地基處理之緒論P(yáng)PT

1、緒 論1 .1 地基處理的目的和意義 1 .2 常見軟弱土和不良土1 .3 地基處理技術(shù)發(fā)展概況1 .4 地基處理方法分類及適用范圍1 .5 地基處理方法選用原則和規(guī)劃程序1 .6 關(guān)于地基承載力表達(dá)形式的說(shuō)明本章目錄緒論基礎(chǔ)及地基的定義受結(jié)構(gòu)物影響的那一部分地層稱為地基；結(jié)構(gòu)物與地基接觸的部分稱為基礎(chǔ)Raft:筏板基礎(chǔ)；diles:樁基；clay:粘土；sand:砂土1.1 地基處理的目的和意義地基穩(wěn)定性問題地基變形問題地基滲透問題地基穩(wěn)定性問題穩(wěn)定性是指在建筑物荷載作用下，地基土體是否能保持穩(wěn)定。有時(shí)也稱為地基承載力問題。工程實(shí)例加拿大特朗斯康谷倉(cāng) 事故：1913年9月開始裝谷物，至10月

2、17日共裝入3萬(wàn)多谷物，但此時(shí)發(fā)生破壞： 1小時(shí)豎向沉降達(dá)30.5cm 24小時(shí)傾斜2653 西端下沉7.32m 東端上抬1.52m 上部鋼混筒倉(cāng)完好無(wú)損概況：長(zhǎng)59.4m，寬23.5m，高31.0m，共65個(gè)圓筒倉(cāng)。鋼混筏板基礎(chǔ)，厚61cm，埋深3.66m。1913年完工，自重2萬(wàn)T。1.1 地基處理的目的和意義 處理：事后在下面做了七十多個(gè)支撐于基巖上的混凝土墩，使用388個(gè)50t千斤頂以及支撐系統(tǒng)，才把倉(cāng)體逐漸糾正過(guò)來(lái)，但其位置比原來(lái)降低了米。 加拿大特朗斯康谷倉(cāng) 原因：谷倉(cāng)的地基承載力按鄰近結(jié)構(gòu)物基槽開挖取土試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算。1952年經(jīng)勘察試驗(yàn)與計(jì)算，地基實(shí)際承載力遠(yuǎn)小于谷倉(cāng)破壞時(shí)發(fā)生的

3、基底壓力。因此谷倉(cāng)地基因超載發(fā)生強(qiáng)度破壞而滑動(dòng)。2653失事后1913.10.181952.10.5 試驗(yàn)孔填土褐色粉質(zhì)粘土灰色粉質(zhì)粘土-0.61-12.34-13.72-4.271952.10.3 試驗(yàn)孔1.1 地基處理的目的與意義 香港寶城滑坡 1972年7月某日清晨，香港寶城路附近，兩萬(wàn)立方米殘積土從山坡上下滑，巨大滑動(dòng)體正好沖過(guò)一幢高層住宅-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宅。死亡7人。原因：山坡上殘積土本身強(qiáng)度較低，加之雨水入滲使其強(qiáng)度進(jìn)一步大大降低，使得土體滑動(dòng)力超過(guò)土的強(qiáng)度，于是山坡土體發(fā)生滑動(dòng)。1.1 地基處理的目的與意義 Po Shan Roa

4、dConduit RoadNotewell Road香港寶城滑坡現(xiàn)場(chǎng)Early 1972 滑坡前July 1972 滑坡后阪神大地震中的地基液化液化：松砂地基在振動(dòng)荷載作用下喪失強(qiáng)度變 成流動(dòng)狀態(tài)的一種現(xiàn)象神戶碼頭：地震引起大面積砂土地基液化后產(chǎn)生很大的側(cè)向變形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到嚴(yán)重?fù)p傷1.1 地基處理的目的與意義 阪神大地震中地基液化地基液化造成的路面塌陷1.1 地基處理的目的與意義1964年日本新瀉地震地基的大面積液化1.1 地基處理的目的與意義 時(shí)間：1971年11月9-11日地點(diǎn)：神奈川縣川崎市生研究機(jī)構(gòu)：地質(zhì)研究所(通產(chǎn)省) 消防研究所(自治省) 土木研究所(建設(shè)省) 防

5、災(zāi)科學(xué)技術(shù)中心(科技廳)泥 石 流 室 外 試 驗(yàn)1.1 地基處理的目的與意義 事故發(fā)生過(guò)程要點(diǎn)壤土(loam)斜坡崩塌（泥石流）實(shí)驗(yàn) 9日15:00人工降雨開始 11日15:00左右降雨量達(dá)500mm 陡坡中泥土突然以20-30m/s流出，斜 坡崩塌，泥石流產(chǎn)生 泥石流推倒28米外的護(hù)欄，一直沖到 55米外的水池中央，造成31人被埋1.1 地基處理的目的與意義 事故發(fā)生地點(diǎn)關(guān)東壤土：風(fēng)化花崗巖上火山灰堆積層 =1.45 w=5%傾角：30厚: 1.23m現(xiàn)場(chǎng)泥石流實(shí)驗(yàn)布置簡(jiǎn)圖試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)照片15人不幸遇難，11人受傷死者當(dāng)中 實(shí)驗(yàn)人員 1人 參觀者 10人 報(bào)社記者 1人 電視采訪人

6、員 3人事故傷亡情況1.1 地基處理的目的與意義 可歸結(jié)為與地基穩(wěn)定性有關(guān)引起的工程事故 加拿大特朗斯康谷倉(cāng)地基失穩(wěn) 香港寶城滑坡 阪神等大地震中地基液化 泥石流室外試驗(yàn)事故案例總結(jié)（一）1.1 地基處理的目的和意義比 薩 斜 塔1173年：動(dòng)工1360年：再?gòu)?fù)工，至1370年竣工， 全塔共8層，高度為55m1272年：復(fù)工，經(jīng)6年，至7層， 高48m，再停工1178年：至4層中，高約29m， 因傾斜停工1.1 地基處理的目的和意義目前：塔向南傾斜，南北兩端沉降差1.80m，塔頂離中心線已達(dá)5.27m，傾斜5.5原因：地基持力層為粉砂，下面為粉土和粘土層，強(qiáng)度低，變形大。比 薩 斜 塔1590

7、年: 伽利略在此塔做 自由落體實(shí)驗(yàn)1.1 地基處理的目的和意義1838-1839：挖環(huán)形基坑卸載1933-1935：基坑防水處理 基礎(chǔ)環(huán)灌漿加固1990年1月: 封閉1992年7月：加固塔身，用壓重 法和取土法進(jìn)行地 基處理 目 前 : 已向游人開放。 處理措施比 薩 斜 塔 1.1 地基處理的目的和意義蘇州虎丘塔概況：位于虎丘公園山頂，建于宋太祖建隆二年(公元961年)。塔高47.5m，平面呈八角形。問題：塔身向東北方向嚴(yán)重傾斜，塔頂離中心線達(dá)2.31m，底層塔身發(fā)生不少裂縫，成為危險(xiǎn)建筑物。原因：坐落于不均勻粉質(zhì)粘土層， 產(chǎn)生不均勻沉降。處理：在四周建造圈樁排式地下連續(xù)墻并對(duì)塔周圍與塔基進(jìn)

8、行鉆孔注漿和打設(shè)樹根樁加固塔身。 1.1 地基處理的目的和意義1.1 地基處理的目的和意義概況：中蘇友好大廈，框架結(jié)構(gòu)，箱形基礎(chǔ)，展覽館兩翼采用條形基礎(chǔ)。問題：1954年興建的上海工業(yè)展覽館中央大廳，因地基約有14m厚的淤泥質(zhì)軟粘土，盡管采用了7.27m的箱形基礎(chǔ)，建成后當(dāng)年就下沉600mm。1957年6月展覽館中央大廳四角的沉降最大達(dá)1465.5mm，最小沉降量為1228mm。1957年7月，經(jīng)蘇聯(lián)專家及清華大學(xué)陳希哲教授、陳梁生教授的觀察、分析，認(rèn)為對(duì)裂縫修補(bǔ)后可以繼續(xù)使用(均勻沉降)。散水倒坡，室內(nèi)外連接，水暖電管道斷裂上海展覽中心1.1 地基處理的目的和意義墨西哥某宮殿左部：1709年

9、右部：1622年地基：20多米厚粘土問題：沉降2.2米，且左右兩部分存在明顯的沉降差。左側(cè)建筑物于1969年加固可歸結(jié)為與地基變形有關(guān)引起的工程問題比薩斜塔蘇州虎丘塔 上海展覽中心館 墨西哥某宮殿案例總結(jié)（一）1.1 地基處理的目的和意義土壩，高90m，長(zhǎng)1000m，1975年建成次年6月失事Teton壩（美國(guó)）緒論 Teton壩滲流破壞過(guò)程緒論 上午10:30 11：0011:3011:57Teton壩失事現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)狀損失直接8000萬(wàn)美元，起訴5500起，2.5億美元，死14人，受災(zāi)2.5萬(wàn)人，60萬(wàn)畝土地，32公里鐵路被沖原因滲透破壞：沖蝕 水力劈裂緒論 1998年長(zhǎng)江大堤緒論 98洪水長(zhǎng)江

10、堤防險(xiǎn)情統(tǒng)計(jì)共發(fā)生各種險(xiǎn)情6000余處九江大堤決口1998年8月7日13:10發(fā)生管涌險(xiǎn)情，20分鐘后，在堤外迎水面找到2處進(jìn)水口。又過(guò)20分鐘，防水墻后的土堤突然塌陷出1個(gè)洞，5 m寬的堤頂隨即全部塌陷，并很快形成寬約62m的潰口。潰口原因：堤基管涌焦點(diǎn)詞匯：豆腐渣工程緒論： 溝后面板砂礫石壩位于青海省，高71米，長(zhǎng)265米，建于1989年。1993年8月7日突然發(fā)生潰壩，瞬間沖毀1000多戶房舍，288人喪生，上千人受傷。潰壩原因：面板止水失效，下游壩體排水不暢，造成壩坡失穩(wěn)緒論 可歸結(jié)為與地基滲透問題有關(guān)的工程事故 美國(guó)Teton壩失事 98洪水長(zhǎng)江堤防險(xiǎn)情 溝后面板砂礫石壩潰壩案例總結(jié)

11、（三）緒論土工結(jié)構(gòu)物或地基 強(qiáng)度問題 變形問題 滲透問題 當(dāng)天然地基不能滿足建（構(gòu)）筑物在上述三個(gè)方面的要求時(shí)，需要對(duì)天然地基進(jìn)行地基處理。地基處理的目的緒論 目的 改善強(qiáng)度特性 改善變形特性 改善滲透特性改善特殊土的性質(zhì) 在土木工程建設(shè)領(lǐng)域中，與上部結(jié)構(gòu)比較，地基領(lǐng)域中不確定性因素多，問題復(fù)雜，難度大。地基問題處理不好，后果嚴(yán)重。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，在世界各國(guó)發(fā)生的土木工程建設(shè)中的工程事故，源自地基問題的占多數(shù)。因此，處理好地基問題，不僅關(guān)系所建工程是否可靠，而且關(guān)系所建工程投資的大小。處理好地基問題具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。地基處理的意義緒論1.2 常見軟弱土和不良土地基處理的對(duì)象軟弱地基或不良地基 判

12、別天然地基是否屬于軟弱地基或不良地基沒有明確的界限，工程師常將不能滿足建筑物或構(gòu)筑物對(duì)地基要求的天然地基稱為軟弱地基或不良地基1.2 常見軟弱土和不良土常見軟弱土與不良土軟粘土人工填土部分砂土和粉土濕陷性土有機(jī)質(zhì)和泥炭土垃圾土膨脹土鹽漬土多年凍土巖溶土洞和山區(qū)地基1、第四紀(jì)后期形成的海相，瀉湖相，三角洲相，溺谷相和湖泊相的粘性土沉積物或河流沖積物。2、大部分處于飽和狀態(tài)，天然含水量大于液限，孔隙比大于13、天然孔隙比大于1.5時(shí)，稱為淤泥；在1.0 與1.5之間時(shí)，稱為淤泥質(zhì)土；總結(jié)：天然含水量高；天然孔隙比大；抗剪強(qiáng)度低；壓縮系數(shù)高，滲透系數(shù)??；在荷載作用下，軟粘土地基承載力低；地基沉降變形

13、大，不均勻沉降也大，而且沉降穩(wěn)定歷時(shí)比較長(zhǎng)。1.2 常見軟弱土和不良土常見軟弱土與不良土軟粘土人工填土部分砂土和粉土濕陷性土有機(jī)質(zhì)和泥炭土垃圾土膨脹土鹽漬土多年凍土巖溶土洞和山區(qū)地基1、物質(zhì)組成與堆填方式：素填土；雜填土和沖填土2、素填土：取決于填土性質(zhì)，壓實(shí)程度以及堆填時(shí)間；3、雜填土：成分復(fù)雜，性質(zhì)也不相同，且無(wú)規(guī)律性，大多數(shù)情況下，不均勻；4、性質(zhì)與所沖填泥沙的來(lái)源及沖填時(shí)的水力條件有密切關(guān)系。1.2 常見軟弱土和不良土常見軟弱土與不良土軟粘土人工填土部分砂土和粉土濕陷性土有機(jī)質(zhì)和泥炭土垃圾土膨脹土鹽漬土多年凍土巖溶土洞和山區(qū)地基1、主要指飽和粉砂土，飽和細(xì)砂土和砂質(zhì)粉土；2、在靜載作用

14、下有較高的強(qiáng)度，但在振動(dòng)荷載作用下可能產(chǎn)生液化，另在滲流作用下可能產(chǎn)生流砂或流土現(xiàn)象。1.2 常見軟弱土和不良土常見軟弱土與不良土軟粘土人工填土部分砂土和粉土濕陷性土有機(jī)質(zhì)和泥炭土垃圾土膨脹土鹽漬土多年凍土巖溶土洞和山區(qū)地基1、在荷載作用下，受水浸濕后，土的結(jié)構(gòu)迅速破壞，并發(fā)生顯著的沉降，其強(qiáng)度也迅速降低的黃土。2、甘肅，陜西，山西大部分地區(qū)1.2 常見軟弱土和不良土常見軟弱土與不良土軟粘土人工填土部分砂土和粉土濕陷性土有機(jī)質(zhì)和泥炭土垃圾土膨脹土鹽漬土多年凍土巖溶土洞和山區(qū)地基1、有機(jī)質(zhì)含量大于5%時(shí)稱為有機(jī)質(zhì)土；大于60%時(shí)稱為泥炭土；2、有機(jī)質(zhì)含量高，強(qiáng)度往往降低，壓縮性增大。特別是泥炭土

15、，其含水量極高，有進(jìn)可達(dá)200%以上，壓縮性很大，不均勻，一般不宜作為建筑物地基；1.2 常見軟弱土和不良土常見軟弱土與不良土軟粘土人工填土部分砂土和粉土濕陷性土有機(jī)質(zhì)和泥炭土垃圾土膨脹土鹽漬土多年凍土巖溶土洞和山區(qū)地基1、城市廢棄的工業(yè)垃圾和生活垃圾形成的地基土；2、其性質(zhì)在很大程度上取決于垃圾的類別和堆積時(shí)間。性質(zhì)十分復(fù)雜，成分不僅具有區(qū)域性，而且與堆積的季節(jié)有關(guān)。3、垃圾堆場(chǎng)的處理也已成為巖土工程師的工作內(nèi)容，不僅要保持垃圾土地基穩(wěn)定，而且要解決好防止垃圾污染地下水源等環(huán)境保護(hù)問題。1.2 常見軟弱土和不良土常見軟弱土與不良土軟粘土人工填土部分砂土和粉土濕陷性土有機(jī)質(zhì)和泥炭土垃圾土膨脹土

16、鹽漬土多年凍土巖溶土洞和山區(qū)地基1、是指粘粒成分主要由親水性粘土礦物組成的粘性土；2、在溫度和濕度變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的脹縮變形；1.2 常見軟弱土和不良土常見軟弱土與不良土軟粘土人工填土部分砂土和粉土濕陷性土有機(jī)質(zhì)和泥炭土垃圾土膨脹土鹽漬土多年凍土巖溶土洞和山區(qū)地基1、土中含鹽量超過(guò)一定數(shù)量的土稱為鹽漬土；2、此種土在地基浸水后，土中鹽溶解可能產(chǎn)生地基溶陷，某些鹽漬土在環(huán)境溫度和濕度變化時(shí)，可能產(chǎn)生土體積膨脹。1.2 常見軟弱土和不良土常見軟弱土與不良土軟粘土人工填土部分砂土和粉土濕陷性土有機(jī)質(zhì)和泥炭土垃圾土膨脹土鹽漬土多年凍土巖溶土洞和山區(qū)地基1、多年凍土是指溫度在連續(xù)三年或三年以上保持在零度

17、以下，并含有冰的土層；2、多年凍土的強(qiáng)度和變形有許多特殊性。在長(zhǎng)期荷載作用下，由于有冰和冰水的存在，可能產(chǎn)生強(qiáng)烈的流變性，另外，人類活動(dòng)的影響下，可能產(chǎn)生融化。1.2 常見軟弱土和不良土常見軟弱土與不良土軟粘土人工填土部分砂土和粉土濕陷性土有機(jī)質(zhì)和泥炭土垃圾土膨脹土鹽漬土多年凍土巖溶土洞和山區(qū)地基1、巖溶或稱喀斯特，它是石灰?guī)r，白云巖，泥灰?guī)r，大理石，巖鹽，石膏等可溶性巖層受水的化學(xué)和機(jī)械作用而形成的溶洞，溶溝，裂隙，以及由于溶洞的頂板塌落使地表產(chǎn)生陷穴，洼地等現(xiàn)象和作用的總稱。2、巖溶和土洞對(duì)建筑物的影響很大，可能造成地面變形，地基陷落，發(fā)生水的滲漏和涌水現(xiàn)象。1.6 關(guān)于地基承載力表達(dá)形式

18、的說(shuō)明地基承載力的表達(dá)形式問題1：什么是地基承載力？問題2：理論上的求法？問題3：工程中實(shí)際的應(yīng)用？討論1.6 關(guān)于地基承載力表達(dá)形式的說(shuō)明問題1：什么是地基承載力？地基承載力：地基承擔(dān)荷載的能力，數(shù)值上用地基單位面積上所能承受的荷載來(lái)表示。討論1.6 關(guān)于地基承載力表達(dá)形式的說(shuō)明問題2：理論上如何求？123SP0比例界限極限荷載PcrPu階段1：彈性段階段2：局部塑性區(qū)階段3：完全破壞段PS曲線臨塑荷載臨界荷載P1/31.6 關(guān)于地基承載力表達(dá)形式的說(shuō)明極限承載力地基極限承載力：地基處于極限狀態(tài)時(shí)的承載力，或者說(shuō)地基產(chǎn)生失穩(wěn)破壞前所能承擔(dān)的最大荷載。討論極限承載力是確定的嗎？唯一嗎？極限承載

19、力是如何確定的？假定： 普朗德爾-瑞斯納公式概述：普朗德爾(Prandtl, 1920)利用塑性力學(xué)針對(duì)無(wú)埋深條形基礎(chǔ)得到極限承載力的理論解，雷斯諾(Reissner, 1924)將其推廣到有埋深的情況。 1 基底以下土 0Bd 2 基底完全光滑 3 埋深dB（底寬）1.6 關(guān)于地基承載力表達(dá)形式的說(shuō)明基本條件：太沙基 (Terzaghi) 公式 1 考慮基底以下土的自重 2 基底完全粗糙 3 忽略基底以上土體本身的阻力，簡(jiǎn)化為上覆均布荷載 q= 0d1.6 關(guān)于地基承載力表達(dá)形式的說(shuō)明1.6 關(guān)于地基承載力表達(dá)形式的說(shuō)明問題3：實(shí)際如何用？為什么理論值不直接拿來(lái)用？原因：與鋼，混凝土，砌體等

20、材料相比，土屬于大變形材料，當(dāng)荷載增加時(shí)，隨著地基變形的相應(yīng)增長(zhǎng)，地基承載力也在逐漸增加，很難界定一個(gè)真正的“極限值”，而根據(jù)現(xiàn)有的理論及經(jīng)驗(yàn)的承載力計(jì)算公式，可以得出不同的值。因此，地基承載力的確定，實(shí)際上沒有一個(gè)通用的界定標(biāo)準(zhǔn)，也沒有一個(gè)適用于一切土類的計(jì)算公式，主要依賴根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)所定下的界限和相應(yīng)的安全系數(shù)加以調(diào)整，而且與基礎(chǔ)底而后形狀，大小，埋深等有關(guān)。另一方面，建筑物的正常使用應(yīng)滿足其功能的要求，常常是承載力還有潛力可挖，而變形已達(dá)到可超過(guò)正常使用的限值，也就是變形控制了承載力。1.6 關(guān)于地基承載力表達(dá)形式的說(shuō)明容許承載力因此，根據(jù)傳統(tǒng)習(xí)慣，地基設(shè)計(jì)所用的承載力通常是在保證地基穩(wěn)定的前提下，使建筑物的變形不超過(guò)其允許值的地基承載力，即容許承載力。一般是地基極限承載力除以安全系數(shù)得到的。討論容許承載力是確定的嗎？唯一嗎？容許承載力是如何確定的？1.6 關(guān)于地基承載力表達(dá)形式的說(shuō)明容許承載力因此，根據(jù)傳統(tǒng)習(xí)慣，地基設(shè)計(jì)所用的承載力通常是在保證地基穩(wěn)定的前提下