基礎(chǔ)工程件PPT課件

1、第一章、導(dǎo)論 學(xué)科概況 基礎(chǔ)工程設(shè)計和施工所需的資料及計算作用的確定 基礎(chǔ)工程設(shè)計計算應(yīng)注意的事項 基礎(chǔ)工程學(xué)科的發(fā)展概況第1頁/共50頁土木工程是建造各類工程設(shè)施的科學(xué)技術(shù)的統(tǒng)稱。它既指工程建設(shè)的對象，即建造在地上、地下或水中的各種工程設(shè)施；也指所應(yīng)用的材料、設(shè)備和所進(jìn)行的勘測、設(shè)計、施工、保養(yǎng)、維修等技術(shù)活動。 土木工程科學(xué)技術(shù)的發(fā)展有著悠久的歷史，它是伴隨著人類社會的進(jìn)步而發(fā)展起來的，人類建造的工程設(shè)施反映出各個歷史時期社會、經(jīng)濟(jì)、文化、科學(xué)、技術(shù)發(fā)展的面貌。 基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的各類工程結(jié)構(gòu)物，如房屋、隧道與地下工程、鐵路、公路和機(jī)場以及各項市政與交通運(yùn)輸工程等，都需要土木工程學(xué)科的理論及

2、其工程實踐方面的研究成果。一、學(xué)科概況第2頁/共50頁 土木工程學(xué)科屬于工學(xué)門類，在整個科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中占有非常重要的地位，它是人類生存、社會進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)發(fā)展所依賴的主要學(xué)科之一。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和工程實踐的發(fā)展，土木工程這個學(xué)科也已發(fā)展成為內(nèi)涵廣泛、門類眾多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的綜合體系。土木工程學(xué)科的發(fā)展需要借助于基礎(chǔ)科學(xué)、材料科學(xué)、管理科學(xué)和電子信息技術(shù)等研究成果。同時，土木工程學(xué)科的發(fā)展也促進(jìn)了其它相關(guān)學(xué)科以及高新技術(shù)的發(fā)展。第3頁/共50頁土木工程學(xué)科有如下二級學(xué)科： （1）巖土工程 （2）結(jié)構(gòu)工程 （3）市政工程 （4）供熱、供燃?xì)?、通風(fēng)及空調(diào)工程 （5）橋梁與隧道工程 （6）防災(zāi)減災(zāi)工程及防

3、護(hù)工程第4頁/共50頁基礎(chǔ)工程的基本概念 任何建筑物都建造在一定的地層上，建筑物的全部荷載都由它下面的地層來承擔(dān)。受建筑物影響的那一部分地層稱為地基，建筑物與地基接觸的最下部分稱為基礎(chǔ)。橋梁上部結(jié)構(gòu)為橋跨結(jié)構(gòu)，而下部結(jié)構(gòu)包括橋墩、橋臺及其基礎(chǔ) 。 基礎(chǔ)工程包括建筑物的地基與基礎(chǔ)的設(shè)計與施工。第5頁/共50頁圖1-1 橋梁結(jié)構(gòu)各部分立面示意圖1-下部結(jié)構(gòu)；2-基礎(chǔ)；3-地基；4-橋臺；5-橋墩；6-上部結(jié)構(gòu)第6頁/共50頁l地基：承受建筑物荷載應(yīng)力與應(yīng)變不能忽略的土層。（有一定深度和范圍）l基礎(chǔ)：埋入土層一定深度并將荷載傳給地基的建筑物下部結(jié)構(gòu)。 持力層 ：直接支撐建筑物基礎(chǔ)的土層。 下臥層(軟

4、弱) ：持力層下部的土層。第7頁/共50頁結(jié)構(gòu)荷載基底壓力第8頁/共50頁 天然地基：沒有經(jīng)過人為處理，直接修建。人工地基：承載力低，高壓縮性地基，人工處理后才能修建。地基基礎(chǔ)深基礎(chǔ)-基礎(chǔ)埋深5m剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)單獨和聯(lián)合基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)筏板和箱形基礎(chǔ)樁基礎(chǔ) 沉箱基礎(chǔ)沉井基礎(chǔ)地下連續(xù)墻淺基礎(chǔ)一一般基礎(chǔ)埋深5m但小于基礎(chǔ)寬度.柔性擴(kuò)大基礎(chǔ)深水基礎(chǔ)第9頁/共50頁地基基礎(chǔ)在工程中的重要性 隱蔽工程，處理困難，事故危害大； 工程造價高，占20-25%； 控制施工進(jìn)度 設(shè)計上應(yīng)做方案比較。 比薩斜塔、虎丘塔（地基不均勻沉降）； 加特朗斯康谷倉（地基破壞）； 上海錦江飯店整體下沉;墨西哥市藝術(shù)宮特點實例第10頁

5、/共50頁軟弱地基 整體破壞地基土承載力低，產(chǎn)生強(qiáng)度破壞第11頁/共50頁地基不均勻沉降， 建筑傾斜基巖不均勻不均勻 軟土層軟土層第12頁/共50頁第13頁/共50頁案例一：比薩斜塔 世界著名的比薩斜塔于1173年動工，1370年竣工，塔身高約55m，建成后因地基壓縮層產(chǎn)生不均勻沉降，使塔的北側(cè)下沉近1m，南側(cè)下沉近3m，塔身傾斜約5.5，塔頂離開鉛垂線的距離已達(dá)5.27m，是我國虎丘塔的傾斜值的2.3倍。幸虧該塔使用的大理石材質(zhì)優(yōu)良，在塔身嚴(yán)重傾斜的情況下尚未出現(xiàn)裂縫。比薩斜塔建成后曾經(jīng)數(shù)次加固，但效果甚微，每年仍下沉約1mm，傾斜尚未有加速跡象，已成為一座名副其實的危塔。第14頁/共50頁

6、案例一：比薩斜塔第15頁/共50頁 加拿大的特朗斯康谷倉建于1913年，谷倉的平面為矩形，長59.44m,寬23.47m，高度為31m，由65個圓柱形筒倉組成，采用鋼筋混凝土閥板基礎(chǔ)。設(shè)計時對地基未作勘察，不了解基底下有厚達(dá)15m左右的軟粘土層，僅根據(jù)對臨近建筑的調(diào)查判定地基承載力。建成后于當(dāng)年9月開始均勻地向谷倉內(nèi)裝載谷物，至10月發(fā)現(xiàn)谷倉產(chǎn)生大量快速沉降，1小時內(nèi)的垂直沉降量竟達(dá)到30.5cm，在其后的24小時內(nèi)谷倉傾倒，傾倒后谷倉的西側(cè)下沉達(dá)7.32m，東側(cè)則抬高了1.53m，整體傾斜達(dá)盡27度。因谷倉整體性很強(qiáng)，筒倉本身完好無損。案例二：加拿大特朗斯康谷倉第16頁/共50頁案例二：加拿

7、大特朗斯康谷倉第17頁/共50頁案例三：墨西哥城某建筑 第18頁/共50頁案例四：日本新瀉地震 第19頁/共50頁案例五 汶川地震第20頁/共50頁二、基礎(chǔ)工程設(shè)計和施工所需的資料及計算作用的確定 橋梁的地基與基礎(chǔ)在設(shè)計及施工開始之前，除了應(yīng)掌握有關(guān)全橋的資料，包括上部結(jié)構(gòu)形式、跨徑、荷載、墩臺結(jié)構(gòu)等及國家頒發(fā)的橋梁設(shè)計和施工技術(shù)規(guī)范外，還應(yīng)注意地質(zhì)、水文資料的搜集和分析，重視土質(zhì)和建筑材料的調(diào)查與試驗。主要應(yīng)掌握各項地質(zhì)、水文、地形等資料，資料內(nèi)容范圍可根據(jù)橋梁工程規(guī)模、重要性及建橋地點工程地質(zhì)、水文條件的具體情況和設(shè)計階段確定取舍。 第21頁/共50頁 橋位（包括橋頭引道）平面圖及擬建上部

8、結(jié)構(gòu)及墩臺形式、總體構(gòu)造及有關(guān)設(shè)計資料 橋位工程地質(zhì)勘測報告及橋位地質(zhì)縱剖面圖 地基土質(zhì)調(diào)查試驗報告 河流水文調(diào)查資料基礎(chǔ)工程設(shè)計和施工所需的資料：第22頁/共50頁作用的分類及代表值 要保證橋梁的地基與基礎(chǔ)滿足強(qiáng)度、剛度（變形）、穩(wěn)定性和耐久性的要求，就要求對其在各種工況下的多項指標(biāo)進(jìn)行驗算，組成各種工況的基本要素就是作用。 作用：施加在結(jié)構(gòu)上的一組集中力或分布力（直接作用、荷載），或引起結(jié)構(gòu)外加變形或約束變形的原因（間接作用）。第23頁/共50頁作用分類及代表值 作用的分類永久作用可變作用偶然作用第24頁/共50頁（一）承載能力極限狀態(tài)設(shè)計 對應(yīng)于橋涵結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件達(dá)到最大承載力或出現(xiàn)不適于

9、繼續(xù)承載的變形或變位狀態(tài)。1 1、基本組合：永久作用的設(shè)計值效應(yīng)與可變作用設(shè)計值效應(yīng)相組合。2 2、偶然組合：永久作用的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用某種代表值效應(yīng)、一種偶然作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)相組合。作用效應(yīng)組合與極限狀態(tài)設(shè)計第25頁/共50頁 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)自身承載力及穩(wěn)定性應(yīng)采用作用效應(yīng)基本組合和偶然組合進(jìn)行驗算。 承載力驗算時作用效應(yīng)組合中各效應(yīng)的分項系數(shù)、結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)及效應(yīng)組合系數(shù)按相應(yīng)規(guī)范中取值；穩(wěn)定性驗算時，各項系數(shù)均取1.01.0。第26頁/共50頁（二）正常使用極限狀態(tài)設(shè)計 對應(yīng)于橋涵結(jié)構(gòu)或其構(gòu)件達(dá)到正常使用或耐久性的某項限值的狀態(tài)。1 1、作用短期效應(yīng)組合：永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效

10、應(yīng)相組合。2 2、作用長期效應(yīng)組合：永久作用的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)相組合。第27頁/共50頁（三）基礎(chǔ)工程相關(guān)驗算1.1.基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性驗算2.2.地基豎向承載力驗算 進(jìn)行地基豎向承載力驗算時，傳至基底或承臺底面的作用效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)的短期效應(yīng)組合采用，同時應(yīng)考慮作用效應(yīng)的偶然組合（不包括地震作用）。skbkssk0第28頁/共50頁3.3.基礎(chǔ)沉降計算 計算基礎(chǔ)沉降時，傳至基礎(chǔ)底面的作用效應(yīng)應(yīng)按正常使用狀態(tài)下的作用長期效應(yīng)組合采用。該組合僅為直接施加于結(jié)構(gòu)上的永久作用標(biāo)準(zhǔn)值（不包括混凝土收縮徐變作用、基礎(chǔ)變位作用）和可變作用的準(zhǔn)永久值（僅指汽車荷載和人群荷載）引起的效應(yīng)。

11、4.4.關(guān)于水浮力計算的相關(guān)規(guī)定 第29頁/共50頁上部結(jié)構(gòu)（荷載）、基礎(chǔ)（壓力）、地基（ 應(yīng)力、變形 ），三者間相互制約協(xié)同工作。設(shè)計方法：簡化設(shè)計將三部分相對獨立分開，按靜力平衡原則，采用不同的簡化假定進(jìn)行分析計算。三、基礎(chǔ)工程設(shè)計計算原則及設(shè)計方法第30頁/共50頁第31頁/共50頁 第32頁/共50頁第33頁/共50頁第34頁/共50頁正常使用極限狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或?qū)?yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載力或最大承載力或不適合于繼續(xù)不適合于繼續(xù)承載的變形承載的變形對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到正常構(gòu)構(gòu)

12、件達(dá)到正常使用或耐久性的使用或耐久性的某項規(guī)定的限值某項規(guī)定的限值即地基土的變形也可能是上部結(jié)構(gòu)發(fā)生承載力極限狀態(tài)的原因之一。第35頁/共50頁 由于地基土是在漫長的地質(zhì)年代中形成的，是大自然的產(chǎn)物，其性質(zhì)十分復(fù)雜，不僅不同地點的土性可以差別很大，即使同一地點，同一土層的土，其性質(zhì)也隨位置發(fā)生變化。所以地基土具有比任何人工材料大得多的變異性，它的復(fù)雜性質(zhì)不僅難以人為控制，而且要清楚地認(rèn)識它也很不容易。在進(jìn)行地基可靠性研究的過程中，取樣、代表性樣品選擇、試驗、成果整理分析等各個環(huán)節(jié)都有可能帶來一系列的不確定性，增加測試數(shù)據(jù)的變異性，從而影響到最終分析結(jié)果。地基土因位置不同引起的固有可變性，樣品測

13、值與真實土性值之間的差異性，以及有限數(shù)量所造成誤差等，就構(gòu)成了地基土材料特性變異的主要來源。這種變異性比一般人工材料的變異性大。 地基可靠性分析的特點第36頁/共50頁 基礎(chǔ)工程極限狀態(tài)設(shè)計與結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計相比還具有物理和幾何方面的特點 ： 地基是一個半無限體，與板梁柱組成的結(jié)構(gòu)體系完全不同。在結(jié)構(gòu)工程中，可靠性研究的第一步先解決單構(gòu)件的可靠度問題，目前列入規(guī)范的亦僅僅是這一步，至于結(jié)構(gòu)體系的系統(tǒng)可靠度分析還處在研究階段，還沒有成熟到可以用于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的程度。地基設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計不同的地方在于無論是地基穩(wěn)定和強(qiáng)度問題或者是變形問題，求解的都是整個地基的綜合響應(yīng)。地基的可靠性研究無法區(qū)分構(gòu)件與體系

14、，從一開始就必須考慮半無限體的連續(xù)介質(zhì)，或至少是一個大范圍連續(xù)體。顯然，這樣的驗算不論是從計算模型還是涉及的參數(shù)方面都比單構(gòu)件的可靠性分析復(fù)雜的多。第37頁/共50頁 在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，所驗算的截面尺寸與材料試樣尺寸之比并不很大。但在地基問題中卻不然，地基受力影響范圍的體積與土樣體積之比非常大。這就引起了兩方面的問題，一是小尺寸的試件如何代表實際工程的性狀，二是由于地基的范圍大，決定地基性狀的因素不僅是一點土的特性，而是取決于一定空間范圍內(nèi)平均土層特性，這是結(jié)構(gòu)工程與基礎(chǔ)工程在可靠度分析方面的最基本的區(qū)別所在。第38頁/共50頁 我國基礎(chǔ)工程可靠度研究始于20世紀(jì)80年代初，雖然起步較晚，但發(fā)展很

15、快，研究涉及的課題范圍較廣，有些課題的研究成果，已達(dá)國際先進(jìn)水平。但由于研究對象的復(fù)雜性，基礎(chǔ)工程的可靠度研究落后于上部結(jié)構(gòu)可靠度的研究，而且要將基礎(chǔ)工程可靠度研究成果納入設(shè)計規(guī)范，進(jìn)入實用階段，還需要做大量的工作。國外有些國家已建立了地基按半經(jīng)驗半概率的分項系數(shù)極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)。在我國，隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計使用了極限狀態(tài)設(shè)計方法，在地基設(shè)計中采用極限狀態(tài)設(shè)計工作也已提到議事日程上了。結(jié)論：第39頁/共50頁 由于電子計算機(jī)的發(fā)展與運(yùn)用，可研究應(yīng)用最優(yōu)化方法來設(shè)計基礎(chǔ)，求得在技術(shù)上先進(jìn)可行，經(jīng)濟(jì)上合理，施工方便的設(shè)計方案。 結(jié)構(gòu)抗震理論當(dāng)前正在不斷發(fā)展，對建筑物抗震性能至關(guān)重要的地基基礎(chǔ)抗震理論現(xiàn)在還不太

16、成熟，落后于建設(shè)的需要。應(yīng)進(jìn)一步運(yùn)用現(xiàn)代化計算工具和測試手段開展各類基礎(chǔ)和地基土的動力分析的理論和科學(xué)試驗。第40頁/共50頁 國外在18世紀(jì)產(chǎn)業(yè)革命以后，城建、水利、道路建筑規(guī)模的擴(kuò)大促使人們對基礎(chǔ)工程的重視與研究，對有關(guān)問題開始尋求理論上的解答。此階段在作為本學(xué)科的理論基礎(chǔ)的土力學(xué)方面，如土壓力理論、土的滲透理論等有局部的突破，基礎(chǔ)工程也隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展而得到新的發(fā)展，如19世紀(jì)中葉利用氣壓沉箱法修建深水基礎(chǔ)。本世紀(jì)20年代，基礎(chǔ)工程有比較系統(tǒng)、比較完整的專著問世，1936年召開第一屆國際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程會議后，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程作為一門獨立的學(xué)科取得不斷的發(fā)展。上世紀(jì)50年代起，現(xiàn)代科學(xué)

17、新成就的滲入，使基礎(chǔ)工程技術(shù)與理論得到更進(jìn)一步的發(fā)展與充實，成為一門較成熟的獨立的現(xiàn)代學(xué)科。四、基礎(chǔ)工程學(xué)科的發(fā)展概況第41頁/共50頁 我國是一個具有悠久歷史的文明古國，我國古代勞動人民在基礎(chǔ)工程方面，也早就表現(xiàn)出高超的技藝和創(chuàng)造才能，許多宏偉壯麗的中國古代建筑逾千百年仍留存至今安然無恙的事實就充分說明了這一點。例如，遠(yuǎn)在1300多年前隋朝時所修建的趙州安濟(jì)石拱橋，不僅在建筑結(jié)構(gòu)上有獨特的技藝，而且在地基基礎(chǔ)的處理上也非常合理，該橋橋臺座落在較淺的密實粗砂土層上，沉降很小，現(xiàn)反算其基底壓力約為500kPa600kPa，與現(xiàn)行的各設(shè)計規(guī)范中所采用的該土層容許承載力的數(shù)值（550kPa）極為接近。在當(dāng)時就能如此充分利用天然地基的承載力，真令人贊嘆不已。在樁基礎(chǔ)和地基加固方面，我國自古已有廣泛運(yùn)用，具有悠久