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基础工程 基础工程课程性质和内容 什么是基础工程 为什么要学习基础工程 基础工程的发展概况 基础工程课程特点 0绪论 基础工程是土木工程专业的一门重要的专业基础课 是连接基础课和专业课的桥梁 本课程主要学习和掌握有关基础工程的设计原理和方法 其内容包括浅基础的地基承载力计算和基础底面尺寸确定 浅基础结构设计与计算 地基变形验算 连续基础设计与计算 桩基础设计与计算 支挡结构设计与计算 地基处理方法等 教材 基础工程 曹云 孟云梅 贾彩虹编 北京大学出版社 2012 12 材料力学 结构力学 土力学 工程地质学等 特别是土力学 是本课程的重要理论基础 必须先行学习并予以很好掌握 一 基础工程的性质和内容 基础设计 先导土力学 地基设计 基础型式的选择 基础底面尺寸的计算 基础埋置深度的计算 地下结构的计算 基础断面计算 基础内力计算 地基土的承载力确定 地基稳定性计算 地基变形计算 地基处理 第二章浅基础 第三章连续基础 第四章桩基础 第五章基坑工程 第六章地基处理 第七章特殊土地基 第八章地基基础抗震 0绪论 第一章绪论 地基基础的概念与特点 一个完整的建筑体系包含了上部结构 基础和地基三个部分 它们有着各自的功能 上部结构是完成设计预定功能的主体结构 基础通常指建筑物最下端与地基直接接触并经过了特殊处理的结构部件 地基是指建筑物下方的承受建筑物的荷载并维持建筑物稳定的岩土体 请看图例 二 什么是基础工程 图1房屋建筑体系的组成 图2桥梁建筑体系的组成 土力学是学科的理论基础 作为工程载体研究岩土的特性及其应力应变 强度 渗流的基本规律 基础工程则为在岩土地基上进行工程的技术问题 两者互为理论与应用的整体 基础工程 就是研究下部结构物与岩土相互作用共同承担上部结构物所产生的各种变形与稳定问题 什么是基础工程 地基分类 天然地基 当选定合适的基础形式后 若地基不加处理就可以满足设计要求的 称为天然地基 人工地基 当地基强度不足或压缩性很大而不能满足设计要求时 则需要对地基进行处理 经过人工处理后的地基则称为人工地基 基础分类 浅基础 通常把埋置深度较浅 且施工简单的基础称为浅基础 深基础 若浅层土质不良 须将基础埋置在较深的好土层上 且需要借助于特殊施工方法的基础 则称为深基础 基础工程的重要性 基础工程是隐蔽工程 影响因素很多 地基基础工程的勘察 设计和施工质量 直接影响建筑物的安全 建筑物事故的发生 很多与基础工程问题有关 一旦发生质量事故 补救和处理往往很困难 甚至是不可能的 有些即使可以补救 其加固修复工程所需的费用也十分可观 在建筑史上 许多建筑工程质量事故就是发生在地基基础问题上 工程实例 三 为什么要学习基础工程 加拿大特朗斯康谷仓 事故 1913年9月装谷物 10月17日装了31822 谷物时 1小时竖向沉降达30 5cm24小时倾斜26 53 西端下沉7 32m东端上抬1 52m上部钢混筒仓完好无损 概况 长59 4m 宽23 5m 高31 0m 共65个圆筒仓 钢混筏板基础 厚61cm 埋深3 66m 1911年动工 1913年完工 自重20000T 加拿大特朗斯康谷仓 原因 地基土事先未进行调查 据邻近结构物基槽开挖取土试验结果 计算地基承载力应用到此谷仓 1952年经勘察试验与计算 地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力 因此 谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动 处理 事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩 使用388个50t千斤顶以及支撑系统 才把仓体逐渐纠正过来 但其位置比原来降低了 米 于1904年落成 至今已有100余年的历史 当地表层为人工填土与砂夹卵石硬壳层 厚度5m 其下为超高压缩性淤泥 天然孔隙比高达7 12 天然含水量高达150 600 为世界罕见的软弱土 层厚达25m 因此 这座艺术宫严重下沉 沉降量竟高达4m 临近的公路下沉2m 公路路面至艺术宫门前高差达2m 参观者需步下9级台阶 才能从公路进入艺术宫 下沉量为一般房屋一层楼有余 造成室内外连接困难和交通不便 内外网管道修理工程量增加 墨西哥市艺术宫 比萨斜塔是比萨大教堂的钟楼 8层圆柱形建筑 白色大理石砌成 塔高54 5米 1370年完工时塔顶中心点已偏离垂直中心线2 1米 1990年1月起斜塔全部关闭 塔身重心线已偏离10 1590 伽利略在此塔做落体实验 比萨斜塔 1838 1839 挖环形基坑卸载1933 1935 基坑防水处理基础环灌浆加固1990年1月 封闭1992年7月 加固塔身 用压重法和取土法进行地基处理 处理措施 原因 地基持力层为粉砂 下面为粉土和粘土层 强度较低 变形较大 经过11年的纠倾工作 2001年12月15日向游人重新开放 比萨斜塔被扳 正 0 44米 目前还倾斜4 5米 基本恢复到18世纪末的水平 苏州虎丘塔建于宋太祖建隆二年 公元961年 距今已有1000多年历史 虎丘塔地基为粉质粘土 呈可塑至软塑状态 西南薄 东北厚 塔身落在人工块石填土层上 由于地基的不均匀沉降 塔身向东北方向严重倾斜 塔顶离中心线达2 3m 塔倾斜后 使东北部位应力集中 超过砖体抗压强度而压裂 1956年 苏州市政府邀请古建筑专家采用铁箍灌浆办法 加固修整 1981年开始 对该塔又进行了历时6年全面的整修 加固地基 补作基础 修缮塔体 复建塔座 终于保住了这座古塔 但由于底层塔身发生多条裂缝 成为危险建筑 一九七五年开始 虎丘塔便已关闭 不再允许游客进入 苏州虎丘塔 上海工业展览馆 1954年兴建的上海工业展览馆中央大厅 因地基约有14m厚的淤泥质软粘土 尽管采用了7 27m的箱形基础 建成后当年就下沉600mm 1957年6月展览馆中央大厅四角的沉降最大达1465 5mm 最小沉降量为1228mm 1957年7月 经苏联专家及清华大学陈希哲教授 陈梁生教授的观察 分析 认为对裂缝修补后可以继续使用 均匀沉降 1979年9月时 展览馆中央大厅平均沉降达1600mm 已逐渐趋向稳定 目前工程使用良好 地基基础设计的典范 广州白云宾馆 墙内竖有木柱 茅草下密排树枝起龙骨作用 d5 6m 新石器时代西安半坡村遗址的土台和石基基础 四 基础工程的发展概况 公元前214年 由秦始皇扩建完成的万里长城 北京故宫太和殿 建于明永乐18年 1420年 是故宫最壮观的建筑 也是我国现存最大的木构殿堂 殿建在三层汉白玉台基上 隋代李春建造的赵州桥又名安济桥 位于河北省赵县城南2 5km处 桥为敞肩圆弧石拱 距今已有1400多年 世界最早最长 50 82m 的石拱桥 国际历史土木工程第12个里程碑 奇巧固护 甲于天下 地基为较密实的砂黏土 经历了10次水灾 8次战乱和多次地震 都没有破坏 上海龙华古塔 龙华塔位于上海市龙华公园南侧 直径8 0m 7层 高40 40m 该塔建于北宋 公元977年 距今已有1000多年历史 龙华塔的塔基使用了大量的木桩 值得称道的是建塔者用三合土对木桩进行了很好的隔离防腐处理 木桩因之保存千年而不腐 使龙华古塔至今风光依然 基础工程的重要性 基础工程造价在整个工程造价中占有相当大的比例 对常规钢筋砼结构和一般地质条件而言 采用条基或筏基的多层建筑 其基础工程的费用约占建筑总费用的20 有的甚至高达30 施工工期约占建筑总工期的20 25 一般的桩基与之相近 对于高层建筑 其地基基础工程造价 设计要求和施工难度会进一步提高 社会发展对基础工程提出越来越高的要求 随着建筑业的发展和土地资源的有限性 应充分利用各种不良地基 少占耕地 最大限度地提高土地利用率 最近几十年来 由于土木工程建设的需要 特别是电子计算机和计算理论的发展及其在土木工程中的应用 使得基础工程 无论是设计理论 还是施工技术都得到了迅速的发展 出现了许多新的基础形式 深 大 复合型方向发展 超长桩 巨型钢筋混凝土浮运沉井 大型盾构 顶管 地下连续墙等 地基基础形式多样化 尤其在地基处理技术中 强夯 深层搅拌桩 树根桩 复合桩基 锚杆 加筋土等 新型基础材料不断涌现 最初的砖 石到混凝土 钢 以及到现在的水泥土 PHC桩 混凝土管桩 土工织物合成类材料等 由于基础工程的复杂性 地质条件 隐蔽工程 目前基础工程领域还有许多问题需要进一步研究和探讨 基础工程的发展趋势 五 基础工程课程的特点 以工程要求和勘探试验为依据 以岩土与基础共同作用和变形与稳定分析为核心 以优化基础方案与建筑技术为灵魂 以解决工程问题确保建筑物安全与稳定为目的 本课程安排和要求 教学环节课堂讲授 20次40学时 课堂表现及出勤作业 考核及成绩70 期末考试 15 1