第一章 基礎(chǔ)工程導(dǎo)論

1、1基礎(chǔ)工程基礎(chǔ)工程貴州大學(xué)土木建筑工程學(xué)院貴州大學(xué)土木建筑工程學(xué)院巖土工程教研室?guī)r土工程教研室2主要內(nèi)容第一章、前言第二章、天然地基上的淺基礎(chǔ)第三章、樁基礎(chǔ)第四章、樁基礎(chǔ)的設(shè)計計算第五章、沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻第六章、地基處理第七章、幾種特殊地基上的基礎(chǔ)工程3第一章、前言基礎(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4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

2、括建筑物的地基與基礎(chǔ)的設(shè)計與施工。5圖1-1 橋梁結(jié)構(gòu)各部分立面示意圖1-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)6基基 礎(chǔ)礎(chǔ)上部結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)地地 基基建筑物三部分示意圖建筑物三部分示意圖7l地基：承受建筑物荷載應(yīng)力與應(yīng)變不能忽略的土層。（有一定深度和范圍）l基礎(chǔ)：埋入土層一定深度并將荷載傳給地基的建筑物下部結(jié)構(gòu)。 持力層 ：直接支撐建筑物基礎(chǔ)的土層。 下臥層(軟弱) ：持力層下部的土層。8結(jié)構(gòu)荷載結(jié)構(gòu)荷載基底壓力基底壓力9天然地基：天然地基：沒有經(jīng)過人為處理，直接修建。沒有經(jīng)過人為處理，直接修建。 人工地基：人工地基：承載力低，高壓縮性地基，人工處承載力低，高壓縮性地基

3、，人工處理后才能修建。理后才能修建。地基地基基礎(chǔ)基礎(chǔ)深基礎(chǔ)深基礎(chǔ)剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)單獨(dú)和聯(lián)合基礎(chǔ)單獨(dú)和聯(lián)合基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)筏板和箱形基礎(chǔ)筏板和箱形基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)沉井基礎(chǔ)沉井基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)淺基礎(chǔ)10上部結(jié)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)（荷載）、（荷載）、基礎(chǔ)基礎(chǔ)（壓力）、（壓力）、地基地基（ 應(yīng)力、應(yīng)力、變形變形 ），），三者間相互制約協(xié)同工作三者間相互制約協(xié)同工作。設(shè)計方法設(shè)計方法：簡化設(shè)計簡化設(shè)計將三部分相對獨(dú)立分開，按靜力平衡原則，采用不將三部分相對獨(dú)立分開，按靜力平衡原則，采用不同的簡化假定進(jìn)行分析計算同的簡化假定進(jìn)行分析計算.11地基基礎(chǔ)在工程中的重要性地基基礎(chǔ)在工程中的重要性 隱蔽工程，處理困難

4、，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; 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12軟弱地基軟弱地基 整體破壞整體破壞地基土承載力低，地基土承載力低，產(chǎn)生強(qiáng)度破壞產(chǎn)生強(qiáng)度破壞13地基不均勻沉降， 建筑傾斜基巖基巖不均勻不均勻 軟土層軟土層1415案例一：比薩斜塔 世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

5、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。16案例一：比薩斜塔1718 加拿大的特朗斯康谷倉建于1913年，谷倉的平面為矩形，長59.44m,寬23.47m，高度為31m，由65個圓柱形筒倉組成，采用鋼筋混凝土閥板基礎(chǔ)。設(shè)計時對地基未作勘察，不了解基底下有厚達(dá)15m左右的軟粘土層，僅根據(jù)對臨近建筑的調(diào)查判定地基承載力。建成后于當(dāng)年9月開始均勻地向谷倉內(nèi)裝載谷物，至10月發(fā)現(xiàn)谷倉產(chǎn)生大量快速沉降，1小時內(nèi)的垂直沉降量竟達(dá)到30.5cm，在其后的24小時內(nèi)谷倉傾倒，傾倒后谷倉的西側(cè)下沉達(dá)

6、7.32m，東側(cè)則抬高了1.53m，整體傾斜達(dá)盡27度。因谷倉整體性很強(qiáng)，筒倉本身完好無損。案例二：加拿大特朗斯康谷倉19案例二：加拿大特朗斯康谷倉20案例三：墨西哥城某建筑 21案例四：日本新瀉地震 22上海錦江飯店上海錦江飯店上海錦江飯上海錦江飯店 上海錦江飯店位于上海市中心淮海中路以北，瑞金路以西，長樂路南側(cè)。此飯店高15層，是上海市早期的高層建筑，為接待外賓用的高級飯店。地基是深厚的淤泥質(zhì)土，壓縮性大。解放初期，錦江飯店大門朝北，由長樂路進(jìn)入飯店要上幾個臺階，1979年9月一層的室內(nèi)地坪比長樂路室外地面反而低5臺階，地基沉降量達(dá)150cm,目前沉降已達(dá)2米由于錦江飯店上部結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)

7、，雖然地基嚴(yán)重下沉，未發(fā)現(xiàn)開裂事故。但是一層的門窗約一半沉入地面下，一層房間變成半地下室，無法正常使用。 23 造成建筑地基嚴(yán)重下沉的因素很多，就地基而言，多造成建筑地基嚴(yán)重下沉的因素很多，就地基而言，多為高壓縮性軟弱土。為高壓縮性軟弱土。 會造成室內(nèi)外連接困難及交通不便，內(nèi)外網(wǎng)管道也會會造成室內(nèi)外連接困難及交通不便，內(nèi)外網(wǎng)管道也會造成破壞。造成破壞。2425 持力層土質(zhì)持力層土質(zhì)壓縮性相差懸殊壓縮性相差懸殊或不同類型基礎(chǔ)或不同類型基礎(chǔ)基底壓力相差較基底壓力相差較大，引起不均勻大，引起不均勻沉降，導(dǎo)致墻體沉降，導(dǎo)致墻體開裂。開裂。 相鄰荷載影相鄰荷載影響亦可引起附加響亦可引起附加應(yīng)力增加，導(dǎo)致

8、應(yīng)力增加，導(dǎo)致地基下沉，墻體地基下沉，墻體開裂。開裂。26地基壓縮性相差懸殊，地基壓縮性相差懸殊，導(dǎo)致基礎(chǔ)底板斷裂。導(dǎo)致基礎(chǔ)底板斷裂。引起地基塌陷引起地基塌陷27 液化液化“砂火山砂火山”口口28液化噴水冒砂后景象液化噴水冒砂后景象29液化造成地基沉陷液化造成地基沉陷, 房屋嚴(yán)重裂縫房屋嚴(yán)重裂縫30液化造成地基沉陷液化造成地基沉陷, 房屋嚴(yán)重裂縫房屋嚴(yán)重裂縫31液化后汽車陷入土中液化后汽車陷入土中32斷層所造成的邊坡滑動使民宅橫向移動斷層所造成的邊坡滑動使民宅橫向移動10m,垂直落差約垂直落差約6m3334巴東崖崩造成房屋墻體開裂巴東崖崩造成房屋墻體開裂35姊歸縣邊坡治理姊歸縣邊坡治理36 國

9、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3738 1

10、870年1月布魯克林大橋修建時的沉箱.39 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

11、廣泛運(yùn)用，具有悠久的歷史。40中國古代案例：趙州橋 414243中國古代案例二：河姆渡木樁 44中國古代案例三：上海龍華古塔 位于上海市龍華公園南側(cè)，直徑8.0m，7層，高40.40m.該塔建于北宋（公元997年），距今已有1000多年歷史。塔基使用了大量的木樁，值得稱道的是建塔者用三合土對木樁進(jìn)行了很好的隔離防腐處理，木樁因之保存千年而不腐，使龍華古塔至今風(fēng)光依然。45圣母殿 4647中國古代案例四：蘇州虎丘塔蘇州虎丘塔蘇州虎丘塔 此塔位于蘇州市虎此塔位于蘇州市虎丘公園山頂，落成于宋太丘公園山頂，落成于宋太祖建隆二年（公元祖建隆二年（公元961年），距今已有年），距今已有1036。全塔全塔7

12、層，高層，高47.5米。平米。平面呈八角形。青磚砌筑。面呈八角形。青磚砌筑。 目前，塔身已向東目前，塔身已向東北方向嚴(yán)重傾斜，塔頂離北方向嚴(yán)重傾斜，塔頂離中心線已達(dá)中心線已達(dá)2.34米。底層米。底層塔身出現(xiàn)不少裂縫。塔身出現(xiàn)不少裂縫。 寶塔傾斜為地基覆寶塔傾斜為地基覆蓋層相差懸殊蓋層相差懸殊,導(dǎo)致地基導(dǎo)致地基不均勻沉降等原因造成。不均勻沉降等原因造成。48三、基礎(chǔ)工程設(shè)計和施工所需的資料 地基與基礎(chǔ)在設(shè)計及施工開始之前，除了應(yīng)掌握有關(guān)建筑結(jié)構(gòu)物的資料，包括上部結(jié)構(gòu)形式、跨徑、荷載、墩臺結(jié)構(gòu)等及國家頒發(fā)的相關(guān)設(shè)計和施工技術(shù)規(guī)范外，還應(yīng)注意地質(zhì)、水文資料的搜集和分析，重視土質(zhì)和建筑材料的調(diào)查與試驗(yàn)

13、。主要應(yīng)掌握各項地質(zhì)、水文、地形等資料，資料內(nèi)容范圍可根據(jù)工程規(guī)模、重要性及建筑地點(diǎn)工程地質(zhì)、水文條件的具體情況和設(shè)計階段確定取舍。 49 建筑平面圖及擬建上部結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)形式、總體構(gòu)造及有關(guān)設(shè)計資料 工程地質(zhì)勘測報告及地質(zhì)縱剖面圖 地基土質(zhì)調(diào)查試驗(yàn)報告基礎(chǔ)工程設(shè)計和施工所需的資料：50四、基礎(chǔ)工程設(shè)計計算應(yīng)注意的事項51525354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。態(tài)的原因之一。55 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)也

14、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。這這種變異性比一般人工材料的變異性大。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)56 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

15、，與板梁柱組成的結(jié)構(gòu)體系完全不同。在結(jié)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。57 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

16、體積之比非常大。這就引起了兩方面的問題，一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。58 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

17、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)計中采用極限狀態(tài)設(shè)計工作也已提到議事日程上了。結(jié)論：59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?？紤]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。60（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)系荷載傳遞機(jī)理，樁土共同作用關(guān)系，樁基礎(chǔ)沉降計算