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(jì)計(jì)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(jì)和施工所需的資料基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)注意的事項(xiàng)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(lái)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(tái)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(jì)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(tái)；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(méi)有經(jīng)過(guò)人為處理，直接修建。沒(méi)有經(jīng)過(guò)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(jì)方法設(shè)計(jì)方法：簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)將三部分相對(duì)獨(dú)立分開(kāi)，按靜力平衡原則，采用不將三部分相對(duì)獨(dú)立分開(kāi)，按靜力平衡原則，采用不同的簡(jiǎn)化假定進(jìn)行分析計(jì)算同的簡(jiǎn)化假定進(jìn)行分析計(jì)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(jià)高，占20-25%； 設(shè)計(jì)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(cāng); 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(dòng)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(kāi)鉛垂線的距離已達(dá)5.27m，是我國(guó)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(cāng)建于1913年，谷倉(cāng)的平面為矩形，長(zhǎng)59.44m,寬23.47m，高度為31m，由65個(gè)圓柱形筒倉(cāng)組成，采用鋼筋混凝土閥板基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)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(duì)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(kāi)始均勻地向谷倉(cāng)內(nèi)裝載谷物，至10月發(fā)現(xiàn)谷倉(cāng)產(chǎn)生大量快速沉降，1小時(shí)內(nèi)的垂直沉降量竟達(dá)到30.5cm，在其后的24小時(shí)內(nèi)谷倉(cāng)傾倒，傾倒后谷倉(cāng)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(cāng)整體性很強(qiáng)，筒倉(cāng)本身完好無(wú)損。案例二：加拿大特朗斯康谷倉(cāng)19案例二：加拿大特朗斯康谷倉(cāng)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(zhǎng)樂(lè)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(jí)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(mén)朝北，由長(zhǎng)樂(lè)路進(jìn)入飯店要上幾個(gè)臺(tái)階，1979年9月一層的室內(nèi)地坪比長(zhǎng)樂(lè)路室外地面反而低5臺(tái)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(kāi)裂事故。但是一層的門(mén)窗約一半沉入地面下，一層房間變成半地下室，無(wú)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(huì)造成室內(nèi)外連接困難及交通不便，內(nèi)外網(wǎng)管道也會(huì)會(huì)造成室內(nèi)外連接困難及交通不便，內(nèi)外網(wǎng)管道也會(huì)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(kāi)裂。開(kāi)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(kāi)裂。開(kāi)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(chē)陷入土中液化后汽車(chē)陷入土中32斷層所造成的邊坡滑動(dòng)使民宅橫向移動(dòng)斷層所造成的邊坡滑動(dòng)使民宅橫向移動(dòng)10m,垂直落差約垂直落差約6m3334巴東崖崩造成房屋墻體開(kāi)裂巴東崖崩造成房屋墻體開(kāi)裂35姊歸縣邊坡治理姊歸縣邊坡治理36 國(guó)

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(duì)基礎(chǔ)工程的重視與研究，對(duì)有關(guān)問(wèn)題開(kāi)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(wèn)世，1936年召開(kāi)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(mén)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(mén)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(shí)的沉箱.39 我國(guó)是一個(gè)具有悠久歷史的文明古國(guó)，我國(guó)古代勞動(dòng)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(guó)古代建筑逾千百年仍留存至今安然無(wú)恙的事實(shí)就充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。例如，遠(yuǎn)在1300多年前隋朝時(shí)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(tái)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(jì)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(shí)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(guó)自古已有

11、廣泛運(yùn)用，具有悠久的歷史。40中國(guó)古代案例：趙州橋 414243中國(guó)古代案例二：河姆渡木樁 44中國(guó)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(duì)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(guó)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(jì)和施工所需的資料 地基與基礎(chǔ)在設(shè)計(jì)及施工開(kāi)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(tái)結(jié)構(gòu)等及國(guó)家頒發(fā)的相關(guān)設(shè)計(jì)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(xiàng)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(jì)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(jì)資料 工程地質(zhì)勘測(cè)報(bào)告及地質(zhì)縱剖面圖 地基土質(zhì)調(diào)查試驗(yàn)報(bào)告基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)和施工所需的資料：50四、基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)注意的事項(xiàng)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(zhǎng)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(shí)它也很不容易。在進(jìn)行地基可靠性研究的過(guò)程中，取樣、代表性樣品選擇、試驗(yàn)、成果整理分析等各個(gè)環(huán)節(jié)都有可能帶來(lái)一系列的不確定性，增加測(cè)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(cè)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(lái)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(jì)與結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)相比還具有物理和幾何方面的特點(diǎn) ： 地基是一個(gè)半無(wú)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(wèn)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(méi)有成熟到可以用于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的程度。地基設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同的地方在于無(wú)論是地基穩(wěn)定和強(qiáng)度問(wèn)題或者是變形問(wèn)題，求解的都是整個(gè)地基的綜合響應(yīng)。地基的可靠性研究無(wú)法區(qū)分構(gòu)件與體系，從一開(kāi)始就必須考慮半無(wú)限體的連續(xù)介質(zhì)，或至少是一個(gè)大范圍連續(xù)體。顯然，這樣的驗(yàn)算不論是從計(jì)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(jì)時(shí)，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(wèn)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(wèn)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(guó)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(guó)際先進(jìn)水平。但由于研究對(duì)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(jì)規(guī)范，進(jìn)入實(shí)用階段，還需要做大量的工作。國(guó)外有些國(guó)家已建立了地基按半經(jīng)驗(yàn)半概率的分項(xiàng)系數(shù)極限狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)。在我國(guó)，隨著

17、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用了極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，在地基設(shè)計(jì)中采用極限狀態(tài)設(shè)計(jì)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(kāi)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(shí)間效應(yīng)，因此，地基土的強(qiáng)度、變形的基本理論及計(jì)算方法的研究，應(yīng)結(jié)合巖土力學(xué)的新成果、現(xiàn)代計(jì)算方法和計(jì)算工具的發(fā)展而提高。同時(shí)要加強(qiáng)地基土的試驗(yàn)研究，尤其是原位測(cè)試的研究?？紤]土的不均勻性，采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的分析方法，具有較大的實(shí)用價(jià)值。 我國(guó)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(duì)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(kāi)展各類基礎(chǔ)型式設(shè)計(jì)理論和施工方法的研究 樁基礎(chǔ)是我國(guó)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(guò)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(jì)算