《基礎工程》第1章緒論

1、基基 礎礎 工工 程程 學學第第 1 章章 緒緒 論論1、基本概、基本概念念基礎基礎建筑物向地基傳遞荷載的下部結建筑物向地基傳遞荷載的下部結構；構； 地基地基受建筑物影響的那一部分地層。受建筑物影響的那一部分地層。d基礎基礎地基地基埋深埋深上部結構上部結構l基礎工程基礎工程是研究各類建是研究各類建（構構）筑物在設計、施工或使筑物在設計、施工或使用過程中與地基和基礎有關的工程問題的學科?；A用過程中與地基和基礎有關的工程問題的學科。基礎工程是巖土工程學科的一個重要組成部分，它是采用工程是巖土工程學科的一個重要組成部分，它是采用巖土工程的基本理論和方法解決地基基礎問題的一門巖土工程的基本理論和方法

2、解決地基基礎問題的一門學科學科l簡單說，簡單說，基礎工程基礎工程是研究下部結構物與巖土相互作用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)定問題。共同承擔上部結構物所產(chǎn)生的各種變形與穩(wěn)定問題。l地地 基基 分為天然地基和人工地基分為天然地基和人工地基l基基 礎礎 分為分為淺基礎和深基礎淺基礎和深基礎l地基基礎設計應考慮地基基礎設計應考慮地基、基礎地基、基礎及及上部結構上部結構共同作用共同作用2、基礎工程的研究內(nèi)容、基礎工程的研究內(nèi)容u研究內(nèi)容主要包括各類建研究內(nèi)容主要包括各類建（構構）筑物的基礎與巖筑物的基礎與巖土地基相互作用而共同承擔上部結構荷載所引起的土地基相互作用

3、而共同承擔上部結構荷載所引起的變形、強度與穩(wěn)定問題變形、強度與穩(wěn)定問題u基礎的設計、施工和監(jiān)測?；A的設計、施工和監(jiān)測。u本課程涉及：本課程涉及：l基礎埋置深度基礎埋置深度l地基承載力地基承載力l地基變形地基變形l基坑和基礎的穩(wěn)定性基坑和基礎的穩(wěn)定性l基坑支護結構基坑支護結構l地基處理地基處理l地基、基礎、上部結構相互作用地基、基礎、上部結構相互作用基礎設計需滿足的三個基本要求：基礎設計需滿足的三個基本要求：1）地基強度和穩(wěn)定性要求：地基強度和穩(wěn)定性要求： 不能超過地基的承載能力，并有足夠安全儲備。不能超過地基的承載能力，并有足夠安全儲備。2）地基的沉降要求：地基的沉降要求： 特征變形（如基礎

4、沉降）不能超過建筑物的變特征變形（如基礎沉降）不能超過建筑物的變形允許值；形允許值；3）基礎結構本身要求：基礎結構本身要求： 基礎結構具有足夠強度、剛度和耐久性要求?；A結構具有足夠強度、剛度和耐久性要求。3、基礎工程在建筑工程中的地位和作用、基礎工程在建筑工程中的地位和作用（1 1）建筑質(zhì)量方面）建筑質(zhì)量方面 1）基礎失效會引起上部結構出問題基礎失效會引起上部結構出問題 2）地基失穩(wěn)影響著整個建筑物的安全和正常使地基失穩(wěn)影響著整個建筑物的安全和正常使用用 3）地基基礎是建筑物的地下隱蔽工程，一旦出地基基礎是建筑物的地下隱蔽工程，一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題將難以補救，甚至發(fā)生災難性后果現(xiàn)質(zhì)量問題將難以補

5、救，甚至發(fā)生災難性后果 （2 2）施工周期與進度方面）施工周期與進度方面（3 3）工程造價方面）工程造價方面 在粘土地基上的某谷倉地基破壞情況在粘土地基上的某谷倉地基破壞情況基礎工程事故基礎工程事故：與地基有關的強度問題與地基有關的強度問題在軟粘土地基上的某水泥倉的傾覆，在軟粘土地基上的某水泥倉的傾覆，19401940年年水泥倉地基的整體破壞水泥倉地基的整體破壞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日日裝了裝了3182231822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2626

6、5353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。 19111911年動工，年動工，19131913年完工，自重年完工，自重2 2萬萬T T。加拿大特朗斯康谷倉 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

7、系統(tǒng)，把倉體逐漸糾正過來，其千斤頂以及支撐系統(tǒng)，把倉體逐漸糾正過來，其位置比原來降低了米。位置比原來降低了米。 原因：原因：地基土事先未進行勘察，地基土事先未進行勘察，據(jù)鄰近結構物基槽開挖取據(jù)鄰近結構物基槽開挖取土試驗結果，計算地基承土試驗結果，計算地基承載力應用到此谷倉。載力應用到此谷倉。19521952年經(jīng)勘察試驗與計算，地年經(jīng)勘察試驗與計算，地基實際承載力小于破壞時基實際承載力小于破壞時的基底壓力。因此，的基底壓力。因此，谷倉地基因超載發(fā)生強度谷倉地基因超載發(fā)生強度破壞而滑動破壞而滑動。2653失事后1913.10.181952.10.5 試驗孔填土褐色粉質(zhì)粘土灰色粉質(zhì)粘土-0.61-1

8、2.34-13.72-4.271952.10.3 試驗孔香港寶城滑坡 19721972年年7 7月某日清晨，香港寶城路附月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，近，兩萬立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動體正好沖過一幢高層住宅巨大滑動體正好沖過一幢高層住宅-寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒寶城大廈，頃刻間寶城大廈被沖毀倒塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住塌并砸毀相鄰一幢大樓一角約五層住宅。宅。死亡死亡7 7人。人。原因：原因：山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲使其強度進一步大山坡上殘積土本身強度較低，加之雨水入滲使其強度進一步大大降低，使得大降低，使得土體滑動力超過土的強度，

9、于是山坡土體發(fā)生滑土體滑動力超過土的強度，于是山坡土體發(fā)生滑動。動。香港，香港，1977年成立土力工程署年成立土力工程署1972 Po Shan 滑坡滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、死、20 傷傷)Early 1972 滑坡前滑坡前July 1972 滑坡后滑坡后阪神大地震中地基液化神戶碼頭：神戶碼頭：地震引起大面積砂地震引起大面積砂土地基液化后產(chǎn)生土地基液化后產(chǎn)生很大的側(cè)向變形和很大的側(cè)向變形和沉降，大量的建筑沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴重物倒塌或遭到嚴重損傷損傷 液化：松砂地基在振動荷載作液化：松砂地基在振動荷載作用下用下喪失強度變成流動狀態(tài)喪失強度變成流動狀態(tài)的的一種現(xiàn)象一種

10、現(xiàn)象神戶碼頭：神戶碼頭：沉箱式岸墻因砂土地基液沉箱式岸墻因砂土地基液化失穩(wěn)滑入海中化失穩(wěn)滑入海中阪神大地震中地基液化比薩斜塔治理前：治理前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m1.80m，塔頂離中心線已達塔頂離中心線已達5.27m5.27m，傾斜，傾斜5.55.513601360：再復工，至再復工，至13701370年竣工，全塔共年竣工，全塔共8 8層，高度為層，高度為55m55m12721272：復工，經(jīng)復工，經(jīng)6 6年，至年，至7 7層，高層，高48m48m，再，再停工停工11781178：至至4 4層中，高約層中，高約29m29m，因傾斜停工，因傾斜停工1173

11、1173：動工動工原因：原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，模量較低，層，模量較低，變形較大。變形較大。1590:1590: 伽利略伽利略在此塔做落體在此塔做落體實驗實驗 與地基有關的變形問題與地基有關的變形問題比薩斜塔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 基處理基處理目目 前前: : 已

12、向游人開放。已向游人開放。 處理措施虎丘塔問題：問題：塔身向東北方向嚴重傾斜，塔塔身向東北方向嚴重傾斜，塔 頂離中心線已達頂離中心線已達2.31m2.31m，底層，底層 塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險 建筑物而封閉。建筑物而封閉。概況：概況：位于蘇州市虎丘公園山頂，落成位于蘇州市虎丘公園山頂，落成于宋太祖建隆二年（公元于宋太祖建隆二年（公元961961年）。全年）。全塔塔7 7層，高層，高47.5m47.5m，塔的平面呈八角形。，塔的平面呈八角形。原因：原因：坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層上，坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層上， 產(chǎn)生產(chǎn)生不均勻沉降不均勻沉降。處理：處理：在塔四周建造一圈樁

13、排式地下在塔四周建造一圈樁排式地下 連續(xù)墻并對塔周圍與塔基進行連續(xù)墻并對塔周圍與塔基進行 鉆孔注漿和打設樹根樁加固塔鉆孔注漿和打設樹根樁加固塔 身，效果良好。身，效果良好。關西國際機場 世界最大人工島19861986年：年：開工開工19901990年：年：人工島完成人工島完成19941994年：年：機場運營機場運營面積：面積：4370m4370m1250m1250m填筑量：填筑量6m m3 3平均厚度：平均厚度：33m33m設計時預測沉降：設計時預測沉降：5.7-7.5 m5.7-7.5 m完成時實際沉降：完成時實際沉降：8.1 m8.1 m，5cm/5cm/月月 (

14、1990(1990年年) )預測主固結完成：預測主固結完成：2020年后年后比設計超填：比設計超填：3m3m問題：沉降大且有不均勻沉降美國美國Teton壩潰決壩潰決概況：概況：土壩，高土壩，高90m90m，長，長1000m1000m，建于，建于1972-751972-75年，年，19761976年年6 6月失事月失事?lián)p失：損失：直接直接80008000萬美元，起萬美元，起訴訴55005500起，起，2.52.5億美元，億美元，死死1414人，受災人，受災2.52.5萬人、萬人、6060萬畝土地、萬畝土地、3232公里公里鐵路鐵路原因：原因：滲透破壞水力劈裂滲透破壞水力劈裂與地基有關的滲透問題與

15、地基有關的滲透問題Teton壩壩1976年年6月月5日日上午上午10:30左左右，下游壩面右，下游壩面有水滲出并帶有水滲出并帶出泥土。出泥土。Teton壩壩11：00左右左右洞口不斷擴洞口不斷擴大并向壩頂大并向壩頂靠近，泥水靠近，泥水流量增加流量增加Teton壩壩11:30洞口繼續(xù)向上擴大，洞口繼續(xù)向上擴大，泥水沖蝕了壩基，泥水沖蝕了壩基，主洞的上方又出現(xiàn)主洞的上方又出現(xiàn)一滲水洞。流出的一滲水洞。流出的泥水開始沖擊壩趾泥水開始沖擊壩趾處的設施。處的設施。11：50左右左右洞口擴大加速，洞口擴大加速，泥水對壩基的沖泥水對壩基的沖蝕更加劇烈。蝕更加劇烈。Teton壩壩11:57 壩坡坍塌，壩坡坍塌

16、，泥水狂瀉而下泥水狂瀉而下Teton壩壩12：00過后過后坍塌口加寬坍塌口加寬Teton壩壩洪水掃過下游洪水掃過下游谷底，附近所谷底，附近所有設施被徹底有設施被徹底摧毀摧毀Teton壩壩失事現(xiàn)場目失事現(xiàn)場目前的狀況前的狀況Teton壩壩九江大堤決口潰口原因：潰口原因：堤基管涌堤基管涌1998年8月7日13:10發(fā)生管涌險情，20分鐘后，在堤外迎水面找到2處進水口又過又過2020分鐘，防分鐘，防水墻后的土堤突水墻后的土堤突然塌陷出然塌陷出1 1個洞，個洞，5m5m寬的堤頂隨即寬的堤頂隨即全部塌陷，并很全部塌陷，并很快形成一寬約快形成一寬約62m62m的潰口。的潰口。 長江堤防工程堤基管涌發(fā)生發(fā)展

17、過程示意圖長江堤防工程堤基管涌發(fā)生發(fā)展過程示意圖砂砂環(huán)環(huán)管管涌涌口口粘性土粘性土砂性土砂性土滲水滲水雜填土雜填土管涌：管涌：在滲流作用下，無粘性土體中的細小顆粒，在滲流作用下，無粘性土體中的細小顆粒，通過土的孔隙，發(fā)生移動或被水流帶出的現(xiàn)象。通過土的孔隙，發(fā)生移動或被水流帶出的現(xiàn)象。 堤基管涌管涌砂環(huán)砂性土堤基管涌破壞示意圖砂性土堤基管涌破壞示意圖管涌破壞當管涌發(fā)生時，當管涌發(fā)生時，滲流將導致向源滲流將導致向源侵蝕，使堤防基侵蝕，使堤防基礎下部出現(xiàn)滲流礎下部出現(xiàn)滲流通道通道當水頭差足夠大時，當水頭差足夠大時，侵蝕將加速并掏挖侵蝕將加速并掏挖堤防基礎。形成通堤防基礎。形成通道后極易引起潰決道后極

18、易引起潰決4、基礎工程的發(fā)展概況、基礎工程的發(fā)展概況既古老，又年青的應用科學。既古老，又年青的應用科學。2000多年前的古建筑基礎；多年前的古建筑基礎；1773年法國科學家?guī)靷悾攴▏茖W家?guī)靷悾–oulomb）提出提出砂土砂土抗剪強度公式和擋土墻土壓力的滑楔理論抗剪強度公式和擋土墻土壓力的滑楔理論；英國學者朗金（英國學者朗金（Rankine）建立建立土壓力理論土壓力理論；1856年法國工程師達西（年法國工程師達西（Darcy）提出了層流提出了層流運動的運動的達西定律達西定律；1867年捷克工程師文克勒（年捷克工程師文克勒（Winkler）提出提出彈彈性地基模型性地基模型；1885年，法國學者年，法國學者Boussinesq給出了給出了彈性半空彈性半空間受豎向集中荷載作用下的應力和位移的理論解間受豎向集中荷載作用下的應力和位移的理論解；1925年，太沙基（年，太沙基（Terzaghi）發(fā)表著作發(fā)表著作土力