基礎工程-緒論

1、基礎工程課程性質(zhì)和內(nèi)容？基礎工程課程性質(zhì)和內(nèi)容？什么是基礎工程？什么是基礎工程？為什么要學習基礎工程？為什么要學習基礎工程？基礎工程的發(fā)展概況？基礎工程的發(fā)展概況？基礎工程課程特點？基礎工程課程特點？0 0 緒緒 論論基礎工程基礎工程是土木工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，是土木工程專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課，是連接基礎課和專業(yè)課的橋梁。本課程主要學習和是連接基礎課和專業(yè)課的橋梁。本課程主要學習和掌握有關基礎工程的設計原理和方法，其內(nèi)容包括掌握有關基礎工程的設計原理和方法，其內(nèi)容包括淺基礎的地基承載力計算和基礎底面尺寸確定、淺基礎的地基承載力計算和基礎底面尺寸確定、淺基礎結構設計與計算、地基變形

2、驗算淺基礎結構設計與計算、地基變形驗算、連、連續(xù)基礎續(xù)基礎設計與計算、樁基礎設計與計算、支擋結構設計與設計與計算、樁基礎設計與計算、支擋結構設計與計算、地基處理方法等。計算、地基處理方法等。教材：教材： 基礎工程基礎工程曹云、孟云梅、賈彩虹編，北京大曹云、孟云梅、賈彩虹編，北京大學出版社（學出版社（2012.122012.12）。）。 材料力學、結構力學、土力學、工程地質(zhì)學等，材料力學、結構力學、土力學、工程地質(zhì)學等，特別是土力學，是本課程的重要理論基礎，必須先特別是土力學，是本課程的重要理論基礎，必須先行學習并予以很好掌握。行學習并予以很好掌握。一、基礎工程的性質(zhì)和內(nèi)容一、基礎工程的性質(zhì)和內(nèi)

3、容基礎設計基礎設計先導土力土力學學地基設計地基設計基礎型式的選擇基礎型式的選擇基礎底面尺寸的計算基礎底面尺寸的計算基礎埋置深度的計算基礎埋置深度的計算地下結構的計算地下結構的計算基礎斷面計算基礎斷面計算基礎內(nèi)力計算基礎內(nèi)力計算地基土的承載力確定地基土的承載力確定地基穩(wěn)定性計算地基穩(wěn)定性計算地基變形計算地基變形計算地基處理地基處理第二章第二章淺基礎淺基礎第三章第三章連續(xù)基礎連續(xù)基礎第四章第四章樁基礎樁基礎第五章第五章基坑工程基坑工程第六章第六章地基處理地基處理第七章第七章特殊土地基特殊土地基第八章第八章地基基礎抗震地基基礎抗震 0 0 緒論緒論第一章第一章緒論緒論u 地基基礎的概念與特點地基基礎

4、的概念與特點一個完整的建筑體系包含了上部結構、基礎和地基三一個完整的建筑體系包含了上部結構、基礎和地基三個部分個部分 。它們有著各自的功能。它們有著各自的功能。 上部結構上部結構是完成設計預定功能的主體結構。是完成設計預定功能的主體結構。 基礎基礎通常指建筑物最下端與地基直接接觸并經(jīng)過了特通常指建筑物最下端與地基直接接觸并經(jīng)過了特殊處理的結構部件。殊處理的結構部件。 地基地基是指建筑物下方的承受建筑物的荷載并維持建筑是指建筑物下方的承受建筑物的荷載并維持建筑物穩(wěn)定的巖土體。物穩(wěn)定的巖土體。 請看圖例。請看圖例。 二、什么是基礎工程？二、什么是基礎工程？圖圖 1 房屋建筑體系的組成房屋建筑體系的

5、組成樓層（上部結構樓層（上部結構）基礎（下部結構）基礎（下部結構）地基地基圖圖 2 橋梁建筑體系的組成橋梁建筑體系的組成橋跨（上部結構橋跨（上部結構) )橋墩（下部結構）橋墩（下部結構）地基地基地基地基基礎（下部結構）基礎（下部結構） 土力學土力學是學科的理論基礎，作為工程載體研究巖是學科的理論基礎，作為工程載體研究巖土的特性及其應力應變、強度、滲流的基本規(guī)律土的特性及其應力應變、強度、滲流的基本規(guī)律；基礎工程基礎工程則為則為在巖土地基上進行工程的技術問在巖土地基上進行工程的技術問題，兩者互為理論與應用的整體題，兩者互為理論與應用的整體。 基礎工程：基礎工程：就是研究下部結構物與巖土相互作用就

6、是研究下部結構物與巖土相互作用共同承擔上部結構物所產(chǎn)生的各種變形與穩(wěn)定問共同承擔上部結構物所產(chǎn)生的各種變形與穩(wěn)定問題。題。 什么是基礎工程？什么是基礎工程？地基分類：地基分類： 天然地基天然地基: : 當選定合適的基礎形式后，若地基不加處理當選定合適的基礎形式后，若地基不加處理 就可以就可以滿足設計要求的，稱為天然地基。滿足設計要求的，稱為天然地基。 人工地基人工地基: : 當?shù)鼗鶑姸炔蛔慊驂嚎s性很大而不能滿足設計要求時，則需要當?shù)鼗鶑姸炔蛔慊驂嚎s性很大而不能滿足設計要求時，則需要對地基進行處理，經(jīng)過人工處理后的地基則稱為人工地基。對地基進行處理，經(jīng)過人工處理后的地基則稱為人工地基。基礎分類：

7、基礎分類： 淺基礎淺基礎: : 通常把埋置深度較淺，且施工簡單的基礎稱為淺基礎。通常把埋置深度較淺，且施工簡單的基礎稱為淺基礎。 深基礎深基礎: : 若淺層土質(zhì)不良，須將基礎埋置在較深的好土層上，且若淺層土質(zhì)不良，須將基礎埋置在較深的好土層上，且需要借助于特殊施工方法的基礎，則稱為深基礎。需要借助于特殊施工方法的基礎，則稱為深基礎。u基礎工程的重要性基礎工程的重要性 基礎工程是基礎工程是隱蔽工程隱蔽工程，影響因素很多，地基基礎工程的勘，影響因素很多，地基基礎工程的勘察、設計和施工質(zhì)量，直接影響建筑物的安全。建筑物事故察、設計和施工質(zhì)量，直接影響建筑物的安全。建筑物事故的發(fā)生，很多與基礎工程問題

8、有關。一旦發(fā)生質(zhì)量事故，補的發(fā)生，很多與基礎工程問題有關。一旦發(fā)生質(zhì)量事故，補救和處理往往很困難，甚至是不可能的，有些即使可以補救救和處理往往很困難，甚至是不可能的，有些即使可以補救，其加固修復工程所需的費用也十分可觀。，其加固修復工程所需的費用也十分可觀。 在建筑史上，許多建筑工程質(zhì)量事故就是發(fā)生在地基基在建筑史上，許多建筑工程質(zhì)量事故就是發(fā)生在地基基礎問題上。礎問題上。 工程實例：工程實例：三、為什么要學習基礎工程三、為什么要學習基礎工程? ?加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉 事故：事故：19131913年年9 9月裝谷物，月裝谷物，1010月月1717日裝了日裝了3182231822

9、谷物時，谷物時，1 1小時豎向沉降達小時豎向沉降達30.5cm30.5cm2424小時傾斜小時傾斜26265353西端下沉西端下沉7.32m7.32m 東端上抬東端上抬1.52m1.52m上部鋼混筒倉完好無損上部鋼混筒倉完好無損概況：長概況：長59.4m59.4m，寬，寬23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565個圓筒倉。個圓筒倉。 鋼混筏板基礎，厚鋼混筏板基礎，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。 1911 1911年動工，年動工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T20000T。加拿大特朗斯康谷倉加拿大特朗斯康谷倉 原因：地基土事先未進

10、行調(diào)查，據(jù)鄰近結構物基槽開挖取土試驗結果，計算地基承載力應用到此谷倉。1952年經(jīng)勘察試驗與計算，地基實際承載力遠小于谷倉破壞時發(fā)生的基底壓力。因此，谷倉地基因超載發(fā)生強度破谷倉地基因超載發(fā)生強度破壞而滑動壞而滑動。處理：處理：事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用事后在下面做了七十多個支撐于基巖上的混凝土墩，使用388388個個50t50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來，千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉體逐漸糾正過來，但其位置比原來降低了米。但其位置比原來降低了米。 于于19041904年落成，至今已有年落成，至今已有100100余年的歷史。當?shù)乇韺訛槿斯ぬ钔僚c砂夾卵石余年的

11、歷史。當?shù)乇韺訛槿斯ぬ钔僚c砂夾卵石硬殼層，厚度硬殼層，厚度5m5m；其下為超高壓縮性淤泥，天然孔隙比高達；其下為超高壓縮性淤泥，天然孔隙比高達7 71212，天然含水量，天然含水量高達高達150%150%600%600%，為世界罕見的軟弱土，層厚達，為世界罕見的軟弱土，層厚達25m25m。因此，這座藝術宮嚴重下。因此，這座藝術宮嚴重下沉，沉降量竟高達沉，沉降量竟高達4m4m。臨近的公路下沉。臨近的公路下沉2m2m，公路路面至藝術宮門前高差達，公路路面至藝術宮門前高差達2m2m。參觀者需步下參觀者需步下9 9級臺階，才能從公路進入藝術宮。下沉量為一般房屋一層樓有余，級臺階，才能從公路進入藝術宮。

12、下沉量為一般房屋一層樓有余，造成室內(nèi)外連接困難和交通不便，內(nèi)外網(wǎng)管道修理工程量增加。造成室內(nèi)外連接困難和交通不便，內(nèi)外網(wǎng)管道修理工程量增加。墨西哥市墨西哥市藝術宮藝術宮 比薩斜塔比薩斜塔是比薩大教堂的鐘樓，是比薩大教堂的鐘樓， 8 8層圓柱形建筑，白色大理石砌成，層圓柱形建筑，白色大理石砌成，塔高塔高54.554.5米。米。13701370年完工時塔頂中心點已偏離垂直中心線年完工時塔頂中心點已偏離垂直中心線2.12.1米，米，19901990年年1 1月起斜塔全部關閉，塔身重心線已偏離月起斜塔全部關閉，塔身重心線已偏離1010。 1590:1590: 伽利伽利略在此塔做略在此塔做落體實驗落體實

13、驗 比薩斜塔比薩斜塔 1838-18391838-1839：挖環(huán)形基坑卸載挖環(huán)形基坑卸載1933-19351933-1935：基坑防水處理基坑防水處理 基礎環(huán)灌漿加固基礎環(huán)灌漿加固19901990年年1 1月月: : 封閉封閉19921992年年7 7月：月：加固塔身，用壓重加固塔身，用壓重 法和取土法進行地法和取土法進行地 基處理基處理處理措施處理措施原因：原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強度較低，和粘土層，強度較低，變形較大變形較大。 經(jīng)過經(jīng)過1111年的糾傾工作，年的糾傾工作，20012001年年1212月月1515日向游人重新開放，比薩斜塔被日向

14、游人重新開放，比薩斜塔被扳扳“正正”0.440.44米，目前還傾斜米，目前還傾斜4.54.5米，基本恢復到米，基本恢復到1818世紀末的水平。世紀末的水平。 蘇州虎丘塔蘇州虎丘塔建于宋太祖建隆二年建于宋太祖建隆二年（公元（公元961年），距今已有年），距今已有1000多年多年歷史?；⑶鹚鼗鶠榉圪|(zhì)粘土，呈可歷史?；⑶鹚鼗鶠榉圪|(zhì)粘土，呈可塑至軟塑狀態(tài)，西南薄，東北厚。塔塑至軟塑狀態(tài)，西南薄，東北厚。塔身落在人工塊石填土層上，由于地基身落在人工塊石填土層上，由于地基的不均勻沉降。塔身向東北方向嚴重的不均勻沉降。塔身向東北方向嚴重傾斜，塔頂離中心線達傾斜，塔頂離中心線達 2.3m，塔傾塔傾斜后，使

15、東北部位應力集中，超過磚斜后，使東北部位應力集中，超過磚體抗壓強度而壓裂。體抗壓強度而壓裂。1956年年, 蘇州市蘇州市政府邀請古建筑專家采用鐵箍灌漿辦政府邀請古建筑專家采用鐵箍灌漿辦法，加固修整；法，加固修整；1981年開始，對該塔年開始，對該塔又進行了歷時又進行了歷時6年全面的整修，加固年全面的整修，加固地基、補作基礎、修繕塔體、復建塔地基、補作基礎、修繕塔體、復建塔座，終于保住了這座古塔。但由于底座，終于保住了這座古塔。但由于底層塔身發(fā)生多條裂縫，成為危險建筑，層塔身發(fā)生多條裂縫，成為危險建筑，一九七五年開始，虎丘塔便已關閉，一九七五年開始，虎丘塔便已關閉，不再允許游客進入。不再允許游客

16、進入。蘇州虎丘塔蘇州虎丘塔 上海工業(yè)展覽館上海工業(yè)展覽館 19541954年興建的上海工業(yè)展覽館中年興建的上海工業(yè)展覽館中央大廳，因地基約有央大廳，因地基約有14m14m厚的淤泥質(zhì)厚的淤泥質(zhì)軟粘土，盡管采用了軟粘土，盡管采用了7.27m7.27m的箱形基的箱形基礎，建成后當年就下沉礎，建成后當年就下沉600mm600mm。19571957年年6 6月展覽館中央大廳四角的沉降最月展覽館中央大廳四角的沉降最大達大達1465.5mm1465.5mm，最小沉降量為，最小沉降量為1228mm1228mm。19571957年年7 7月，經(jīng)蘇聯(lián)專家及月，經(jīng)蘇聯(lián)專家及清華大學陳希哲教授、陳梁生教授清華大學陳希

17、哲教授、陳梁生教授的觀察、分析，認為對裂縫修補后的觀察、分析，認為對裂縫修補后可以繼續(xù)使用可以繼續(xù)使用( (均勻沉降均勻沉降) )。1979年年9月時，展覽館中央大廳平均沉降達月時，展覽館中央大廳平均沉降達1600mm，已逐漸趨向穩(wěn)定，目前工，已逐漸趨向穩(wěn)定，目前工程使用良好。程使用良好。 地基基礎設計的典范地基基礎設計的典范廣州白云賓館廣州白云賓館 實踐證明：工程中的事故以地基基礎的設計以及對地基處理不當造成的事故較多，實踐證明：工程中的事故以地基基礎的設計以及對地基處理不當造成的事故較多，因地基強度不足，投資昂貴或出現(xiàn)工程問題。不管是建筑在何種地基土層上，都有一個最因地基強度不足，投資昂貴

18、或出現(xiàn)工程問題。不管是建筑在何種地基土層上，都有一個最優(yōu)基礎設計方案的選擇問題，處理得當，投資少、工程良好，例廣州白云賓館就是很好的優(yōu)基礎設計方案的選擇問題，處理得當，投資少、工程良好，例廣州白云賓館就是很好的證明。證明。廣州的白云賓館主樓建筑總高度廣州的白云賓館主樓建筑總高度114.05m，平面，平面尺寸為尺寸為1870m2,共共33層，總重近層，總重近1106kN，建筑在一丘陵地帶，上部系殘積、坡積的覆蓋土，土建筑在一丘陵地帶，上部系殘積、坡積的覆蓋土，土層呈褐色或紅褐色，可塑粉質(zhì)粘土，總厚度變化為層呈褐色或紅褐色，可塑粉質(zhì)粘土，總厚度變化為1027.75m之間，其下埋藏著第三紀砂巖與礫巖

19、之間，其下埋藏著第三紀砂巖與礫巖的交互成層土，基巖起伏面較大，考慮到土層的傾斜的交互成層土，基巖起伏面較大，考慮到土層的傾斜分布并考慮抗震的要求，基礎采用分布并考慮抗震的要求，基礎采用287根直徑根直徑1m的的灌柱樁，樁嵌入基巖灌柱樁，樁嵌入基巖0.51.0m，最長樁，最長樁17.25m,單樁荷載試驗容許承載力為單樁荷載試驗容許承載力為4500kN，建成時沉降，建成時沉降量僅為量僅為4mm，目前建筑物使用情況良好。，目前建筑物使用情況良好。墻內(nèi)豎有木柱茅草下密排樹枝起龍骨作用。 d56m新石器時代新石器時代 西安半坡村遺址的土臺和石基基礎西安半坡村遺址的土臺和石基基礎四、基礎工程的發(fā)展概況四、

20、基礎工程的發(fā)展概況公元前公元前214214年，由秦始皇擴建年，由秦始皇擴建完成的萬里長城。完成的萬里長城。北京故宮太和殿。建于明永北京故宮太和殿。建于明永樂樂1818年，（年，（14201420年）是故宮年）是故宮最壯觀的建筑，也是我國現(xiàn)最壯觀的建筑，也是我國現(xiàn)存最大的木構殿堂。殿建在存最大的木構殿堂。殿建在三層漢白玉臺基上。三層漢白玉臺基上。隋代李春建造的趙州橋隋代李春建造的趙州橋橋為橋為敞肩圓弧石拱敞肩圓弧石拱，距今已有，距今已有14001400多年，世界最早最長（多年，世界最早最長（的石拱橋。的石拱橋?！皣H歷史土木工程第國際歷史土木工程第1212個里程碑個里程碑” ” 上海龍華古塔上海

21、龍華古塔 龍華塔位于上海市龍龍華塔位于上海市龍華公園南側，直徑華公園南側，直徑8.0m8.0m，7 7層，高層，高40.40m40.40m。該塔建于。該塔建于北宋（公元北宋（公元977977年），距今年），距今已有已有10001000多年歷史。龍華多年歷史。龍華塔的塔基使用了大量的木塔的塔基使用了大量的木樁，值得稱道的是建塔者樁，值得稱道的是建塔者用三合土對木樁進行了很用三合土對木樁進行了很好的隔離防腐處理，木樁好的隔離防腐處理，木樁因之保存千年而不腐，使因之保存千年而不腐，使龍華古塔至今風光依然龍華古塔至今風光依然u 基礎工程的重要性基礎工程的重要性 基礎工程造價基礎工程造價在整個工程造價中

22、占有相當大的比例。對在整個工程造價中占有相當大的比例。對常規(guī)鋼筋砼結構和一般地質(zhì)條件而言，采用條基或筏基的多常規(guī)鋼筋砼結構和一般地質(zhì)條件而言，采用條基或筏基的多層建筑，其基礎工程的費用約占建筑總費用的層建筑，其基礎工程的費用約占建筑總費用的2020，有的甚，有的甚至高達至高達3030。施工工期約占建筑總工期的。施工工期約占建筑總工期的20202525，一般的，一般的樁基與之相近。對于高層建筑，其地基基礎工程造價、設計樁基與之相近。對于高層建筑，其地基基礎工程造價、設計要求和施工難度會進一步提高。要求和施工難度會進一步提高。 社會發(fā)展對基礎工程提出越來越高的社會發(fā)展對基礎工程提出越來越高的要求要

23、求。隨著建筑業(yè)。隨著建筑業(yè)的發(fā)展和土地資源的有限性，應充分利用各種不良地基、少的發(fā)展和土地資源的有限性，應充分利用各種不良地基、少占耕地、最大限度地提高土地利用率。占耕地、最大限度地提高土地利用率。 最近幾十年來，由于土木工程建設的需要，特別是電子最近幾十年來，由于土木工程建設的需要，特別是電子計算機和計算理論的發(fā)展及其在土木工程中的應用，使得計算機和計算理論的發(fā)展及其在土木工程中的應用，使得基礎工程，無論是設計理論，還是施工技術都得到了迅速基礎工程，無論是設計理論，還是施工技術都得到了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的基礎形式。的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的基礎形式。 深、大、復合型方向發(fā)展：超長樁、巨型鋼筋混凝土深、大、復合型方向發(fā)展：超長樁、巨型鋼筋混凝土浮運沉井、大型盾構、頂管、地下連續(xù)墻等。浮運沉井、大型盾構、頂管、地下連續(xù)墻等。 地基基礎形式多樣化地基基礎形式多樣化( (尤其在地基處理技術中尤其在地基處理技術中) )：強夯、：強夯、深層攪拌樁、樹根樁、復合樁基、錨桿、加筋土等。深層攪拌樁、樹根樁、復合樁基、錨桿、加筋土等。 新型基礎材料不斷涌現(xiàn)：最初的磚、石到混凝土、鋼，