的谷地。世界最著名的裂谷是东非大裂谷。海底表面的形态特征海底面积占地表71，它具有比大陆更广阔更年轻的平

6、原，也有更为险峻更宏伟的的山脊和海沟。根据海底地形的基本单元特征，可以将海底分为海岭、海沟、大洋盆地、大陆边缘等地形单元。 海底表面的形态特征1）海岭（Range）（2）海沟（Trench）（3）大洋盆地（Oceon Basin） （4）海山（Seamount）（5）大陆边缘（6）大陆架（Continental Shelf）（7）大陆坡（Continental Slope）（8）大陆基（Continental Rise）场地的地形地貌特征是勘察中最初判别建筑场地复杂程度的重要依据，对建筑物的布局及各种建筑物的型式、规模，以及施工条件也有直接影响，并在很大程度上决定着勘察的工作方法和工作量 地形

7、指的是地表形态的外部特征，如高低起伏、坡度大小和空间分布等。但是，如果研究地形形成的地质原因和年代，及其在漫长的地质历史中不断演化的过程和将来的发展趋势，那么，这种从地质学和地理学观点考察的地表形态就叫做地貌。 在岩土工程勘察中，常按地形的成因类型，形态类型等进行地貌单元的划分。 水文地质条件 存在于地面下土和岩石的孔隙，裂隙或溶洞中的水叫做地下水。 般说来，建筑场地的水文地质条件主要包括地下水的埋藏条件，地下水位及其动态变化，地下水化学成分及其对混凝土的腐蚀性等。 一、地下水的埋藏条件 地下水按其埋酪条件，可分为；上层滞水、潜水和承压水三种类型(图55) 1上层滞水：是指埋藏在地表浅处，局部

8、隔水透镜体的L郎， 且具有自由水面的地下水。它的分布范围有限，其来源主要是由大气降水补给。因此，它的动态变化与气候隔水透镜体厚度及分布范围等因素有关。 2潜水：埋藏在地表以下第一个稳定隔水层以上的具有自由水面的地下水称为潜水。 潜水一般埋藏在第四纪沉积层及基岩的风比层中。 地基勘察的任务和内容 一、地基勘察与岩土工程等级的关系 地基勘察任务和内容的确定和勘察的详细程度与工作方法的选择，与建筑场地、地基岩土性质及建筑物条件有关。在地质条件复杂 地区，对场地的地质构造、不良地质现象、地震烈度、特殊土类等必须查明其分布及危害程度。 不同安全等级的建筑物对勘察工作的要求不同。 岩土工程勘察规范结合建筑

9、地基基础设计规范的建筑物安全等级划分，按照下列三方面条件，将岩土工程划分为三个等级。其中以一级岩土工程的自然条件最为复 杂，技术要求的难度最高，工作环境最不利。现将划分的条件筛此介绍如下： 1场地条件：包括抗震设防烈度和可能发生的震害异常、不止地质作用的存在和人类 对场地地质环境的破坏，地貌特征以及获得当地已有建筑经验和资料的可能性， 2地基土质条件：指是否存在极软弱的或非均质的需要采取特别处理措施的地层、极不稳定的地基或需要进行专门分析和研究的特殊土类，对可借鉴的成功建筑经验是否仍需进行地基土的补充性验证工作， 3工程条件：建筑物的安全等级、建筑类型(超高层建筑、公共建筑、工业厂房等)、建筑

10、物的重要性具有重大意义和影响的、或属于纪念性、艺术性、附属性或补充性的建筑物)、基础工程的特殊性(进行深基开挖、超长桩基、精密设备或有特殊工艺要求的基础、高填斜坡、高挡墙、基础托换或补强工程)。 岩土工程的等级划分(具体规定详见规范)，有利于对岩土工程各个工作环节按等级区别对待，确保工程质量初安全。因此它也是确定各个勘察阶段中的工作内容、方法及详细程度所应遵循的准绳。 工业与民用建筑工程的设计分为场址选择、初步设计和施工图三个阶段。为了提供各设计阶段所需的工程地质资料，勘察工作也相应分为选址勘察、初步勘察和详细勘察三个阶段。对于地质条件复杂或有特殊施工要求的重大建筑物地基，尚应进行施工勘察。

11、二、选址勘察基本要求 选址勘察的目的是为了取得几个场址方案的主要工程地质资料，对拟选场地的稳定性 和适宜性作出工程地质评价和方案比较。 选择场址时，应进行技术经济分析，一般情况下宜避开下列工程地质条件恶劣的地区 或地段：不良地质现象发育且对建筑物构成直接危害或潜在威胁的场地，设计地震烈度为8度或9度的发震断裂带，受洪水威胁或地下水的不利影响严重的场地，在可开采的地下矿床或矿区的木稳定采空区上的场地。 选址阶段的勘察工作，主要侧重于搜集和分析区域地质、地形地拉、地震、矿产和附近地区的工程地质资料及当地的建筑经验，并在搜集和分析已有资料的基础上，抓住主要问题，通过踏勘， 了解场地的地层岩性、地质构

12、造，岩石和土的性质、地下水情况以及不良地质现象等工程地质条件。搜集的资料不满足要求或工程地质条件复杂时，也可以进行工程地质测绘并辅以必要的勘探工作。 三、初步勘察基本要求 初勘时勘探线的布置应垂直于地貌单元边界线、地初勘的任务之一就在于查明建筑场地不良地质现象的戍因，分布范围、危害程度及其发展趋势，以便使场地内主要建筑物(如工业主厂房)的布置避开不良地质现象发育的地段，确定建筑总平面布置。 初勘的任务还在于初步查明地层及其构造、岩石和土的物理力学性质、地下水埋藏条件以及土的冻结深度，为主要建筑物的地基基础方案以及对不良地质现象的防治为主，必要时可以补充些物探和工程地质测绘及调查工作。 详勘勘探

13、孔深度以能控制地基主要受力层为原则。 取试样和进行原位测试的井、孔数量，应按地基土层的均匀性、代表性和设计要求确定，一般占勘探孔总数的12至23，且每个场地不少于23个。 五、勘察任务书 在勘察工作开始之前，设计和兴建单位应按工程要求把“地基勘察任务书”提交受委托的勘察单位，以便制订勘察工作计划。 8-6 地基勘察的方法 一、工程地质测绘与调查 工程地质测绘与调查的目的是通过对场地的地形地貌、地层岩性、地质构造、地下水与地表水，不良地质现象进行调查研究与必要的测绘工作 (一)坑探 坑探是在建筑场地挖探井(槽)以取得直观资料和原状土样，这是一种不必使用专门机具的一种常用的勘探方法。 探井见图51

14、1(a)的平面形状一般采用15mx 1om的矩形或直径为081om的圆形，其深度视地层的土质和地下水埋藏深度等条件而定，一般为23m (二)钻探 钻探是用钻机在地层中钻孔，以鉴别和划分地层，并可沿孔深取样，用以测定岩石和土层的物理力学性质，此外，土的某些性质也可直接在孔内进行原位测试。 钻机一般分回转式与冲击式两种。 场地内布置的钻孔，一般分技术孔和鉴别孔两类。在技术孔中按不同的土层和深度采取原状土样。原状土样的采取常用取土器。 钻探时，按不同土质条件，常分别采用击入或压入取土器两种方式在钻孔中取得原状土样。 （三)触探 触探是通过探杆用静力或动力将金属探头贯入：上层，并量测各层土对触探头的贯

15、入阻力大小的-指标，从而间接地判断土层及其性质的一类勘探方法和原位测试技术。 1。静力触探 静力触探借静压力将触探头压人土层，利用电测技术测得贯入阻力来判定土的力学性质。 常用的静力触探仪可分为机械式和油压式两类；油压式静力触探仪的主要组成部分如图512所示。 静力触探设备中的核心部分是触探头。触探杆将探头匀速页入土层时，一方面引起尖锥以下局部土层的压缩，于是产生了作用于尖锥的阻力。另一方面又在孔壁周围形成一圈挤实层，从而导致作用于探头侧壁的摩阻力。探头的这两种阻力是土的力学性质的综合反映。 探头按其结构可分为单桥和双桥两类。 在现场实测以后进行触探资料整理工作。为了直观地反映勘探深度范围内土

16、层的力学性质，可绘制深度(z)与各种阻力的关系曲线图 515绘出用双桥探头测得的有关曲线。 根据静力触探资料可间接地按地区性的经验关系估算 土的承载力、压缩性指标和单桩承载力等。 2动力触探 动力触探般是将一定质量的穿心锤，以一定的高度(落距)自由下落，将探头贯人土中，然后记录贯入一定深度所需的锤击次数，井以此判断土的性质。 试验时，将质量为635kg的穿心锤以76cm的落距自由下落，将贯入器垂直打入土层中15cm(此时不计锤击数)；以后打人土层30cm的锤击数，即为 实测的锤击数N，然后拔出贯入器，取出其中的土样进行鉴别描述。 8 地基勘察报告书一、勘察报告书的编制 地基勘察的最终成果是以报

17、告书的形式提出的。勘察工作结束后，把取得的野外工作和室内试验的记录和数据以及搜集到的各种直接和间接资料分析控理、检查校对、归纳总结后作出建筑场地的工程地质评价。这些内容， 最后以简要明确的文字和图表编成报告书。 勘察报告书的编制必须配合相应的勘察阶段，针对。 所附的图表可以是下列几种：勘探点平面布置图，工程地质剖面图，地质柱状图或综 合地质柱状图，土工试验成果表，其它测试成果图表(如现场载荷试验、标准贯入试验、 静力触探试验、旁压试验等)。场地的地质条件和建筑物的性质、规模以及设计和施工的要求，提出选择地基基础方案的依据和设计计算数据，指出存在的问题以及解决问题的途径和办法。一个单项工程的勘察

18、报告书一般包括下列内容： 1任务要求及勘察工作概况， 2场地位置、地形地貌、地质构造、不良地质现象及地震设计烈度， 3，场地的地层分布，岩石和土的均匀性、物理力学性质、地基承载力和其它设计计算指标， 4地下水的埋藏条件和腐蚀性以及土层的冻结深度； 5对建筑场地及地基进行综合的工程地质评价，对场地的稳定性和适宜性作出结论， 指出存在的问题和提出有关地基基础方案的建议。 所附的图表可以是下列几种：勘探点平面布置图，工程地质剖面图，地质柱状图或综 合地质柱状图，土工试验成果表，其它测试成果图表(如现场载荷试验、标准贯入试验、 静力触探试验、旁压试验等)。二、勘察报告的阅读与使用 为了充分发挥勘察报告

19、在设计和施工工作中的作用，必须重视对勘察报告的阅读和使用阅读勘察报旨应该熟悉勘察报告的主要内容，了解勘察结沦和岩土参数的可靠程度，进而判断报告中的建议对该项工程的适用性，从而正确地使用勘察报告。 这里，须把场地的工程地质条件与拟建建筑物具体情况和要求联系起来进行综合分析，既要从场地工程地质条件出发进行设计施工，也要在设计施工中发挥主观能动性，充分利用有利的工程地质条件。 根据梦溪笔谈记载，北宋初著名木工喻皓（公元989年）在建造开封开宝寺木塔时，考虑到当地多西北风，便特意使建于饱和土上的塔身稍向西北倾斜，设想在风力的长期断续作用下可以渐趋复正。可见在当时的工匠已考虑到建筑物地基的沉降问题了。而

20、作为本学科理论基础的土力学的发端，始于十八世纪兴起了工业革命的欧洲。随着资本主义工业化的发展，为了满足向国内外扩张市场的需要，陆上交通进入了所谓铁路时代，因此，最初有关土力学的个别理论多与解决铁路路基问题有关。我国学者黄文熙：土的强度与变形、本构关系； 陈宗基：土的微观结构与流变； 钱家欢：在土的流变、土工抗震方面有不少研究； 沈珠江： 2000年出版理论土力学，研究发展软土本构关系。 加拿大特朗斯康谷仓的地基事故 美国纽约某水泥仓库 意大利比萨斜塔 苏州市虎丘塔 上海展览中心馆 匈牙利一码头建筑物墙体开裂 墨西哥市艺术宫 天津市人民会堂办公楼墙体开裂 南京分析仪器厂职工住宅基础开裂 南京江南

21、水泥厂土坡滑动 香港宝城大厦土坡滑动 盘锦市房屋冻胀开裂 该谷仓平面呈矩形，南北向长59.44m，东西向宽23.47m，高31.00m，容积36368立方米，容仓为圆筒仓，每排13个圆仓，5排共计65个圆筒仓。谷仓基础为钢筋混凝土筏板基础，厚度61cm，埋深3.66m。谷仓于1911年动工，1913年完工，空仓自重20000T，相当于装满谷物后满载总重量的42.5%。加拿大特朗斯康谷仓的地基事故 1913年9月装谷物，10月17日当谷仓已装了31822 谷物时，发现1小时内竖向沉降达30.5cm，结构物向西倾斜，并在24小时内谷仓倾斜，倾斜度离垂线达2653，谷仓西端下沉7.32m，东端上抬1

22、.52m，上部钢筋混凝土筒仓坚如磐石。谷仓地基土事先未进行调查研究，据邻近结构物基槽开挖试验结果，计算地基承载力为352kPa，应用到此谷仓。 1952年经勘察试验与计算，谷仓地基实际承载力为（193.8-276.6）kPa，远小于谷仓破坏时发生的压力329.4kPa，因此，谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动。 事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388个50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。 该水泥仓库是近代世界上最严重的建筑物破坏事例之一，这座水泥仓库位于纽约市汉森河旁，水泥仓库呈圆筒形，高约 21m，仓库直径13m，一排圆筒仓库下部的基础为整

23、块筏板基础，埋深2.8m。1940年水泥仓库装载水泥，使粘土地基超载，引起地基土剪切破坏而滑动，水泥筒仓倾斜呈45，地基土被挤出地面高达5.18 m，与此同时，离筒仓净距23m以外的办公楼受地基滑动影响，也发生了倾斜。美国纽约某水泥仓库 这是举世闻名的建筑物倾斜的典型实例。 该塔自1173年9月8日动工，至1178年建至第4层中部，高度约29m时，因塔明显倾斜而停工。94年后，于1272年复工，经6年时间，建完第7层，高48m，再次停工中断82年。于1360年再复工，至1370年竣工，全塔共8层，高度为55m。塔身呈圆筒形，16层由优质大理石砌成，顶部78层采用砖和轻石料。意大利比萨斜塔 塔身

24、每层都有精美的圆柱与花纹图案，是一座宏伟而精致的艺术品。1590年伽利略在此塔做落体实验，创建了物理学上著名的落体定律。斜塔成为世界上最珍贵的历史文物，吸引无数世界各地游客。全塔总重约145MN，基础底面平均压力约50kPa。地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层。目前塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m，塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5，成为危险建筑。1990年1月4日被封闭。除加固塔身外，用压重法和取土法进行地基处理。目前已向游人开放。 此塔位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年，（公元961年），距今已有1036年悠久历史。全塔7层，高47.5m。塔的平面呈八角形，由外壁、回廊

25、与塔心三部分组成。塔身全部青砖砌筑，外形仿楼阁式木塔，每层都有8个壶门，拐角处的砖特制成圆弧形，建筑精美。1961年3月4日，国务院将此塔列为全国重点保护文物。苏州市虎丘塔 80年代，塔身已向东北方向严重倾斜，不仅塔顶离中心线已达2.31m，而且底层塔身发生不少裂缝，东北方向为竖直裂缝，西南方向为水平裂缝，成为危险建筑而封闭。在国家文物管理局和苏州市人民政府领导下，召开多次专家会议，采取在塔四周建造一圈桩排式地下连续墙并对塔周围与塔基进行钻孔注浆和树根桩加固塔身，由上海市特种基础工程研究所承担施工，获得成功。 2、建筑地基严重下沉 上海展览中心馆原称上海工业展览馆，位于上海市区延安中路北侧。展

26、览馆中央大厅为框架结构，箱形基础，展览馆两翼采用条形基础。箱形基础为两层，埋深7.27m。箱基顶面至中央大厅顶部塔尖，总高96.63m。地基为高压缩性淤泥质软土。展览馆于1954年5月开工，当年底实测地基平均沉降量为60cm。 1957年6月，中央大厅四周的沉降量最大达146.55cm，最小为122.8cm。到1979年，累计平均沉降量为160cm，从1957年至1979年共22年的沉降量仅20cm左右，不及1954年下半年沉降量的一半，说明沉降已趋向稳定。但由于地基严重下沉，不仅使散水倒坡，而且建筑物内外连接的水、暖、电管道断裂，都付出了相当的代价。 墨西哥国家首都墨西哥市艺术宫，是一座巨型

27、的具有纪念性的早期建筑。此艺术宫于1904年落成，至今已有90余年的历史。该市处于四面环山的盆地中，古代原是一个大湖泊。因周围火山喷发的火山灰沉积和湖水蒸发，经漫长年代，湖水干涸形成目前的盆地当地表层为人工填土与砂夹卵石硬壳层，厚度5m，其下为超高压缩性淤泥，天然孔隙比高达7-12，天然含水量高达150%-600%，为世界罕见的软弱土，层厚达25m。因此，这座艺术宫严重下沉，沉降量高达4m，临近的公路下沉2m，公路路面至艺术宫门前高差达2m。参观者需步下9级台阶，才能从公路进入艺术宫。 。建筑物墙体开裂 匈牙利达纳畔特码头，位于多瑙河一座岛上的斜岸上。建筑物包括一个仓库和几个车间，宽约24m，

28、高6m，为单层框架结构，建于1952年。设计采用圆柱形独立基础，基础上置钢筋混凝土连续梁，承受外墙荷重。建筑物内墙采用条形基础，工程建成不久，所有内隔墙都严重开裂。 地基表层为人工填土，厚约3.8m；第二层为细砂与有机粉土，厚约1.7m；第三层为密实粗砂层。上述建筑物外墙下独立基础埋深6.5m，基底面为粗砂层，沉降量很小。而内墙的条形基础埋深仅0.8m，位于人工填土层，沉降量大，显然，一幢建筑物采用两类不同基础，埋深相差悬殊，持力层土质压缩性高低相差悬殊，引起严重的不均匀沉降，导致墙体严重开裂事故。 天津市人民会堂办公楼墙体开裂 此办公楼东西向7个开间，长约27m，南北向宽约5m，高约5.6m

29、，为两层楼房。工程建成，使用正常。1984年7月，在办公楼西侧，新建天津市科学会堂学术楼。此学术楼东西向8个开间，长约34m，南北宽约18m，高约22m，为6层大楼。两楼外墙净距仅30cm。当年年底，人民会堂办公楼西侧北墙发现裂缝，此后，裂缝不断加长加宽，开裂宽度超过10cm，长度超过6m。分析原因是由于新建天津市科学会堂学术楼的附加应力扩散至原有人民会堂办公楼西侧软弱地基，引起严重下沉所致。盘锦市房屋冻胀开裂 该市位于辽宁省中部，锦州市以东，辽河北岸。当地表层为粘土与粉质粘土，厚度3.0m5.0m，第二层为灰色淤泥质粉砂，很厚。地下水位仅0.5m2.0m，属强冻胀土。盘锦市冬季寒冷，标准冻深

30、为1.1m。因下卧层软弱，一般房屋基础浅埋为0.7m0.9m。小于冻深又无技术措施，造成冻胀而使墙体开裂。建筑物基础开裂该住宅位于南京市西部秦淮河以南太平南路西一新村，住宅楼东西向长37.64m，南北向宽8.94m，5层，建筑面积1721平方米 ，建筑场地地表为杂填土，较厚，设计采用无埋式筏板基础。1977年12月开工，次年5月住宅楼主体工程施工至第5层时，于5月13日发现东起第五开间中部钢筋混凝土筏板基础南北向断裂。5月15日工程停工。南京分析仪器厂职工住宅基础开裂 经重新勘察和调查，当地原为一个大水塘，南北长70m，东西宽40m-50m。附近的饭店、茶炉、浴室用稻壳作燃料，烧烬的稻壳灰倾倒此塘，经几十年填平。1972年曾作烧砖场，1977年初整