《基礎(chǔ)工程》第一章 緒論

基礎(chǔ)工程第1章

緒論內(nèi)容提要

基礎(chǔ)工程的含義地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本要求基礎(chǔ)工程的發(fā)展?fàn)顩r基礎(chǔ)工程課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)要求1.1基礎(chǔ)工程的含義建筑物上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地基建筑物三部分示意圖

“萬(wàn)丈高樓平地起”，說(shuō)明了基礎(chǔ)工程的重要性。

建筑物的全部重力荷載和水平荷載都由其下面的地層來(lái)承擔(dān)。受建筑物荷載影響的那部分地層稱為地基；建筑物向地基傳遞荷載的下部結(jié)構(gòu)物稱為基礎(chǔ)。地基與基礎(chǔ)是保證建筑物安全和滿足使用要求的關(guān)鍵之一。

基礎(chǔ)的作用是擴(kuò)散上部結(jié)構(gòu)的荷載，減小直接作用在地層上的應(yīng)力強(qiáng)度，最終將擴(kuò)散后的荷載傳遞給地基。地基可分為天然地基和人工地基。天然地基：是指未經(jīng)過(guò)處理就可以直接設(shè)置基礎(chǔ)的

天然土層稱為天然地基。人工地基：是指經(jīng)過(guò)人工加固處理后的地基稱為人

工地基。

在地基受力層范圍內(nèi)，基礎(chǔ)底面下直接承受荷載、基礎(chǔ)直接擱置其上的土層，稱為地基的持力層。持力層之下受荷載影響較小的土層，稱為地基的下臥層。

基礎(chǔ)的埋置深度，對(duì)于建筑工程，是指基礎(chǔ)底面到地面的豎向距離；對(duì)于橋梁工程，在無(wú)沖刷時(shí)為基礎(chǔ)底面到河底面的距離，在有沖刷時(shí)為基礎(chǔ)底面到局部沖刷線的距離。

基礎(chǔ)根據(jù)埋置深度分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)。

淺基礎(chǔ)：通常指埋置深度較淺（一般在５ｍ以內(nèi)）且施工簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)，如柱下獨(dú)立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)、交叉梁基礎(chǔ)和箱形基礎(chǔ)等。

深基礎(chǔ)：若淺層土質(zhì)不良，需將基礎(chǔ)置于較深的良好土層上（一般埋置深度大于５ｍ）且施工較復(fù)雜的基礎(chǔ)，如樁基、沉井、沉箱、地下連續(xù)墻、樁箱基礎(chǔ)和樁筏基礎(chǔ)等。

基礎(chǔ)埋置在土層內(nèi)深度雖較淺，但在水下部分較深，如深水中橋墩基礎(chǔ)，稱為深水基礎(chǔ)。

目前，我國(guó)土木工程中應(yīng)用最多的深基礎(chǔ)是樁基礎(chǔ)。

地基基礎(chǔ)在整個(gè)建設(shè)工程中占有重要的地位，地基和基礎(chǔ)是建筑物的根基，統(tǒng)稱為基礎(chǔ)工程。

地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本要求實(shí)際上就是防止地基基礎(chǔ)出現(xiàn)破壞，保證建筑物的安全和正常使用。在地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中必須滿足以下技術(shù)條件：1.2地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本要求（１）地基應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，在建筑物荷載作用

下，不至于發(fā)生整體失穩(wěn)破壞；（地基土強(qiáng)度問(wèn)題）（２）地基不能產(chǎn)生影響建筑物正常使用的過(guò)大變

形和基礎(chǔ)之間的差異變形；（地基土的變形

問(wèn)題）（３）基礎(chǔ)作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件，本身應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和

剛度，在地基反力作用下基礎(chǔ)不會(huì)破壞，并

具有調(diào)整不均勻沉降的能力。基礎(chǔ)還應(yīng)該具

有與相應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)相適應(yīng)的耐久性。以下是幾個(gè)典型的涉及基礎(chǔ)破壞的工程案例1.比薩斜塔

比薩斜塔是舉世聞名的建筑物傾斜的典型實(shí)例。意大利比薩斜塔1173年動(dòng)工修建，當(dāng)塔修建至24m高時(shí)發(fā)生傾斜，100年后續(xù)建該塔至塔頂，建成后塔高54.5m。塔身呈圓筒形，1～6層由優(yōu)質(zhì)大理石砌成，頂部與7、8層采用磚和輕石料。全塔總重約145MN，基礎(chǔ)底面平均壓力約50kPa。地基持力層為粉砂，下面為粉土和黏土層。目前塔北側(cè)沉降超過(guò)1m，南側(cè)沉降近3m，南北兩端沉降差1.8m，塔頂偏離中心線約5.54m（傾斜約5.5°）。為使斜塔安全留存，意大利政府后在國(guó)際范圍內(nèi)進(jìn)行了招標(biāo)，對(duì)斜塔進(jìn)行了加固處理。2.特朗斯康谷倉(cāng)建于1914年的加拿大特朗斯康谷倉(cāng)由65個(gè)圓柱形筒倉(cāng)構(gòu)成，高31m，寬23.5m，其下為鋼筋混凝土筏形基礎(chǔ)，由于事前不了解基礎(chǔ)下埋藏有厚達(dá)16m的軟黏土層，谷倉(cāng)建成初次儲(chǔ)存谷物達(dá)27000t后，發(fā)現(xiàn)谷倉(cāng)明顯下沉，結(jié)果谷倉(cāng)西側(cè)突然陷入土中7.3m，東側(cè)上抬1.5m，倉(cāng)身傾斜近27°。后查明谷倉(cāng)基礎(chǔ)底面單位面積壓力超過(guò)300kPa，而地基中的軟黏土層極限承載力才約250kPa，因此造成地基產(chǎn)生整體破壞并引發(fā)谷倉(cāng)嚴(yán)重傾斜。該谷倉(cāng)由于整體剛度極大，因此雖傾斜極為嚴(yán)重，但谷倉(cāng)本身卻完好無(wú)損。后于土倉(cāng)基礎(chǔ)之下做了70多個(gè)支承于下部基巖上的混凝土墩，使用了388個(gè)50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)才把倉(cāng)體逐漸扶正，但其位置比原來(lái)降低了近4.0m。(2)唐山地震。1976年7月28日發(fā)生在我國(guó)唐山市的大地震是人類歷史上造成損失最嚴(yán)重的地震之一，震級(jí)7.8級(jí)，大量建筑物在地震中倒塌損毀，地基土的液化失效是其中的主要原因之一，唐山礦冶學(xué)院圖書館書庫(kù)因地基土液化失效致使其第一層全部陷入地面以下。３.地震液化(1)日本新瀉地震。日本新瀉市于1964年６月16日發(fā)生了7.5級(jí)大地震，當(dāng)?shù)卮竺娣e的砂土地基由于在地震過(guò)程中產(chǎn)生振動(dòng)液化現(xiàn)象而失去了承載能力，毀壞房屋近2890幢。

基礎(chǔ)工程和其他技術(shù)學(xué)科一樣，是人類在長(zhǎng)期生產(chǎn)實(shí)踐中不斷發(fā)展起來(lái)的。在一個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展過(guò)程中，許多研究者繼承前人的研究，總結(jié)了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，孕育了本學(xué)科的雛形。20世紀(jì)20年代，基礎(chǔ)工程有了比較系統(tǒng)、完整的專著問(wèn)世，1936年，第一屆國(guó)際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程會(huì)議后，土力學(xué)與基礎(chǔ)工程作為一門獨(dú)立的學(xué)科，從此步入了快速發(fā)展的軌道。

距今6000年左右的我國(guó)西安市半坡村遺址土臺(tái)和石基礎(chǔ)即為一例。公元前2世紀(jì)修建的萬(wàn)里長(zhǎng)城，后來(lái)修建的南北大運(yùn)河、黃河大堤以及宏偉的宮殿、寺廟、寶塔等建筑，都有堅(jiān)固的地基基礎(chǔ)，經(jīng)歷強(qiáng)風(fēng)考驗(yàn)，留存至今。

1.3基礎(chǔ)工程的發(fā)展?fàn)顩r

隋朝（公元605年左右）李春修建的河北省趙州橋?yàn)槭澜缱钤缱铋L(zhǎng)的石拱橋，其結(jié)構(gòu)合理、造型美觀，橋臺(tái)落在黏性天然地基上，地層表面是久經(jīng)水流沖刷的粗砂層，以下是細(xì)石、粗石、細(xì)砂和黏土層。

根據(jù)現(xiàn)代測(cè)算，這里的地層能夠承受450～660kPa的壓力，而趙州橋?qū)Φ孛娴膲毫?00～660kPa，能夠滿足大橋的要求。

自建橋到現(xiàn)在，橋基僅下沉了50mm，至今安然無(wú)恙。1991年美國(guó)土木工程師學(xué)會(huì)選定趙州橋?yàn)椤皣?guó)際歷史土木工程第12個(gè)里程碑”。

作為應(yīng)用科學(xué)，基礎(chǔ)工程又是一門年輕的學(xué)科。十八世紀(jì)歐洲產(chǎn)業(yè)革命以后，水利、道路以及城市建設(shè)工程中大型建筑物的興建，提出了大量與土的力學(xué)性態(tài)有關(guān)的問(wèn)題，并要求在大量實(shí)踐基礎(chǔ)上建立起一定的理論來(lái)指導(dǎo)以后的工程實(shí)踐。庫(kù)侖（Coulomb,C.A.1773）提出著名的抗剪強(qiáng)度公式和土壓力理論。1857年英國(guó)人W.J.M朗肯（Rankine）又從不同途徑提出了擋土墻的土壓力理論。1885年法國(guó)學(xué)者J.布辛奈斯克（Boussinesq）求得了彈性半空間體在豎向集中力作用下的應(yīng)力和位移解。1852年法國(guó)的H.達(dá)西（Darcy）創(chuàng)立了砂性土的滲流理論“達(dá)西定律”。

1922年瑞典學(xué)者費(fèi)倫紐斯(W.Fellenius)提出了解決了鐵路滑坡，完善了土坡穩(wěn)定分析圓弧法。這一時(shí)期的理論研究為土力學(xué)發(fā)展成為一門獨(dú)立學(xué)科奠定了基礎(chǔ)。這些理論與方法，至今仍廣泛應(yīng)用。

1925年太沙基發(fā)表第一部土力學(xué)專著，標(biāo)志著土力學(xué)成為一門獨(dú)立的學(xué)科。為了總結(jié)和交流世界各國(guó)的理論和經(jīng)驗(yàn)，從1936年起，每隔４年召開一次國(guó)際土力學(xué)和基礎(chǔ)工程會(huì)議，各地區(qū)也召開類似的專業(yè)會(huì)，提交大量論文與研究報(bào)告。

基礎(chǔ)工程發(fā)展至今在設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)及測(cè)試工作中都存在很多有待進(jìn)一步完善和解決的問(wèn)題。我國(guó)基礎(chǔ)工程科學(xué)技術(shù)著重開展了以下工作：地基強(qiáng)度、變形特性的基本理論研究；各種基礎(chǔ)型式的創(chuàng)新，基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論與施工方法的創(chuàng)新。

本教材主要介紹淺基礎(chǔ)、深基礎(chǔ)、擋土墻、地基處理、基坑工程、特殊土地基以及基礎(chǔ)工程抗震等內(nèi)容。

本課程專門研究建造在巖土地層上建筑物基礎(chǔ)及有關(guān)結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)與建造技術(shù)的工程學(xué)科，是巖土工程學(xué)的組成部分。本課程建立在土力學(xué)的基礎(chǔ)之上，涉及工程地質(zhì)學(xué)、彈性力學(xué)、塑性力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工等學(xué)科領(lǐng)域。它的內(nèi)容廣泛，綜合性強(qiáng)，學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)該突出重點(diǎn)，兼顧全面。1.4基礎(chǔ)工程課程的特點(diǎn)及學(xué)習(xí)要求1.課程特點(diǎn)：根據(jù)建筑物對(duì)基礎(chǔ)功能的特殊要求，通過(guò)勘探、試驗(yàn)、原位測(cè)試等，了解巖土地層的工程性質(zhì)，然后結(jié)合工程實(shí)際，根據(jù)上部結(jié)構(gòu)對(duì)變形的要求，運(yùn)用土力學(xué)及工程結(jié)構(gòu)的基本原理，分析巖土地層、基礎(chǔ)工程與結(jié)構(gòu)物的相互作用及其變形與穩(wěn)定的規(guī)律，制定出合理的基礎(chǔ)工程方案和建造技術(shù)措施，確保建筑物在施工階段和使用階段的安全與穩(wěn)定。

原則上，本課程以工程要求和勘探試驗(yàn)為依據(jù)，以巖土與基礎(chǔ)共同作用和變形與穩(wěn)定分析為核心，以優(yōu)化基礎(chǔ)方案與建造技術(shù)為靈魂，以解決工程問(wèn)題確保建筑物安全與穩(wěn)定為目的。2.學(xué)習(xí)要求：采用理論緊密聯(lián)系工程實(shí)際的方法，注意掌握巖土地層工程性質(zhì)的識(shí)別與應(yīng)用，正確合理地解決基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和施工問(wèn)題。學(xué)習(xí)本課程應(yīng)該重視土力學(xué)與工程地質(zhì)學(xué)的基本理論和知識(shí)，培養(yǎng)閱讀和使用工程地質(zhì)勘察資料的能力，并逐步掌握地基土野外鑒別能力；同時(shí)學(xué)會(huì)運(yùn)用土力學(xué)的基本理論，結(jié)合結(jié)構(gòu)計(jì)算和施工知識(shí)，合理地解決基礎(chǔ)工程問(wèn)題。學(xué)習(xí)基礎(chǔ)工程重在實(shí)踐，通過(guò)實(shí)踐，才能理解理論知識(shí)，才能真正學(xué)好基礎(chǔ)工程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)重點(diǎn)掌握淺基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)，掌握基坑支護(hù)和擋土墻計(jì)算設(shè)計(jì)的基本原理、適用范圍、作用和機(jī)理等內(nèi)容，具備合理選擇基礎(chǔ)類型與基坑支護(hù)方法的能力；掌握常用的基礎(chǔ)與擋土墻的設(shè)計(jì)計(jì)算知識(shí)，并具備常用的基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)計(jì)算能力；熟悉常用的深基礎(chǔ)與基坑工程施工技術(shù)方法、常用機(jī)具與施工工藝。同時(shí)，地基基礎(chǔ)問(wèn)題的發(fā)生和解決具有明顯的區(qū)域性特征。要能夠正確