这是一个非常好的工程地质问题。密实、稳定、承载力高、压缩性低的土层最适宜作为天然地基。

但这只是一个笼统的描述,在工程实践中,我们需要根据具体的土层类型和性质来判断,下面我将从“理想选择”到“应避免选择”的顺序,为您详细解析各类土层。
最理想的天然地基土层(首选)
这些土层通常强度高、变形小,是工程师们梦寐以求的地基。
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坚硬的岩石
- 特点:如花岗岩、石灰岩、砂岩、片麻岩等,强度极高,压缩性几乎为零,非常稳定。
- 优点:承载力极高,几乎可以承受任何类型的建筑物,沉降量极小且均匀。
- 适用:高层建筑、重型厂房、桥梁等所有重要工程,如果基岩埋深较浅,是最好的选择。
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密实的碎石土和砾石土
(图片来源网络,侵删)- 特点:颗粒粗大,颗粒间孔隙大,但由砂、土等细颗粒填充得很密实。
- 优点:承载力高,压缩性低,透水性好,地基稳定性好。
- 适用:非常适合作为各类建筑物的天然地基,在山区和河流冲积扇地区常见。
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密实的砂土(特别是砾砂、粗砂、中砂)
- 特点:颗粒间有较强的内摩擦力,密实状态下强度高。
- 优点:承载力较高,压缩性较低,透水性好,有利于地基排水固结。
- 适用:是良好的天然地基,但需要注意,如果处于饱和松散状态,在地震等动荷载作用下可能发生“液化”而丧失承载力,因此必须确保其处于密实状态。
良好或可用的天然地基土层(次选)
这些土层需要经过一定的勘察和评估,但在多数情况下可以作为天然地基使用。
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粉土和粉质黏土(硬塑~坚硬状态)
- 特点:性质介于砂土和黏土之间,硬塑到坚硬状态的粉土和粉质黏土,具有较高的强度和较低的压缩性。
- 优点:分布广泛,是常见的天然地基土。
- 适用:适用于多层民用建筑和一般工业厂房,需要特别注意其含水量和密实度,因为一旦变成软塑或流塑状态,其性质会急剧变差。
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黏土(硬塑~坚硬状态)
(图片来源网络,侵删)- 特点:颗粒细,具有可塑性、透水性弱、强度和压缩性受含水量影响极大。
- 优点:在硬塑到坚硬状态下,承载力尚可,压缩性较低。
- 缺点与风险:
- 遇水软化:遇水后强度会显著降低,压缩性急剧增大,可能导致建筑物不均匀沉降。
- 胀缩性:某些黏土(如膨胀土)具有吸水膨胀、失水收缩的特性,对建筑物危害很大。
- 长期沉降:黏土的固结过程很慢,建筑物可能会在建成后很长时间内持续发生沉降。
- 适用:需要非常详细的地质勘察,评估其胀缩性、灵敏度等不良特性,并采取相应的设计措施(如加大基础埋深、设置防水层等)后方可使用。
不良或不适宜的天然地基土层(应避免或需特殊处理)
这些土层通常强度低、压缩性高、稳定性差,直接作为天然地基风险极高。
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淤泥和淤泥质土
- 特点:是在静水或缓慢流水环境中沉积的,含大量有机质,呈软塑到流塑状态。
- 缺点:
- 含水量高、孔隙比大:承载力极低。
- 高压缩性:建筑物会产生很大的沉降量,且沉降过程持续时间很长(几年甚至几十年)。
- 低透水性:排水固结速度极慢,强度增长缓慢。
- 灵敏度较高:受到扰动后,强度会迅速降低。
- 处理:通常不能直接作为天然地基,必须进行地基处理,如换填、预压、桩基础等。
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松散的砂土
- 特点:颗粒间联结力弱,结构不稳定。
- 缺点:
- 承载力低。
- 易产生液化:在地震力作用下,孔隙水压力升高,土体像液体一样流动,完全丧失承载力。
- 处理:通常需要通过振冲、强夯等方法进行加密处理,或采用桩基础穿越该层。
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杂填土和冲填土
- 特点:由人类活动形成,成分复杂,极不均匀。
- 缺点:
- 不均匀性:土层成分、密实度差异巨大,极易导致建筑物不均匀沉降。
- 有机物含量高:可能发生分解,导致地基沉陷。
- 自重压密性:在自身重量下会产生较大的沉降。
- 处理:通常需要全部挖除或进行非常复杂的加固处理,一般不作为天然地基。
总结与对比
| 土层类别 | 承载力 | 压缩性 | 稳定性 | 透水性 | 综合评价 |
|---|---|---|---|---|---|
| 坚硬岩石 | 极高 | 极低 | 极好 | 差 | 最理想 |
| 密实碎石/砾石 | 高 | 低 | 好 | 好 | 非常理想 |
| 密实砂土 | 较高 | 较低 | 较好 | 好 | 良好 |
| 硬塑-坚硬粉土/黏土 | 中等-较高 | 中等-较低 | 一般 | 差 | 可用,但需勘察 |
| 松散砂土 | 低 | 中等 | 差(易液化) | 好 | 不良,需处理 |
| 淤泥和淤泥质土 | 极低 | 极高 | 差 | 极差 | 极差,需处理 |
| 杂填土 | 低且不均 | 高且不均 | 差 | 不均 | 极差,不宜使用 |
没有一个绝对的“最好”的土层,只有“最适合”特定工程条件的土层。
选择天然地基时,必须进行详细的工程地质勘察,查明以下关键信息:
- 土层类型和分布:地基由哪些土层组成,它们的厚度和空间分布如何。
- 土的物理力学性质:特别是土的承载力、压缩模量、内摩擦角和黏聚力等。
- 地下水位情况:水位高低及其变化对土层性质的影响。
- 不良地质现象:如是否有液化、湿陷、胀缩等问题。
综合勘察结果,结合建筑物的重要性、荷载大小、结构类型等因素,才能科学地判断哪个土层(或土层组合)最适宜作为天然地基,或者是否需要进行地基处理。
