基礎(chǔ)工程 緒論課件

1、基礎(chǔ)工程主要內(nèi)容第一章、緒論第二章、天然地基上的淺基礎(chǔ)第三章、連續(xù)基礎(chǔ)第四章、樁基礎(chǔ)第五章、地基處理第六章、土工合成材料第七章、擋土墻第八章、基坑工程第九章、特殊土地基第十章、地基基礎(chǔ)抗震第一章、緒論基礎(chǔ)工程學(xué)科的發(fā)展概況基礎(chǔ)工程設(shè)計和施工所需的資料基礎(chǔ)工程設(shè)計計算應(yīng)注意的事項基礎(chǔ)工程的發(fā)展方向基礎(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。圖1-1 橋梁結(jié)構(gòu)各部分立面示意圖1-

2、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)結(jié)構(gòu)荷載基底壓力天然地基：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)剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)單獨(dú)和聯(lián)合基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)筏板和箱形基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)沉井基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)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%； 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、巴樁基大廈（地基破壞）； 上海錦江飯店整體下沉、香港寶成大廈失穩(wěn)。特點(diǎn)實(shí)例軟弱地基 整體破壞地基土承載力低，產(chǎn)生強(qiáng)度破壞地基不均勻沉降， 建筑傾斜基巖不均勻 軟土層案例一：比薩斜塔 世

3、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(shí)的危塔。案例一：比薩斜塔案例二：加拿大特朗斯康谷倉案例三：墨西哥城某建筑 案例四：日本新瀉地震 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

4、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(dú)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)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(shí)，成為一門較成熟的獨(dú)立的現(xiàn)代學(xué)科。二、基礎(chǔ)工程學(xué)科的發(fā)展概況 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

5、筑逾千百年仍留存至今安然無恙的事實(shí)就充分說明了這一點(diǎn)。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(dú)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(shí)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，具有悠久的歷史。中國古代案例：趙州橋 中國古代案例二：河姆渡木樁 中國古代案例四：蘇州虎丘塔基礎(chǔ)工程設(shè)計計算注意的事項（一）基礎(chǔ)工程設(shè)計計算的原則 1基礎(chǔ)底面

6、的壓力小于地基的容許承載力；2地基及基礎(chǔ)的變形值小于建筑物要求的沉降值；3地基及基礎(chǔ)的整體穩(wěn)定性有足夠保證；4基礎(chǔ)本身的強(qiáng)度滿足要求。 地基與基礎(chǔ)方案的確定主要取決于地基土層的工程性質(zhì)與水文地質(zhì)條件、荷載特性、上部結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式及使用要求，以及材料的供應(yīng)和施工技術(shù)等因素，方案選擇的原則是：力求使用上安全可靠、施工技術(shù)上簡便可行和經(jīng)濟(jì)上合理。因此，必要時應(yīng)作不同方案的比較，從中選出較為適宜與合理的設(shè)計方案和施工方案。（二）考慮地基、基礎(chǔ)、墩臺及上部結(jié)構(gòu)整體作用 建筑物是一個整體，地基、基礎(chǔ)、墩臺和上部結(jié)構(gòu)是共同工作且相互影響的，地基的任何變形都必定引起基礎(chǔ)、墩臺和上部結(jié)構(gòu)的變形；不同類型的基礎(chǔ)會

7、影響上部結(jié)構(gòu)的受力和工作；上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征也必然對基礎(chǔ)的類型與地基的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定條件提出相應(yīng)的要求，同時恰當(dāng)?shù)纳喜拷Y(jié)構(gòu)、墩臺結(jié)構(gòu)型式也具有調(diào)整地基基礎(chǔ)受力條件，改善位移情況的能力。因此，基礎(chǔ)工程應(yīng)緊密結(jié)合上部結(jié)構(gòu)、墩臺特性和要求進(jìn)行；上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計也應(yīng)充分考慮地基的特點(diǎn)，把整個結(jié)構(gòu)物作為一個整體，考慮其整體作用和各個組成部分的共同作用。(三)基礎(chǔ)工程極限狀態(tài)設(shè)計 應(yīng)用可靠度理論進(jìn)行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計是當(dāng)前國際上一種共同發(fā)展的趨勢，是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域一次帶有根本性的變革。可靠性分析設(shè)計又稱概率極限狀態(tài)設(shè)計。 可靠性含義就是指系統(tǒng)在規(guī)定的時間內(nèi)在規(guī)定的條件下完成預(yù)定功能的概率。系統(tǒng)不能完成預(yù)定功能

8、的概率即是失效概率。這種以統(tǒng)計分析確定的失效概率來度量系統(tǒng)可靠性的方法即為概率極限狀態(tài)設(shè)計方法。 結(jié)構(gòu)設(shè)計的極限狀態(tài)一般分為承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，承載力極限狀態(tài)指結(jié)構(gòu)失穩(wěn)或強(qiáng)度不足，正常使用極限狀態(tài)指結(jié)構(gòu)變形或局部損壞使其不能滿足正常使用和耐久性的情況。 地基基礎(chǔ)設(shè)計中的承載力極限狀態(tài)不僅包含了地基整體失穩(wěn)所引起的極限狀態(tài)，也包含了由于地基土的變形或局部破壞使上部結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重破壞的情況，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。 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(diǎn)的土性可以差別很大，即使同一地點(diǎn)，同一土層的土，其性質(zhì)

9、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(yàn)、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，樣品測值與真實(shí)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(diǎn) 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(diǎn) ： 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)

10、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，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(yàn)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。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，所驗(yàn)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

11、是小尺寸的試件如何代表實(shí)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(diǎn)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。 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(shí)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(yàn)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

12、用極限狀態(tài)設(shè)計工作也已提到議事日程上了。結(jié)論：基礎(chǔ)工程的發(fā)展方向（一）開展地基的強(qiáng)度、變形特性的基本理論研究 由于天然地基中土層較復(fù)雜，具有明顯的非線性和各向異性，粘性土更具有回滯性及時間效應(yīng)，因此，地基土的強(qiáng)度、變形的基本理論及計算方法的研究，應(yīng)結(jié)合巖土力學(xué)的新成果、現(xiàn)代計算方法和計算工具的發(fā)展而提高。同時要加強(qiáng)地基土的試驗(yàn)研究，尤其是原位測試的研究。考慮土的不均勻性，采用數(shù)理統(tǒng)計的分析方法，具有較大的實(shí)用價值。 我國土地遼闊，幅員廣大，地基土的種類繁多，性質(zhì)相差懸殊，很多土具有區(qū)域性特性，因此，應(yīng)加強(qiáng)對軟土、黃土、膨脹土和多年凍土等區(qū)域性特殊土的基本理論、特性和處理措施的研究。（二）進(jìn)一步開展各類基礎(chǔ)型式設(shè)計理論和施工方法的研究 樁基礎(chǔ)是我國采用較多的深基礎(chǔ)型式，其結(jié)構(gòu)輕巧且形式多樣，便于因地制宜，適應(yīng)性較強(qiáng)，也便于機(jī)械化施工。因此，應(yīng)大力發(fā)展樁基礎(chǔ)技術(shù)，進(jìn)一步發(fā)展各種樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式、通過試驗(yàn)和理論研究進(jìn)一步明確各種條件下荷載傳遞機(jī)理，樁土共同作用關(guān)系，樁基礎(chǔ)沉降計算，完善樁基礎(chǔ)的設(shè)計計算理論。 基礎(chǔ)施工方面，應(yīng)加強(qiáng)施工機(jī)械化、自動化及各種新技術(shù)應(yīng)用于施工工藝的研究，以提高施