基础与地质

如题所述

(一)承重话地基

随着楼房高度的日渐升高,对地基的要求也日益严格。人类早期的住房只是泥墙、草顶,对地基几乎没有其他更高的要求,一般的泥地就能支撑起其上的负荷,毋需处理。一两层高砖木结构的住房,其地基就需夯实,未经处理的“虚土”遇水会引发地基下沉,所以需人工夯实。同时墙基要比墙体更宽,以增大受压面积,减小压强,保持地基的稳定性。一般要求用大的块石做墙体下部,上面再砌砖墙。

封建时代高层建筑的佛塔,一般高度是三层、五层、九层、十一层。墙体的承重是民居的几倍到十几倍。此时对地基要求就更高了,一般深挖到地下2米以上,塔底也常留有地下室(称地宫),通常是密封不住人,以保存高档法器,乃至佛祖的“舍利子”。

山西应县的木塔,其基础是巨大的石砌平台,它是将地下的基础移到地表以上的一种形式。木塔高67.3米,基础是两层各高2米的八角平台,第一层由石条构成,第二层是砖体结构,顶板用石条作塔体墙柱的直接底板。下层底直径50余米,上层直径30余米,塔身第一层直径30余米。正因为有了如此宽实的地基,所以从辽代清宁二年建起,至今已有千余年历史,经历多次5~6级地震,至今仍巍然屹立,成为世界上最高的木塔。据估计,木塔所用木料总共1万立方米,总重达7400吨。

应县木塔

应县木塔是建立在桑干河的二级阶地上,属松散的河流堆积砂砾层和土层。当然,作为地基的水成黄土要比风成黄土瓷实,因为它在水中沉积压实,其孔隙度远比风成黄土少,近似于人工夯实的黄土。山西省不少水库大坝就是用水沉法填起,通常是在坝体两端或一端黄土中用水冲刷,使黄土流下进入坝体(两侧先筑土堤),等晾干再逐层加高成坝。

全木结构的塔,用柱、梁、斗、拱为基本架构,附加柱、额、檐、门、窗。它们相互支撑,自下而上层层内缩,呈下大上小的稳定体。这种结构稳定性十分好,远比层层砖体垒叠要稳定。因此,应县木塔比永济的莺莺塔(西厢记中)那种墙体厚达2米多的砖结构的砖塔要坚固。莺莺塔是建在黄土丘陵上,相当于建在风成黄土之上,所以在明嘉靖三十四年(1555)的地震中轰然倒下,8年后重建。今为四方形十三层空心(人可登临)砖塔,高40米。

近代的高层建筑,其地基均需经过工程勘探,以了解地基的构成与结构特点,有无孔穴,同时还要进行测试其承载力、湿陷性等的试验,以探求和确定地基的处理方案。

地基勘探的深度与建筑物的高度成正向关系,建筑物愈高,勘探深度越大,需要加固处理的地基深度也就越大。只有详细了解基底的结构、构造和性质,才能正确采用基础工程的架构及规格。近代多用水泥灌注桩法,即用一定网度密集的深几十米、粗1~2米的水泥桩,深深贯入砂土层中,使整座楼房像建在统一又坚固的巨大水泥体上一样。20世纪初,上海高层洋房采用打木桩法,高几十米巨大木柱一根根地深入地下,以加固地下软泥层。新中国成立初,北京中苏大厦(今北京展览馆)则采用巨大沉箱法做基础,即用钢筋水泥浇铸成一巨型箱体,房屋建在此箱体之上。20世纪70~80年代,将钢筋水泥柱用打桩机的锤击法,将其打入地下,直到20世纪90年代,才采用钻孔浇注法,在钻好的深孔中浇入钢筋混凝土成桩。

近代山西居民住宅,一般用钢筋混凝土浇筑墙基,像太原—晋中盆地的抗震设防强度是八级地震区,六层高的住宅楼,用4米深的地基,即地下室一层之下还有2米深的地基,以保证住房在八级地震中不致倾斜。

(二)地基勘探浅说

1.文物勘探

山西是华夏民族的发祥地,地下文物资源丰富,所以建筑施工前,首先要对地下文物资源进行勘查,探明地下是否有文物遗存。

洛阳铲原是河南洛阳一带盗墓人的专用工具,用以探求墓穴的结构、墓室大小及有无,以利安排盗穴方位、深度。它小巧轻便,新中国成立后成为文物勘探的工具,后来也多用于土壤地球化学勘查、地基勘查等。洛阳铲是在木杆的前端套上半管状铲头,靠自然重力或人为加力由地表向地下逐层切割土层,并将铲内保持的土层一层一层取出并做好记录。考古人员通过观察取出土壤的结构来判断其是原生土还是人工填埋土,一旦发现带出的土是经过后期人为扰动的填埋土,就需挖土方至埋土层中,以寻找有无文物、墓穴等,并进行田野考古,使千年文物重见天日。

文物勘探一般要求钻孔间隔1~2米,深4~5米,勘察面积比施工区面积稍大。文物勘探布井是在挖出的地基平面上布置勘探孔,以系统探测地下的文物资源,其主要目的是探测是否有古墓,当然最好能探出不同文化期的民居。文化期是指人类早期历史上大体划分的历史断代,各地文化期名称不同,如中原地区,自下而上有裴李岗文化(河南新郑裴李岗考古点命名),大约距今7000~8000年到距今5000~6000年之间;仰韶文化,以河南渑池县仰韶考古点命名,又称红陶、彩陶文化,距今5000~6000年。龙山文化,以山东历城龙山镇考古点命名,又称黑陶文化,距今4000~5000年。这些文化层之后即为夏商周历史断代,而毋需用文化层来表达。

2.地基勘探

本节叙述的是民用住房勘探,与大型工程勘探是不同的。大型工程如铁路、公路、港口、机场、水库坝址、核电厂、航天发射场等,这类工程规模越大,工程地质精度要求就超高。所以必须从面上基础地质调查入手,首先用大比例尺区域地质调查、水文地质调查、工程地质调查,随后用先进的勘察手段,如人工地震法、大地电测量法、航空重力测量、磁法测量、重力剖面测量等手段,以了解地壳结构、岩石分布、深部断裂、隐伏断裂等特征。最后才采用钻探工程,用钻探手段拟打孔、提取岩芯,通过对地下不同岩石做各种岩石或土层的强度测试,如岩石的抗压强度、抗剪强度、孔隙度、密度等。总之,从宏观到微观均需做多种物性调查与测试。

一般而言,与大型工程相比,地基勘探仅是一个点上的勘探,虽然像摩天高楼这类宏伟的建筑对地基要求也很严,但也没有必要进行大面积的面状或线状地质调查,直接用钻探拟打孔提取岩芯,然后对相邻地段只打孔,不取岩芯,用放射性、电法、磁法等方法进行测井,所取得的资料与周围已取岩芯钻孔进行对比,即可获得房基各点详细的岩石物性数据。之后按公式计算地基不同部位全部承重数据,求得地基桩柱的密度、深度、柱体直径以及各种力学强度。之后再决定地基类型、结构构造形式、钢筋力学参数及规格、水泥标号等具体设计图。

“高楼万丈平地起”,这个“平地”不是把地面铲平、填平那么简单,而是包含一系列工程步骤、施工顺序,在获取严格的工程数据后,做出严密的工程图件,采取慎重的工程手段,才能保证“平地”符合盖高楼的要求。所以才有了工程地质这一专门学科。住房与地质也就有了直接的联系。

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