Text 3 地基与基础

结构荷载由组合恒载和外加荷载组成，它们对结构基础下的土体（地基）施加向下的压力而且反过来土体会(对结构)产生向上的反作用压力。结构实质上（实际上）夹在这些反作用压力中间，结构必须设计得能抵抗结构构件和一般建筑物中的合应力。地基基底必须产生足够的反力使结构稳定以防止结构由于不均匀沉降失稳以及地基的抗剪失效。为了使设计者选择，设计一个适合的基础并画详图，他必须掌握足够地有关结构地基土体特性的数据。这些数据通常从土质勘查报告中得到。

土质勘查。土质勘查在其要求上是专门的，而场地勘查包罗万象，包括诸如地形、现有设施的位置、获取数据的方法以及任何地方规定等要求。土质勘查是通过取样试验或通过外观检查获得关于地基特性和特征数据的手段。实际需要的数据以及合理花费在土质勘查报告上的资金总额将取决于被提议的结构的形式以及设计者对先前了解这一地带特殊场地信息的多少。

土质勘查主要的方法列举如下：

试验坑——基础深度不超过3m的小合同。

钻孔——基础深度在30m的大中合同。

土体分类。土体可依据以下任一种方法进行分类：1. 物理属性；2. 地质成因；3. 化学成分 4. 粒径。

土体的物理特性与它们的粒径密切相关，这二者对基础工程师，建筑师或设计师很重要。所有的土体可分为粗粒土或细粒土，它们特性各不相同。

粗粒土：他们包括沙子和砾石，空隙率较低，干燥时粘结力可忽略不计，强渗透性以及低压缩性，压缩在外荷载刚一作用时马上发生。

细粒土：他们包括粘结性的淤泥和泥土，空隙率高，高粘结性，低渗透性以及高压缩性，压缩在很长一段时间内缓慢发生。

当然，土体在上述两种极端情况之间还可以划分。BS1377研究（针对）实验土的规律并对粒径进行如下划分：

粘土         小于0.002mm

淤泥质土     0.002-0.06mm之间

沙粒         0.06-2mm之间

砾石         2-60mm之间

卵石         60-200mm之间

淤泥、沙子和砾石颗粒还能在上面提到的极值之间依据粒径大小进一步再分为细、中和粗。

土体的抗剪强度。土体能提供的一部分相对于另一部分滑动的抵抗力或其抗剪强度对设计者很重要因为它能用于计算土体的承载能力和挖掘时土体作用于诸如杆件上的压力。土体在荷载作用下的抗剪抵抗力主要依靠其颗粒的结构。如果土体是粒状形态，颗粒间的摩擦阻力随着荷载的增加而增加，从而它的剪力也随着外加荷载的增大而增大。相反的，粘土颗粒(由于粒径小)的摩擦阻力没有增长，因此它的剪力不论外加荷载的大小都将保持不变。过渡土体，比如沙质粘土其剪力通常随外荷载的增加仅有较小的增长。

压缩性。在最终选择基础形式和设计之前，必须确定的土体另一重要的性质就是其压缩性，这里必须考虑两个因素：

1.压缩发生的速率。

2.外荷载作用下压缩的总量。

当涉及无粘结土体比如沙子和砾石时，它们的压缩将与建筑物施工保持一致，因此，当结构完工后土体不会再产生沉降，如果它的状态保持不变的话。当荷载作用下水或空气从空隙中排出且土颗粒发生自然重组时，土就被压缩了。粘性土的空隙常常处于水饱和状态，它自身几乎是不可压缩的，因此，仅有当水从空隙中流走时，土体才能被压缩，从而土颗粒发生沉降。粘性土中水从空隙中排出,但是其速率很低，主要是由于水在土体的板状（盘状）颗粒间流动时，颗粒提供了抵抗力。土的这种逐渐的压缩运动称为固结。均匀沉降通常不会引起结构破坏，但是，不均匀沉降会使结构累进破坏。

基础类型。有许多关于基础分类的方法，但是，最常用的方法是将基础分为四种基本类型：

1. 条形基础——特别是在民用建筑中的轻载。有时可以在钢筋混凝土条形基础上建立较重的荷载。

2. 筏板基础——轻型荷载，低承载土和具有地下室层的结构的平均荷载。

3. 独立基础——框架结构以及支撑门式框架结构柱常采用的基础类型

4. 桩基础——荷载必须传给地面以下一定深度的结构常采用的基础类型。