土木工程概論——基礎(chǔ)工程課PPT課件

1、第1頁/共78頁第2頁/共78頁第3頁/共78頁第4頁/共78頁第5頁/共78頁第6頁/共78頁4.現(xiàn)代土力學(xué)的第一階段(19011927) 該階段對粘土性質(zhì)的認(rèn)識有了重大突破，其中最重要的是Terzaghi的有效應(yīng)力原理；包括：分類試驗(Atterberg，1910)，第一次實際的剪切盒實驗及對它的應(yīng)用(Bell，1915)，F(xiàn)ellenius和他的瑞典同事進行的滑動圓弧分析和強度實驗(19161926)，以及Terzaghi對固結(jié)抗剪強度的基礎(chǔ)性研究( 19211927)。 Albert Mautitz Atterberg(18461916)，瑞士化學(xué)家和土壤科學(xué)家，從 1877年開始擔(dān)任

2、位于卡爾馬(Kalmar)的瑞士農(nóng)業(yè)研究所所長。 Arthur Langtry Bell(18741956)，19011934和19401946年間，作為土木工程師在海軍中服役。他的論文曾被英國土木工程師學(xué)會授予天福 (Telford)金獎。 Wolmar Fellenius(18671953)，鐵路工程師出身，19051911年間任哥德堡(Gothenburg)設(shè)計部門的負(fù)責(zé)人，隨后在斯德哥爾摩擔(dān)任水力工程的主席，直到1942年退休。他是巖土工程協(xié)會的成員，從1919后任主席。第7頁/共78頁第8頁/共78頁第9頁/共78頁 工程地質(zhì)勘察的目的主要是查明工程地質(zhì)條件，分析存在的地質(zhì)問題，對建

3、筑地區(qū)作出工程地質(zhì)評價。 工程地質(zhì)勘察的任務(wù)是按照不同勘察階段的要求，正確反映場地的工程地質(zhì)條件及巖土體性狀的影響，并結(jié)合工程設(shè)計、施工條件，以及地基處理等工程的具體要求，進行技術(shù)論證和評價，提出巖土工程問題及解決問題的決策性具體建議，并提出基礎(chǔ)、邊坡等工程的設(shè)計準(zhǔn)則和巖土工程施工的指導(dǎo)性意見，為設(shè)計、施工提供依據(jù)，服務(wù)于工程建設(shè)的全過程。 工程地質(zhì)勘察三階段 1、可行性研究勘察（選址勘察） 2、初步勘察 3、詳細(xì)勘察第10頁/共78頁巖土工程勘察的方法或技術(shù)手段，有以下幾種：(1)工程地質(zhì)測繪。(2)勘探與取樣。(3)原位測試與室內(nèi)試驗。(4)現(xiàn)場檢驗與監(jiān)測。第11頁/共78頁 3.1.1

4、工程地質(zhì)測繪 工程地質(zhì)測繪是工程地質(zhì)勘察中一項最重要最基本的勘察方法，也是諸勘察工作中走在前面的一項勘察工作。它是運用地質(zhì)、工程地質(zhì)理論對與工程建設(shè)有關(guān)的各種地質(zhì)現(xiàn)象進行詳細(xì)觀察和描述，以查明擬定建筑區(qū)內(nèi)工程地質(zhì)條件的空間分布和各要素之間的內(nèi)在聯(lián)系，并按照精度要求將它們?nèi)鐚嵉胤从吃谝欢ū壤叩牡匦卧O(shè)計圖上。配合工程地質(zhì)勘探、試驗等所取得的資料編制成工程地質(zhì)圖，作為工程地質(zhì)勘察的重要成果提供給建筑物規(guī)劃、設(shè)計和施工部門參考。3.1 巖土工程勘查第12頁/共78頁各種測量儀器的使用 經(jīng)緯儀：主要用于測量水平角和豎向角； 水準(zhǔn)儀：主要作用為提供一條水平視線，照水準(zhǔn)尺進行讀數(shù)，量得并算出高程； 測距儀

5、：用于測量距離； 其它：平板儀、鋼卷尺、水準(zhǔn)尺、測釬、標(biāo)桿等。DJ2光學(xué)經(jīng)緯儀3.1巖土工程勘察第13頁/共78頁DJ6光學(xué)經(jīng)緯儀Dzs3水準(zhǔn)儀3.1巖土工程勘察第14頁/共78頁 3.1.2 巖土工程勘探方法 勘探的方法包括 鉆探、井探、槽探、洞探、地球物理勘探等 3.1.3 原位測試 原位測試與室內(nèi)試驗的主要目的，是為巖土工程問題分析評價提供所需的技術(shù)參數(shù)，包括巖土的物性指標(biāo)、強度參數(shù)、固結(jié)變形特性參數(shù)、滲透性參數(shù)和應(yīng)力、應(yīng)變時間關(guān)系的參數(shù)等。原位測試一般都藉助于勘探工程進行，是詳細(xì)勘察階段主要的一種勘察方法。3.1 巖土工程勘查第15頁/共78頁進行房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為了保證地基安全可靠，

6、使房屋的沉降量在規(guī)定的容許范圍內(nèi)，還要做到以下幾點： 對建設(shè)場地的地質(zhì)情況，認(rèn)真進行勘察，通過鉆孔取樣了解土層、巖層的分布；3.1 巖土工程勘查第16頁/共78頁第17頁/共78頁3.1 巖土工程勘查第18頁/共78頁 確定建設(shè)場地地基的地基承載力 對場地有代表性的土層試樣進行土工實驗，測定土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)或在場地進行原位試驗（載荷試驗）。3.1 巖土工程勘查第19頁/共78頁3.1 巖土工程勘查第20頁/共78頁工程地質(zhì)勘察報告的整理及閱讀 重要性； 整理的依據(jù)； 勘察報告的內(nèi)容 場地地形圖 勘探點的平面布置圖 工程地質(zhì)剖面圖 地基各土層的物理力學(xué)性質(zhì)總表 提出有關(guān)地基基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)如基礎(chǔ)

7、埋置深度、地基承載力、地下水位。n 根據(jù)場地地質(zhì)資料進行綜合分析，提出多種地基基礎(chǔ)設(shè)計方案比較，為房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工提供重要依據(jù)。3.1 巖土工程勘查第21頁/共78頁第22頁/共78頁 土力學(xué) 利用力學(xué)原理，研究土的應(yīng)力變形、強度、穩(wěn)定和滲透性及其隨時間變化規(guī)律的科學(xué)。 基礎(chǔ) 將埋入土層一定深度的建筑物下部承重結(jié)構(gòu)稱基礎(chǔ)。 地基 把土層中附加應(yīng)力與變形所不能忽略的那部分土(巖)層稱為地基。 地基的范圍(正常情況下臥層土自然壓密狀態(tài)強度高于持力層） 持力層：埋置基礎(chǔ)的土層即位于基礎(chǔ)底面第一層土。 下臥層：在地基范圍內(nèi)持力層以下的土層。 軟弱下臥層：強度低于持力層的下臥層。 基礎(chǔ)埋置的土層： 應(yīng)

8、埋置在良好的持力層上。 基礎(chǔ)知識3.2 淺基礎(chǔ)第23頁/共78頁1.地基直接支承建筑物的天然土，不是建筑物的組成部分。天然地基本身具有足夠的強度，能直接承受建筑物荷載人工地基本身的承載能力弱，或建筑物上部荷載較大，須預(yù)先對土壤層進行人工加工或加固處理（壓實法、換土法、打樁法以及化學(xué)加固法等）后才能承受建筑物荷載3.2 淺基礎(chǔ)第24頁/共78頁2.地基土的工程分類 這里指的土包括巖石，巖石是廣義的土。 巖石：指顆粒間牢固聯(lián)結(jié)的整體的或具有節(jié)理、裂隙的巖體。其承載能力視巖石風(fēng)化程度而異，一般在2004000kpa； 碎石土：按粗細(xì)程度又分為塊石、碎石、角礫等，其承載力約在2001000kpa； 砂

9、土：按粗細(xì)程度分礫砂、粗砂、中砂、細(xì)砂、粉砂，地基承載力在140500 kpa； 粉土：其工程性質(zhì)介于粘性土和上述無粘性土之間的土。 粘性土：具有明顯的粘性、可塑性、壓縮性，地基承載力在105410kpa； 人工填土：包括素填土、雜填土、沖填土；成分、工程性質(zhì)復(fù)雜。3.2 淺基礎(chǔ)第25頁/共78頁3.土的基本工程特性土具有壓縮性這是由土的三相組成決定的。s固相：固體顆粒（巖石碎屑、礦物顆粒）液相：孔隙中的水氣相：孔隙中的氣體S 為地基沉降量即建筑物沉降量見土的三相圖3.2 淺基礎(chǔ)第26頁/共78頁4.關(guān)于地基承載力的概念 指保證在地基穩(wěn)定條件下，地基壓縮變形在房屋容許范圍內(nèi)時，地基單位面積上所

10、能承受的最大荷載。Pf地基的強度條件要求是：fP 3.2 淺基礎(chǔ)第27頁/共78頁 根據(jù)基礎(chǔ)材料的受力性能和構(gòu)造形式分為：獨立基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)和箱形基礎(chǔ)。3.3 淺基礎(chǔ) 淺基礎(chǔ)：當(dāng)基礎(chǔ)埋置深度不大（一般淺于5m或小于基礎(chǔ)最小寬度），只須經(jīng)過普通施工方法就可以建造起來的基礎(chǔ)。 3.2.1、剛性基礎(chǔ)（無筋擴展基礎(chǔ)） 材料：磚、塊石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等。 材料性能特點：抗壓強度高，抗拉強度、抗剪強度低。 構(gòu)造要求：基礎(chǔ)的外伸寬度和基礎(chǔ)高度的比值（臺階寬高比）不超過規(guī)定的允許值。 適用范圍：6層和6層以下的（三合土基礎(chǔ)不超過4層）一般民用建筑和墻承重的廠房。第28頁/共78頁3.3

11、 淺基礎(chǔ)磚基礎(chǔ)石基礎(chǔ)素混凝土基礎(chǔ)第29頁/共78頁 二、擴展基礎(chǔ)（柱下鋼筋混凝土獨立基礎(chǔ)和墻下鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)）3.3 淺基礎(chǔ) 受力特點：在基礎(chǔ)內(nèi)配置足夠的鋼筋來承受拉應(yīng)力和彎矩，使基礎(chǔ)在受彎時不致破壞。因而不受臺階寬高比的限制，可以做成扁平形狀。 基礎(chǔ)材料：鋼筋混凝土第30頁/共78頁3.3 淺基礎(chǔ)柱下獨立基礎(chǔ)墻下條形基礎(chǔ) 擴展基礎(chǔ)和無筋擴展基礎(chǔ)又有柱下獨立基礎(chǔ)和墻下條形基礎(chǔ)兩種形式。第31頁/共78頁3.3 淺基礎(chǔ)第32頁/共78頁3.3 淺基礎(chǔ)第33頁/共78頁1、獨立基礎(chǔ) 獨立基礎(chǔ)柱下基礎(chǔ)的基本形式3.2.3、淺基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式 第34頁/共78頁3.3 淺基礎(chǔ) 上部荷載較大，地基承載

12、力較低時，獨立基礎(chǔ)底面積不能滿足設(shè)計要求。這時可把若干柱子的基礎(chǔ)連成一條構(gòu)成柱下條形基礎(chǔ)，以擴大基底面積，減小地基反力，并可以通過形成整體剛度來調(diào)整可能產(chǎn)生的不均勻沉降。單向條形基礎(chǔ)2、條形基礎(chǔ) 第35頁/共78頁十字交叉條形基礎(chǔ)（雙向條形基礎(chǔ)、交梁基礎(chǔ)）3.3 淺基礎(chǔ)第36頁/共78頁墻下條基 墻下條基素砼墊層 混合結(jié)構(gòu)墻下條基 柱下條基（可形成井格形） 框架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)梁 框架結(jié)構(gòu)柱下條基 第37頁/共78頁梁板式筏形基礎(chǔ) 板式筏形基礎(chǔ) 3、筏形基礎(chǔ) 當(dāng)柱子或墻傳來的荷載很大，地基土較軟弱，用單獨基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)都不能滿足地基承載力要求時，往往需要把整個房屋底面（或地下室部分）做成一片連續(xù)的鋼筋

13、混凝土板，作為房屋的基礎(chǔ)，稱為筏形基礎(chǔ)。第38頁/共78頁3.3 淺基礎(chǔ)筏形基礎(chǔ)第39頁/共78頁4、箱形基礎(chǔ)3.3 淺基礎(chǔ) 為了對筏板基礎(chǔ)進行加強，增加基礎(chǔ)板的剛度，以減小不均勻沉降，高層建筑往往把地下室的底板、頂板、側(cè)墻及一定數(shù)量的內(nèi)隔墻一起構(gòu)成一個整體剛度很強的鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)，稱為箱形基礎(chǔ)。箱形基礎(chǔ)第40頁/共78頁箱形式基礎(chǔ)（左上圖）利用箱型基礎(chǔ)的內(nèi)部空間（右上圖）第41頁/共78頁3.3 淺基礎(chǔ)第42頁/共78頁 5、殼體基礎(chǔ)3.3 淺基礎(chǔ) 為改善基礎(chǔ)的受力性能，基礎(chǔ)的形式可不做成臺階狀，而做成各種形式的殼體，稱做殼體基礎(chǔ)。第43頁/共78頁 根據(jù)基礎(chǔ)的作用和受力分析，要理解基礎(chǔ)

14、設(shè)計的基本思路。Pf 基礎(chǔ)設(shè)計要滿足的一個基本前提：fP 思考：為什么基礎(chǔ)底部與土體接觸處的尺寸要比墻、柱尺寸大得多？3.3 淺基礎(chǔ)第44頁/共78頁 正是由于地基土質(zhì)較差，基礎(chǔ)埋置較淺，僅3.05米,在建到第三層時,基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降。塔頂中心點偏離中心線2.1米,現(xiàn)已偏離5.2米,終成斜塔。 3.3 淺基礎(chǔ)第45頁/共78頁3.3 深基礎(chǔ)定義 位于地基深處承載力較高的土層上，埋置深度大于 5m 或大于基礎(chǔ)寬度的基礎(chǔ)，稱為深基礎(chǔ)。 樁（墩）基礎(chǔ)、沉井沉箱、錨拉基礎(chǔ)、板樁墻及地下連續(xù)墻一類的支擋結(jié)構(gòu)，則常被統(tǒng)稱為深基礎(chǔ)。第46頁/共78頁樁基礎(chǔ)（左上圖）樁基承臺（左下圖）基坑局部（打樁完成后）

15、（右上圖）基礎(chǔ)底板局部澆搗完畢（右下圖）第47頁/共78頁二、深基礎(chǔ)的類型第48頁/共78頁樁基礎(chǔ)的分類：（1）按樁身材料分類 木樁、混凝土樁、鋼筋混凝土樁、鋼樁、其它組合材料樁。1、樁基礎(chǔ)（2）按施工方法分類預(yù)制樁、灌注樁兩大類。第49頁/共78頁（3）按承載性狀分類端承型樁和摩擦型樁第50頁/共78頁 主要樁型的特點類型優(yōu) 點缺 點適 用 范 圍預(yù)制樁 1預(yù)制樁制作方便 2樁身質(zhì)量易于保證 3材料強度高，耐腐蝕性強 4樁的單位面積承載力較高 1打樁噪音大，振動大 2沉樁時有明顯的擠土影響，不易穿透較厚的堅硬地層 3截樁困難 4樁的截面尺寸有限 5造價高 1適于對噪聲污染、擠土和振動影響沒有

16、嚴(yán)格限制的地區(qū) 2穿透的中間層較弱或沒有堅硬的土層，且持力層埋置深度變化不大的地區(qū) 3地下水位較高或水下工程 4大面積打樁工程灌注樁 1振動小，噪音小 2用鋼量少，比預(yù)制樁經(jīng)濟 3工序簡便，使用機具較少 4沒有接頭 5可做成大直徑和大深度的樁，具有很大的單樁承載能力 1樁的質(zhì)量不易控制和保證，檢測工作麻煩 2樁身強度比預(yù)制樁低 3采用泥漿護壁時，廢泥漿處理麻煩 1一般不受土質(zhì)條件限制，適用于各種地層 2一般情況下，不宜用于水下工程樁的選型樁型與工藝選擇應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)類型、荷載性質(zhì)、樁的使用功能、穿越土層、樁端持力層土類、地下水位、施工設(shè)備、施工環(huán)境、施工經(jīng)驗、制樁材料供應(yīng)條件等情況，選擇經(jīng)濟合

17、理、安全適用的樁型和成樁工藝。第51頁/共78頁2、地下連續(xù)墻 地下連續(xù)墻技術(shù)起源于歐洲，它是根據(jù)鑿井和石油鉆井所用膨潤土泥漿護壁和澆灌水下混凝土工藝應(yīng)用于工程而發(fā)展起來的。1950年正式在意大利米蘭工程中應(yīng)用，我國70年代起用于建筑工程，近幾年在地下等工程應(yīng)用已十分普遍。 地下連續(xù)墻的優(yōu)點是剛度大,既擋土又擋水,施工時無振動,噪音低,可用于任何土質(zhì)。第52頁/共78頁沉井基礎(chǔ)動畫4、沉井基礎(chǔ)沉井施工過程:基坑開挖鋪砂墊層和承墊木沉井制作抽取承墊木挖土下沉封底回填澆筑其它部分結(jié)構(gòu)。 第53頁/共78頁5、沉箱基礎(chǔ)第54頁/共78頁3.4 不均勻沉降 一、定義 1、一般是指同一結(jié)構(gòu)體中，相鄰的兩

18、個基礎(chǔ)沉降量的差值 是反映土木工程結(jié)構(gòu)地基的變形特征的重要指標(biāo)； 2、差異沉降過大，就會使相應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生額外應(yīng)力； 3、差異沉降將會產(chǎn)生裂縫，傾斜甚至破壞。 地基的不均勻沉降會造成建筑物的開裂，影響其使用功能的發(fā)揮，因此，設(shè)計中必須考慮如何防止或減輕不均勻沉降造成的危害。第55頁/共78頁3.5 不均勻沉降 二、減小地差異沉降的主要措施 1、在設(shè)計時盡量使上部荷載中心受壓，均勻分布； 2、遇到高低相差懸殊或地基軟硬突變時，要合理設(shè)置沉降縫； 3、增加上部結(jié)構(gòu)對地基不均勻?qū)Φ鼗鶇f(xié)調(diào)作用。如在砌體結(jié)構(gòu)中設(shè)置圈梁以增強結(jié)構(gòu)得整體性； 4、合理安排施工工序和采用合理的施工方法第56頁/共78頁3.

19、5 不均勻沉降建筑物高差太大建筑物的長高比第57頁/共78頁3.5 地基處理第58頁/共78頁3.6 地基處理 地基處理的對象是軟弱地基和特殊土地基。我國的建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GBJ789）中明確規(guī)定：“軟弱地基系指主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其它高壓縮性土層構(gòu)成的地基”。特殊土地基帶有地區(qū)性的特點，它包括軟土、濕陷性黃土、膨脹土、紅粘土和凍土等地基。第59頁/共78頁3.6 地基處理 近40年來，國外在地基處理技術(shù)方面發(fā)展十分迅速，老方法得到改進，新方法不斷涌現(xiàn)。在20世紀(jì)60年代中期，從如何提高土的抗拉強度這一思路中，發(fā)展了土的“加筋法”；從如何有利于土的排水和排水固結(jié)這一基本

20、觀點出發(fā)，發(fā)展了土工合成材料、砂井預(yù)壓和塑料排水帶；從如何進行深層密實處理的方法考慮，采用加大擊實功的措施，發(fā)展了“強夯法”和“振動水沖法”等。另外，現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展對地基工程提供了強大的生產(chǎn)手段，如能制造重達(dá)幾十噸的強夯起重機械；潛水電機的出現(xiàn)，帶來了振動水沖法中振沖器的施工機械；真空泵的問世，才能建立真空預(yù)壓法；生產(chǎn)了大于200個大氣壓的壓縮空氣機，從而產(chǎn)生了“高壓噴射注漿法”。 第60頁/共78頁3.6 地基處理第61頁/共78頁3.6 地基處理換填法當(dāng)建筑物基礎(chǔ)下的持力層比較軟弱、不能滿足上部結(jié)構(gòu)荷載對地基的要求時，常采用換土墊層來處理軟弱地基。即將基礎(chǔ)下一定范圍內(nèi)的土層挖去，然后回填以強度較大的砂、碎石或灰土等，并夯實至密實。 地基用換填法處理 第62頁/共78頁3.6 地基處理預(yù)壓法預(yù)壓法是一種有效的軟土地基處理方法。該方法的實質(zhì)是，在建筑物或構(gòu)筑物建造前，先在擬建場地上施加或分級施加與其相當(dāng)?shù)暮奢d，使土體中孔隙水排出，孔隙體積變小，土體密實，提高地基承載力和穩(wěn)定性。堆載預(yù)壓法處理深度一般達(dá)10m左右，真空預(yù)壓法處理深度可達(dá)15m左右。 第63頁/共78頁3.6 地基處理 強夯法強夯法是法國L梅納（Menard）1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，即用幾十噸重錘從高處落下，反復(fù)多次夯擊地面，對地基進行強力夯實。實踐證明，經(jīng)夯擊后的地基承載力可提高25倍，壓縮性可降