(一)地基与基础概念
1.地基
工程上把受建筑物影响,从而引起其发生物理力学性质、内应力变化的那部分岩体或土体(即承担建筑物传来荷载的岩土体)称为地基。它是基础底面下,承受由基础传来荷载的那一部分岩土层。
建筑物的地基,按其构成的介质不同,分为岩石地基和土层地基。
当地基由两层以上的岩土体组成时,通常将直接与基础接触的岩土层称为持力层;持力层下部的土层则称为下卧层。如果把天然岩土层作为建筑物地基,则此时的地基称为天然地基;如果需要经过人工加固处理后才能作为建筑物地基,则这时的地基称为人工地基。在实际工作中,为节约资金,应尽量利用天然地基。
2.基础
基础是指与地层直接接触的建筑物向地基传递荷载的下部结构。它是建筑物的下部结构;起着把建筑物上部结构的荷载分布开来并传递到地基中去的作用。
(1)基础的形式划分
建筑物的基础有多种形式,按埋置深度不同分为浅基础(埋深≤5m,如:单独基础、条形基础、片筏基础等)和深基础(埋深＞5m,如:桩基础、墩基础、沉井基础、地下连续墙等)。
(2)地基、基础设计要求
建筑物的上部结构与基础、地基三部分虽然功能各异,却构成了一个既相互制约又共同工作的整体。因此,为了保证建筑物的正常使用,地基、基础设计都需要满足两个基本条件:
1)强度条件。即要求作用于地基上的荷载不超过地基承载能力,以保证地基在防止整体失稳方面有足够的安全储备。
2)变形条件。即控制基础沉降,使之不超过容许值。因此,在建筑物设计、施工之前、必须进行场地的勘探工作,是做好地基基础设计与施工的先决条件。
(二)土的组成与分类
在地质勘探工作中,钻探施工的主要对象是岩土。因此,了解岩土的物理力学性质,对确定钻进、取心、钻孔冲洗方法及其护壁措施,正确选用施工机械设备与工艺技术参数,提高钻孔质量、效率,降低钻探成本具有特别重要的意义。
1.土的组成
土是由固相(矿物、岩石碎屑)、液相(水)与气体组成的三相地质集合体。其中:固相是土粒,矿物成分主要有原生矿物,次生矿物和有机质;液相主要是水或水溶液;气相是指存在于孔隙中的气体,由于气体无色且量少,故一般不易看到。土中气体可分为自由气体和封闭气体。
2.土分类
根据其堆积年代、地质成因、颗粒级配或塑性指数等可作如下分类:
1)按堆积年代分为老堆积土、一般堆积土、新近堆积土。
2)据地质成因分为残积土、坡积土、洪积土、淤积土、冰积土和风积土。
3)按有机质含量为无机土、有机质土、泥炭质土和泥炭。
4)按颗粒级配或塑性指数分为碎石土、砂土、粉土和黏性土。碎石土和砂土的划分应符合如表1-2和表1-3所示的规定。
表1-2 碎石分类
表1-3 砂土分类
(三)土的物理、力学性质
1.土的物理性质
土的物理性质是表明物理状态的一些性质;它反映的是土的轻重、干湿和松密。土的基本物理指标、符号、单位、物理意义和计算公式如表1-4所示。
2.土的力学性质
土在外力作用下所表现的性质,称土的力学性质。它主要包括土在稳定荷载(静荷载)作用下的土的渗透性和压缩性以及抗剪性,黏性土的动力压实性以及流变性。这里只介绍土的渗透性、压缩性和抗剪性。
(1)土的渗透性
土的渗透性在水力坡度(水压差)的作用下,水穿过土体的能力。水在土中的渗流有时会使土体发生变形或破坏,这种现象称渗透变形,它包括流土和管涌两大基本类型。
表1-4 土的基本物理指标
(2)土的压缩性
土的压缩性土体在压力作用下,孔隙比会因孔隙中气体或水排除而减少,从而导致土体积的缩小,这种性质称土的压缩性,衡量土的压缩性的指标较多。
(3)土的抗剪强度
单位面积土体在受平行于土体剪切面的作用下,土体产生变形破坏的极限应力称土的抗剪强度,单位为Pa或MPa。
土的抗剪强度可分为:无黏性土的抗剪强度、非饱和黏性土的抗剪强度、饱和黏性土的抗剪强度。
由于土的以上性质主要在地基计算时应用 ,在钻孔(井)施工时一般不关注土的性质,故不作详细介绍。