基礎(chǔ)工程課件.ppt

1、1.1 概 述 1.2 本課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)要求 1.3 本學(xué)科的發(fā)展概況 1.4 本課程主要內(nèi)容,1 緒論,建筑物的組成,一、地基基礎(chǔ)的基本概念,1.1 概 述,圖1.1 地基基礎(chǔ)示意圖,一、地基基礎(chǔ)的基本概念,1.地基 -直接承擔(dān)建筑物的全部荷載，并在其影響下產(chǎn)生應(yīng)力與變形的那一部分地層稱為地基。(subgrade，foundation soils) 根據(jù)地基與基礎(chǔ)的接觸關(guān)系，地基中的地層分為覆蓋層、持力層和下臥層。 1)地基持力層是直接承托基礎(chǔ)底面的地層。地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，通常應(yīng)選擇強(qiáng)度較高、變形較小、穩(wěn)定性較強(qiáng)的地層作為地基的持力層。 2)覆蓋層是位于持力層以上的所有地層。 3)下臥層是位

2、于持力層以下的地層。可分為軟弱下臥層和剛性下臥層。 地基,天然地基:未經(jīng)處理，直接支承基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的地基。,人工地基:經(jīng)過(guò)人工處理，改善了工程性能的地基。,一、地基基礎(chǔ)的基本概念,2.基礎(chǔ) -建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)稱為基礎(chǔ)。(foundation) 將結(jié)構(gòu)所承受的各種作用傳遞到地基上的結(jié)構(gòu)組成部分。 基礎(chǔ)包括淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)。 3.土力學(xué)-是研究土體的應(yīng)力、強(qiáng)度和變形，滲流規(guī)律的一門力學(xué)分支，它是本課程的理論基礎(chǔ)。 土力學(xué)所要研究的兩大基本問(wèn)題是土體的變形和強(qiáng)度。,土力學(xué)與基礎(chǔ)工程的關(guān)系 Geotechnique,4.基礎(chǔ)工程研究下部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)物與巖土相互作用共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)物所產(chǎn)生的各

3、種變形和穩(wěn)定性問(wèn)題。,建筑物的建造使地基中原有的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，這就必須運(yùn)用數(shù)學(xué)力學(xué)的方法來(lái)研究在荷載作用下地基的強(qiáng)度和變形問(wèn)題。為保證建筑物的功能需要和安全使用的目的，地基、基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)計(jì)算中必須滿足以下三個(gè)條件： 1）地基應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度 地基在建筑物荷載作用下有足夠的承載力，并在防止整體破壞方面有足夠的安全儲(chǔ)備； 2）地基應(yīng)滿足變形要求 保證地基的變形值不超過(guò)建筑物正常使用要求的范圍； 3）基礎(chǔ)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和耐久性 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)本身應(yīng)滿足強(qiáng)度、變形和耐久性的要求。,二、地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本條件,地基設(shè)計(jì),基礎(chǔ)設(shè)計(jì),三、地基基礎(chǔ)工程的重要性,1.地基基礎(chǔ)是建筑工程的一個(gè)重要組成部分，

4、是建筑物的根本，又屬于地下隱蔽工程。因此，它的工程地質(zhì)勘察、設(shè)計(jì)計(jì)算和施工質(zhì)量直接關(guān)系到建筑物的安危。 2.大量事實(shí)證明，在建筑物失敗事故中，地基基礎(chǔ)問(wèn)題占很大的比例，而且地基基礎(chǔ)事故一旦發(fā)生，進(jìn)行補(bǔ)救就相當(dāng)困難。 3.此外，地基基礎(chǔ)工程處理是否適當(dāng)，影響建筑物的造價(jià)也是驚人的，一般約占總投資的1030甚至更多。,工 程 實(shí) 例,加拿大特朗斯康谷倉(cāng),事故： 1913年9月裝谷物，10月17日裝了31822谷物時(shí)， 1小時(shí)豎向沉降達(dá)30.5cm 24小時(shí)傾斜2653 西端下沉7.32m 東端上抬1.52m 上部鋼混筒倉(cāng)完好無(wú)損,概況：長(zhǎng)59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個(gè)圓筒倉(cāng)。 鋼

5、混筏板基礎(chǔ)，厚61cm，埋深3.66m。 1911年動(dòng)工，1913年完工，自重20000T。,加拿大特朗斯康谷倉(cāng),原因： 地基土事先未進(jìn)行調(diào)查，據(jù)鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開(kāi)挖取土試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算地基承載力應(yīng)用到此谷倉(cāng)。1952年經(jīng)勘察試驗(yàn)與計(jì)算，地基實(shí)際承載力遠(yuǎn)小于谷倉(cāng)破壞時(shí)發(fā)生的基底壓力。因此， 谷倉(cāng)地基因超載發(fā)生強(qiáng)度破壞而滑動(dòng)。,處理： 事后在下面做了七十多個(gè)支撐于基巖上的混凝土墩，使用388個(gè)50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉(cāng)體逐漸糾正過(guò)來(lái)，但其位置比原來(lái)降低了米。,1995年阪神地震中新干線的傾覆,1964年新瀉地震引起大面積液化,地基的剪切破壞,意大利比薩斜塔,比薩斜塔,目前：塔向南傾斜，南北兩端

6、沉降差1.80m， 塔頂離中心線已達(dá)5.27m，傾斜5.5 1360：再?gòu)?fù)工，至1370年竣工，全塔共8 層，高度為55m 1272：復(fù)工，經(jīng)6年，至7層，高48m，再 停工 1178：至4層中，高約29m，因傾斜停工 1173：動(dòng)工,原因： 地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強(qiáng)度較低，變形較大。,1590: 伽利略在此塔做落體實(shí)驗(yàn),比薩斜塔,1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載 1933-1935：基坑防水處理 基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固 1990年1月: 封閉 1992年7月：加固塔身，用壓重 法和取土法進(jìn)行地 基處理 目 前: 已向游人開(kāi)放。,處理措施,上海展覽中心館,1954：開(kāi)工，沉降60cm

7、 1957：沉降最大146.55cm， 最小122.8cm 1979:沉降160cm,淤泥質(zhì)粘土,箱形基礎(chǔ),建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范提出的地基最終沉降量計(jì)算公式 (簡(jiǎn)稱規(guī)范法),s-沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù),各種假定導(dǎo)致 S的誤差，如： 取中點(diǎn)下附加應(yīng)力值，使s偏大； 側(cè)限壓縮使計(jì)算值偏??； 地基不均勻性導(dǎo)致的誤差等。,軟粘土（應(yīng)力集中）S偏小, s1 硬粘土（應(yīng)力擴(kuò)散）S偏大, s1,沉降經(jīng)驗(yàn)修正系數(shù),基底壓力線性分布假設(shè) 彈性附加應(yīng)力計(jì)算 單向壓縮的假設(shè) 原狀土現(xiàn)場(chǎng)取樣的擾動(dòng) 參數(shù)線性的假設(shè) 按中點(diǎn)下附加應(yīng)力計(jì)算,結(jié)果修正 沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)s,表4.8 沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)s,s=1.4-0.2, (1)

8、與土質(zhì)軟硬有關(guān), (2)與基底附加應(yīng)力p0/fk的大小有關(guān)。,fak：地基承載力特征值,土力學(xué) 理論聯(lián)系實(shí)際。,實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn) “科學(xué)性”,Po Shan Road,Conduit Road,Notewell Road,香港1972 Po Shan 滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 傷),1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬(wàn)立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動(dòng)體正好沖過(guò)一幢高層住宅-寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。死亡7人。,原因： 山坡上殘積土本身強(qiáng)度較低，加之雨水入滲使其強(qiáng)度進(jìn)一步大大降低，使得土體滑動(dòng)力超過(guò)土的強(qiáng)度，于是山

9、坡土體發(fā)生滑動(dòng)。,Early 1972 滑坡前,重慶武隆滑坡,三峽庫(kù)區(qū)某污水處理廠,場(chǎng)地地質(zhì)剖面圖,環(huán)境邊坡治理方案一,1)高大擋土墻設(shè)計(jì) 擋土墻后回填土土壓力分布 墻身水平位移控制,方案一：高填方地基存在的技術(shù)問(wèn)題,存在的技術(shù)問(wèn)題,擋土墻的穩(wěn)定性驗(yàn)算 設(shè)計(jì)：擋土墻的穩(wěn)定性驗(yàn)算主要受滑動(dòng)穩(wěn)定控制 現(xiàn)實(shí)：傾覆穩(wěn)定出現(xiàn)的事故又占有很大的比例 主要原因： 土壓力實(shí)際上不是線形分布的 計(jì)算的傾覆力矩較實(shí)際值小 原規(guī)范取1.5的安全系數(shù)，實(shí)際上只有1.2左右 解決方案 方案1：將土壓力分布改成上圖中虛線的分布圖式，即上面高度一半處為三角形分布，下面為矩形分布；方案2：將安全系數(shù)適當(dāng)提高，由原來(lái)的1.5增

10、大成1.6。（現(xiàn)規(guī)范采用方案）,環(huán)境邊坡治理方案二：架空結(jié)構(gòu)平臺(tái),方案二優(yōu)越性：1) 避免了高填方，工期短；2)工程造價(jià)低；3)對(duì)長(zhǎng)江行洪影響小。,1.2 本課程的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)要求 1.特點(diǎn)：本課程涉及水文地質(zhì)學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)等幾個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，內(nèi)容廣泛，很強(qiáng)。綜合性、理論性和實(shí)踐性 2.學(xué)習(xí)要求：牢固掌握土力學(xué)中的基本概念和基本原理，做到能夠應(yīng)用這些基本概念和基本原理，結(jié)合有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)理論和施工知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，分析和解決地基基礎(chǔ)問(wèn)題。,1.3 本學(xué)科發(fā)展概況 作為工程技術(shù)，基礎(chǔ)工程是一項(xiàng)古老的工藝。如前所述，只要建造建筑物，注定離不開(kāi)地基和基礎(chǔ)。因此，作為一項(xiàng)工程技術(shù)，基礎(chǔ)工程的歷史源遠(yuǎn)

11、流長(zhǎng)。但過(guò)去人們只能依賴于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷積累和能工巧匠的技藝更新來(lái)發(fā)展這項(xiàng)技術(shù)，囿于當(dāng)時(shí)生產(chǎn)力發(fā)展水平，基礎(chǔ)工程還未能提煉成為系統(tǒng)的科學(xué)理論。 作為應(yīng)用科學(xué)，基礎(chǔ)工程又是一門年輕的學(xué)科。,1773年法國(guó)的庫(kù)侖（Coulomb）發(fā)表著名的砂土抗剪強(qiáng)度公式，提出土壓力計(jì)算滑楔理論; 1857年英國(guó)的朗肯（Rankine）提出朗肯土壓力理論; 1885年法國(guó)的布辛奈斯克（Boussinesq）得出半無(wú)限彈性體在豎向集中力作用下的應(yīng)力與變形的理論解答; 1922年瑞典的費(fèi)蘭紐斯（Fellenius）提出土坡穩(wěn)定分析方法; 1925年美國(guó)太沙基（Terzaghi）的土力學(xué)專著問(wèn)世,土力學(xué)成為一門系統(tǒng)的學(xué)

12、科; 1936年成立了國(guó)際土力學(xué)基礎(chǔ)工程學(xué)會(huì)，并舉行第一次國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議; 近年來(lái)，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程學(xué)科將隨著工程建設(shè)的規(guī)模和復(fù)雜程度日益增加及技術(shù)要求日益提高而走向更高的發(fā)展階段。,Terzaghi是土力學(xué)的奠基人,橋梁基礎(chǔ)的成功代表趙州橋,梁思成先生1933年考察 發(fā)現(xiàn)，自重為2800噸的趙州橋，而它的根基只是有五層石條砌成高1.55米的橋臺(tái)，直接建在自然砂石上。,1.4 本課程主要內(nèi)容,本課程的目的和任務(wù)？,根據(jù)土力學(xué)的基本概念和基本原理，結(jié)合有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)知識(shí)，分析和解決工業(yè)與民用建筑中一般地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題。,土力學(xué)的基本概念和基本原理,本課程的主要內(nèi)容？,地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)問(wèn)題,經(jīng)典土力學(xué)的三大定律,達(dá)西(Darcys Law)定律滲透 v=k i 太沙基(Terzaghi)滲流固結(jié)理論變形 u=u(z,t) 摩爾-庫(kù)侖(Mohr-Coulomb)強(qiáng)度理論強(qiáng)度 = f(n ); = c+ tg ,土的三類工程問(wèn)題,強(qiáng)度（穩(wěn)定）問(wèn)題； 變形問(wèn)題； 滲透與滲透破壞問(wèn)題,淺基礎(chǔ) 樁基礎(chǔ) 地基處