任何建筑物都建造在一定的地层上,通常,把直接承受建筑物荷载影响的地层称为地基,如图1．1所示.其宽度范围是基础宽度(“宽度”一词是指基础底面尺寸的短边)的1．5~5倍,其深度范围为基础宽度的1．5~3倍,视基础的形状与荷载而异.从理论上讲,基础荷载可以传到很深与很宽范围内的土层上.由于在远处其产生的土中应力,与土自重相比很小且不足以产生工程上有影响的土的变形,因此,在实用上可以忽略这些地方,也就不将这些应力与变形很小的地方包含在“地基”一词的含义之内.
未加处理就可满足设计要求的地基称为天然地基.软弱、承载力不能满足设计要求,需要对其进行加固处理的(例如,采用换土垫层、深层密实、排水固结、化学加固、加筋土技术等方法进行处理)地基,则称为人工地基.
基础是将建筑物承受的各种荷载传递到地基上的实体结构.房屋建筑及附属构筑物通常由上部结构及基础两大部分组成,基础是指室内地面标高(±0．000)以下的结构.带有地下室的房屋,地下室和基础统称为地下结构或下部结构.基础应埋入地下一定的深度,进入较好的地层.根据基础的埋置深度不同可分为浅基础和深基础.埋置深度不大(一般浅于5m)的基础称为浅基础;反之,若浅层土质不良,须将基础埋至于较深的良好土层,采用专门的施工方法和机具建造的基础称为深基础.
图1．1 地基与基础示意图(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为土层顺序号)
基础工程既是结构工程中的一部分,又是相对独立的.基础工程设计必须满足以下四个基本条件:
(1)地基强度要求:作用于地基上的荷载不得超过地基承载能力,保证地基不因地基土承受应力超过其强度而破坏,具有足够的安全储备.
(2)变形要求:基础沉降不得超过地基变形允许值,保证建筑物不因地基变形而损坏或影响其正常使用.
(3)稳定性要求:地基基础保证具有足够防止失稳破坏的安全储备.
(4)结构强度等要求:基础结构自身必须满足强度、刚度和耐久性方面的要求.
基础工程勘察、设计和施工质量的好坏将直接影响建筑物的安危、经济和正常使用.基础工程施工常在地下或水下进行,往往需挡土、挡水,施工难度大.在一般高层建筑中,其造价约占总造价的25％,工期占25％~30％.若需采用深基础或人工地基,其造价和工期所占比例更大.
另外,基础工程为隐蔽工程,是建筑物的根本.基础设计和质量直接关系着建筑物的安危.大量实例表明,建筑物发生的事故,很多与基础问题有关.基础一旦发生事故,补救很困难,有时甚至必须爆破重建.
如图1．2所示,1913年建造的加拿大特朗斯康谷仓,由65个圆柱形筒仓组成,高31m,宽23．5m,采用了筏形基础.建成后储存谷物时,谷仓西侧突然陷入土中8．8m,东侧抬高1．5m,仓身整体倾斜26°53′,地基发生整体滑动,丧失稳定性.事后发现基础下埋藏有厚达16m的软黏土层,储存谷物后,使基底平均压力超过了地基的极限承载能力.因谷仓整体性很强,筒仓完好无损.在筒仓下增设70多个支承于基岩上的混凝土墩,用了388个50t的千斤顶才将其逐步纠正,但标高比原来降低了4m.
图1．2 加拿大特朗斯康谷仓地基破坏情况
如图1．3所示,2009年6月,上海的一栋竣工未交付使用的高楼整体倒覆.该栋楼整体朝南侧倒下,13层的楼房在倒塌中并未完全粉碎,楼房底部原本应深入地下的数十根混凝土管桩被“整齐”地折断后裸露在外.事发楼房附近有过两次堆土施工,第二次堆土是造成楼房倒覆的主要原因.事发楼盘前方开挖基坑,土方紧贴建筑物堆积在楼房北侧,堆土在6天内即高达10m.土方在短时间内快速堆积,产生了3000t左右的侧向力,加之楼房前方由于开挖基坑出现临空面,导致楼房产生10cm左右的位移,对PHC桩产生很大的偏心弯矩,最终破坏桩基,引起楼房整体倒覆.
图1．3 上海一栋高楼因桩基破坏倾覆
大量事故充分表明,必须慎重对待基础工程.只有深入地了解地基情况,掌握勘察资料,进行精心设计与施工,才能保证基础工程经济合理、安全可靠.
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