基礎(chǔ)工程：緒論

基礎(chǔ)工程:緒論一、基礎(chǔ)工程學(xué)的研究對(duì)象基礎(chǔ)工程學(xué)研究的對(duì)象是各類(lèi)建筑物（房屋建筑、橋梁建筑、水工建筑、近海工程、地下工程等）的地基基礎(chǔ)和擋土結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)和施工，以及為滿(mǎn)足基礎(chǔ)工程要求進(jìn)行的地基處理方法。可以認(rèn)為基礎(chǔ)工程是巖土工程的一個(gè)重要組成部分，即用巖土工程的基本理論和方法去解決地基基礎(chǔ)方面的工程問(wèn)題。由于基礎(chǔ)是建筑物結(jié)構(gòu)的一部分，在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中需要大量的結(jié)構(gòu)計(jì)算，所以基礎(chǔ)工程學(xué)也與結(jié)構(gòu)計(jì)算理論和計(jì)算技術(shù)密切相關(guān)。二、地基與基礎(chǔ)基礎(chǔ)工程學(xué)研究的對(duì)象實(shí)際就是地基與基礎(chǔ)問(wèn)題。1、地基：指的是直接承托建筑物的場(chǎng)地土層。在建筑物荷載下地基土?xí)a(chǎn)生附加應(yīng)力和變形，其范圍隨基礎(chǔ)類(lèi)型和尺度、荷載大小以及土層分布而不同。建筑物對(duì)地基的要求是滿(mǎn)足強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定的要求，這要求除考慮地基土本身的強(qiáng)度和變形特性外，還應(yīng)考慮周?chē)牡刭|(zhì)和水文條件、氣候和環(huán)境條件及其變化對(duì)建筑物施工階段和使用期間的影響。流砂管涌、液化、凍脹、濕陷等。

持力層和下臥層的概念當(dāng)建筑物地基由多層土組成時(shí)，直接與基礎(chǔ)底面接觸的土層稱(chēng)為持力層，持力層以下的其它土層稱(chēng)為下臥層。持力層和下臥層都應(yīng)滿(mǎn)足地基設(shè)計(jì)的要求，但對(duì)持力層的要求顯然比對(duì)下臥層要高。地基又可分為天然地基和人工地基兩類(lèi)，前者是不加處理直接用作建筑物地基的天然土層，后者是經(jīng)過(guò)地基處理后才滿(mǎn)足建筑物地基要求的土層。顯然，當(dāng)能滿(mǎn)足基礎(chǔ)工程的要求時(shí)，采用天然地基是最經(jīng)濟(jì)的。2、基礎(chǔ)是建筑物在地面以下的結(jié)構(gòu)部分，與上部結(jié)構(gòu)一樣應(yīng)滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度和耐久性的要求。之所以將基礎(chǔ)從上部結(jié)構(gòu)分出研究是由于以下的原因：(1)基礎(chǔ)是直接與地基土接觸的結(jié)構(gòu)部分，與地基土的關(guān)系比上部結(jié)構(gòu)密切得多。在設(shè)計(jì)中，除考慮上部結(jié)構(gòu)傳下的荷載、基礎(chǔ)的材料和結(jié)構(gòu)形式外，還必須考慮地基土的強(qiáng)度和變形特性，而常規(guī)的上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)往往不考慮后者。(2)基礎(chǔ)施工有專(zhuān)門(mén)的技術(shù)和方法，包括基坑開(kāi)挖、施工降水、樁基礎(chǔ)和其它深基礎(chǔ)的專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)、各類(lèi)地基處理技術(shù)等?；A(chǔ)施工受自然條件和環(huán)境條件的影響要比上部結(jié)構(gòu)大得多。（3）基礎(chǔ)有獨(dú)特的功能和構(gòu)造要求。例如地下室的功能和抗浮防滲要求、抗變形和抗震構(gòu)造、特殊土地基上的構(gòu)造等。根據(jù)設(shè)計(jì)和施工方法的不同，基礎(chǔ)又可分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)兩大類(lèi)。后者一般考慮基礎(chǔ)側(cè)面的抗力作用并使用專(zhuān)門(mén)的施工機(jī)械和方法。地基和基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)往往不能截然劃分，正確的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)必須建立在合理的地基評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上。“地基”、“基礎(chǔ)”在英語(yǔ)中用同一名詞“Foundation”，反映了兩者的不可分割性。三、基礎(chǔ)工程是土木工程的重要組成部分基礎(chǔ)工程是土木工程的一個(gè)組成部分，其重要性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1）地基基礎(chǔ)問(wèn)題是土木工程領(lǐng)域普遍存在的問(wèn)題?；A(chǔ)設(shè)計(jì)和施工是整座建筑物設(shè)計(jì)和施工中必不可少的一環(huán)，掌握基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)理論和方法、了解施工原理和過(guò)程是不可缺少的訓(xùn)練。當(dāng)?shù)鼗鶙l件復(fù)雜或者惡劣時(shí)，基礎(chǔ)工程經(jīng)常會(huì)成為工程中的難點(diǎn)和首先需要解決的問(wèn)題。而由于土的復(fù)雜性、勘測(cè)工作的有限性等造成巖土工程的不定性和經(jīng)驗(yàn)性，基礎(chǔ)工程問(wèn)題又往往成為最難把握的問(wèn)題。2）地基基礎(chǔ)造價(jià)占土建總造價(jià)相當(dāng)大的比例。在軟土地區(qū)，可達(dá)百分之十幾甚至超過(guò)百分之二十，如包括地下室則更高。這樣高的造價(jià)既要求設(shè)計(jì)和施工必須保證建筑物的安全和正常使用，同時(shí)也提出是否能選擇最合適的設(shè)計(jì)方案和施工方法，以降低基礎(chǔ)部分的造價(jià)。這在正確的理論和豐富的經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)下是能夠做到的。3）地基基礎(chǔ)事故累見(jiàn)不鮮，有時(shí)甚至釀成重大損失。而一旦發(fā)生了地基事故，彌補(bǔ)和整治是費(fèi)錢(qián)、費(fèi)力又費(fèi)時(shí)的事。工程事故常常由地基事故所引起，例如國(guó)際水利工程的統(tǒng)計(jì)表明，自1830年以來(lái)，大壩失事中有25%可歸咎于地基事故。而造成基礎(chǔ)工程事故的原因有勘測(cè)、設(shè)計(jì)或施工的失誤，環(huán)境氣候的變化，乃至使用的不當(dāng)?shù)?，有時(shí)這些原因可以同時(shí)存在。某一環(huán)節(jié)失誤或者考慮不周就可能釀發(fā)事故。廣州建筑物坍塌建筑物墻體開(kāi)裂TransconaGrainElevator加拿大Transcona谷倉(cāng)，建于1913年。高31m，寬23m。地基破壞后，西側(cè)下陷7.32m，東側(cè)抬高1.52m，傾斜27o。后用388個(gè)50T千斤頂糾正，但位置較原先下降4m。

虎丘塔蘇州虎丘塔，建于公元959～961年期間，7級(jí)8角形磚塔，塔底直徑13.66m，高47.5m。塔頂1957年位移1.7m，1978年2.3m。重心偏離基礎(chǔ)軸線(xiàn)0.924m?；⑶鹚鼗翞槭澜绾币?jiàn)的軟弱土，層厚達(dá)25m。因此，墨西哥城藝術(shù)宮嚴(yán)重下沉，沉降量竟高達(dá)4m。臨近的公路下沉2m，公路路面至藝術(shù)宮門(mén)前高差達(dá)2m。參觀者需步下9級(jí)臺(tái)階，才能從公路進(jìn)入藝術(shù)宮。這是地基沉降最嚴(yán)重的典型實(shí)例。墨西哥博物館不均勻沉降

大量的地基事故則由地基變形所引起。由于地基的不均勻變形，基礎(chǔ)之間產(chǎn)生差異沉降，發(fā)生撓曲或傾斜，上部結(jié)構(gòu)受到影響，也會(huì)產(chǎn)生傾斜、扭轉(zhuǎn)、撓曲，并可能造成結(jié)構(gòu)的損壞。不僅影響到建筑物的正常使用功能，有時(shí)還危及建筑物的安全。對(duì)于這樣的建筑物，常常需要實(shí)施建筑物的糾偏、上部結(jié)構(gòu)和（或）地基基礎(chǔ)的加固，有的必須拆除，其代價(jià)是昂貴的。因此，對(duì)變形問(wèn)題必須充分重視。四、基礎(chǔ)工程的特點(diǎn)

（1）

上部結(jié)構(gòu)-基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)中的重要組成部分。

（2）與地基直接接觸而使其行為十分復(fù)雜，與巖、土的聯(lián)系密切。

（3）對(duì)整個(gè)工程的工期和造價(jià)可產(chǎn)生較大的影響。

（4）屬隱蔽性工程，出現(xiàn)問(wèn)題難以補(bǔ)救。

五、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要方面基礎(chǔ)設(shè)計(jì)地基結(jié)構(gòu)

承載力沉降變形穩(wěn)定性強(qiáng)度剛度基本尺寸鋼筋數(shù)量等六.地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)資料荷載資料

巖土工程勘察資料

(1)建筑場(chǎng)地（不良）地質(zhì)條件及危害程度;(2)地層分布情況及各層巖、土的物理力學(xué)性質(zhì);

(3)地下水類(lèi)型、水位、腐蝕性等;(4)地震設(shè)防區(qū)：場(chǎng)地類(lèi)別，砂土液化;(5)方案建議。

原位測(cè)試資料土層

編號(hào)

土層名

土性特征描述

天然容重

/kN/m3

孔隙比

e

粘聚力

/kPa

內(nèi)摩擦角

/

承載力標(biāo)準(zhǔn)值/kPa

壓縮模量

/MPa

說(shuō)明

①

人工填土

褐黃色，稍濕到很濕，上

部約0.5m為雜填土

16

0.7

10

15

不宜作為持力層

②

粉質(zhì)粘土

灰黃色，軟塑

17

0.7

12

15

不宜作為持力層

③

粉砂

灰色，成分為長(zhǎng)石、石英

等，稍密，飽和

17.5

0.7

20

150

10

④

粉質(zhì)粘土

灰黃色，軟塑到流塑，呈

透鏡體分布

18.5

0.73

15

18

不宜作為持力層

⑤

細(xì)砂

灰色，成分為長(zhǎng)石、石英

等，稍密，飽和

18.5

0.55

25

200

12

⑥

粘土

灰黃色，硬塑

19

0.5

25

20

300

14

⑦

泥質(zhì)砂巖

淺灰色，中等風(fēng)化到微風(fēng)

化，巖體完整性較好

20

1000

可認(rèn)為不可壓縮

地層參數(shù)表七、基礎(chǔ)工程的現(xiàn)狀基礎(chǔ)工程是一項(xiàng)古老的工程技術(shù)，發(fā)展到今天已成為一門(mén)專(zhuān)門(mén)的科學(xué)。隨著巖土工程及其它相關(guān)學(xué)科的不斷發(fā)展，基礎(chǔ)工程在設(shè)計(jì)計(jì)算理論和方法、施工技術(shù)和機(jī)械設(shè)備等方面都有長(zhǎng)足的進(jìn)展。

目前，基礎(chǔ)工程的關(guān)注點(diǎn)之一是在設(shè)計(jì)計(jì)算理論和方法方面的研究探討，包括考慮上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基共同工作的理論和設(shè)計(jì)方法，概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理論和方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，數(shù)值分析方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用等。

另外，隨著高層建筑和大跨度大空間結(jié)構(gòu)的涌現(xiàn)、地下空間的開(kāi)發(fā)等，與之密切相關(guān)的兩種技術(shù)也得到極大的重視。其一為樁基礎(chǔ)技術(shù)，其中樁土共同工作理論，新的樁基設(shè)計(jì)控制理論——變形控制理論，樁基非線(xiàn)性分析和設(shè)計(jì)方法，樁基承載力和沉降的合理估算，新的樁型例如大直徑成孔灌注樁、預(yù)應(yīng)力管樁、套筒樁、微型樁等的研究開(kāi)發(fā)，后注漿技術(shù)在樁基工程中的應(yīng)用，樁基礎(chǔ)的環(huán)境效應(yīng)等都成為研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。

其二是深基坑開(kāi)挖問(wèn)題，研究的重點(diǎn)放在土、水壓力的估算，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)理論和方法的深化——優(yōu)化設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、考慮時(shí)空效應(yīng)的方法等；新的基坑支護(hù)方法例如復(fù)合土釘墻、作為主體結(jié)構(gòu)應(yīng)用的地下連續(xù)墻、錨桿擋墻等的開(kāi)發(fā)研究；基坑開(kāi)挖對(duì)環(huán)境的影響；逆作法技術(shù)的應(yīng)用等。

在地基處理方面，進(jìn)一步完善復(fù)合地基理論，對(duì)各類(lèi)地基處理方法機(jī)理的深化研究以及施工及檢測(cè)技術(shù)的改進(jìn)也是基礎(chǔ)工程關(guān)心的問(wèn)題。對(duì)于深水和復(fù)雜地質(zhì)條件下的基礎(chǔ)工程，例如在大型橋梁、水工結(jié)構(gòu)、近海工程中，重要的是深入研究地震、風(fēng)和波浪沖擊的作用，以及發(fā)展深水基礎(chǔ)（超長(zhǎng)大型水下樁基、新型沉井等）的設(shè)計(jì)和施工方法。八、基礎(chǔ)工程課的學(xué)習(xí)特點(diǎn)基礎(chǔ)工程學(xué)需要工程地質(zhì)學(xué)和土力學(xué)的基本知識(shí)，這兩門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課是本課程的先修課程，其中土的基本特性，以及土力學(xué)中關(guān)于強(qiáng)度、變形、穩(wěn)定、地基承載力等課題的基本內(nèi)容和地基計(jì)算方法等都是必須掌握的。本課程要求會(huì)利用上述土力學(xué)知識(shí)，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。基礎(chǔ)類(lèi)型淺埋基礎(chǔ)深埋基礎(chǔ)基礎(chǔ)淺埋基礎(chǔ)獨(dú)立基礎(chǔ)

條形基礎(chǔ)

十字交叉基礎(chǔ)

箱形基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)沉井和沉箱基礎(chǔ)地下連續(xù)墻基礎(chǔ)筏板基礎(chǔ)

基礎(chǔ)分類(lèi)殼