《基础工程》课件.ppt

1、第三章基础工程,内容回顾,任何土木工程建（构）筑物都是用材料按一定的要求打造成的，土木工程中所使用的各种材料都统称为土木工程材料。 常用分类方法：、按材料来源分类：天然材料及人造材料 2、按材料功能分类：承重结构材料 非承重结构材料 功能材料 3、按材料组成分类：无机材料 有机材料 复合材料 砖优点：生产工艺简单、价格低、体积小、便于组合、较耐久 缺点：取土量大、能耗高、自重大、劳动强度高、工效低 砖的分类：生产工艺：烧结砖和非烧结砖；原材料：粘土砖、页岩砖、煤矸石砖、粉煤灰砖、炉碴砖、灰砂砖。有无孔洞：空心砖、多孔砖、实心砖。 天然石材：凡采自天然岩石，经过加工或未经加工的石材 石材优点：抗

2、压强度大，良好的耐磨性和耐久性，美观，分布广,内容回顾,由自然条件作用（主要是岩石风化）而形成，粒径在5mm以下的岩石颗粒，称为天然砂。砂的粗细程度是指不同粒径的砂粒混合在一起的平均粗细程度。通常有粗砂、中砂、细砂之分。 凡在物理、化学作用下，从浆体变成坚固的石状体，并能胶结其他物料而具有一定强度的物质，统称胶凝材料。分为有机和无机胶凝材料，无机胶凝材料俗称为灰，又分为气硬性和水硬性。 建筑石膏（CaSO4）：加水拌制后具有良好的可塑性，凝结速度快，几分钟即可失去流动性，30分钟产生强度。可用于室内抹面、粉刷，更主要是做成各种石膏制品，如纸面石膏板、装饰板、空心砌块等。 石灰： 木材优点：性能

3、稳定，不易变质，轻质、高强，易于加工，有较好的弹性和韧性，导电和导热性低，装饰性好。缺点：构造不均匀，顺纹和横纹强度差别大，易吸湿吸水导致湿胀或干缩，易燃、易腐等。,内容回顾,钢材优点：强度高、截面尺寸小、金属光泽，外表华美 缺点：造价高、耐火性差、易腐蚀。分类：型材、板材、管材和金属制品。 水泥是粉状的水硬性胶凝材料，即加水拌合成塑性浆体，能在空气中和水中凝结硬化，可将其它材料胶结成整，并形成坚硬石材的材料 。(1) 按用途及性能分类：通用水泥, 专用水泥, 特性水泥。 (2)按其主要水硬性物质名称分类：硅酸盐水泥，铝酸盐水泥，硫铝酸盐水泥，氟铝酸盐水泥，磷酸盐水泥，以火山灰性或潜在水硬性材

4、料以及其他活性材料为主要组分的水泥。 由硅酸盐水泥熟料、0%5%石灰石或粒化高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。 初凝 终凝 硬化 浆体 失去塑性 产生强度 强度增长,内容回顾,混凝土是由胶结材料，骨料和水按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。 普通混凝土 概念普通混凝土是由水泥、粗骨料（碎石或卵石）、细骨料（砂）和水拌合，经硬化而成的一种人造石材。 机理：砂、石在混凝土中起骨架作用，并抑制水泥的收缩；水泥和水形成水泥浆，包裹在粗细骨料表面并填充骨料间的空隙。水泥浆体在硬化前起润滑作用，使混凝土拌合物具有良好工作性能，硬化后将骨料胶结在一起，形

5、成坚强的整体。 特种混凝土(1) 轻质混凝土 (2) 纤维增强混凝土 (3) 聚合物混凝土 (4) 道路混凝土 (5) 自密实混凝土,内容回顾,钢筋混凝土是指配置钢筋的混凝土，可克服混凝土抗拉强度低的弱点，可充分发挥混凝土抗压和钢筋抗拉强度。施工方法：喷射混凝土泵送混凝土振动灌浆法 钢筋与混凝土共同工作的条件：两者具有近似相同的线膨胀系数，不会产生过大的内应力；其次两者之间具有良好的粘结力，还可钢筋表面加工成间隔的肋条增加两者的机械咬合。同时为更有效的传递作用力，钢筋端部可加工成弯钩。另外混凝土中的氢氧化钠提供的碱性环境，在钢筋表面形成一层钝化保护膜，使钢筋不易腐蚀。 预应力混凝土：通过张拉钢

6、筋产生预应力，可提高构件的抗拉强度，防止或推迟裂缝的出现，减轻自重，节约材料。有先张法和后张法。,内容回顾,高强度混凝土：C60级以上的混凝土，目前最高强度的活性粉掺和料混凝土为C200。 强度标号：C代指concrete，后面数字表示抗压强度，单位为MPa。 高强度混凝土制作方法：混凝土强度达到C80以上，强度很难再提高，是因为混凝土水化时会在内部形成一些细微的毛细孔。可以用极细的活性颗粒掺入混凝土，使其填补混凝土中的毛细孔。 纤维混凝土在普通混凝土的基础上外掺各种纤维材料而制成的复合材料。提高抗拉能力，显著降低塑性流动和收缩微裂缝。根据材料性质可分为：金属纤维、无机纤维、有机纤维。 沥青是

7、由不同分子量的碳氢化合物及其非金属衍生物组成的黑褐色复杂混合物，呈液态，是一种防水防潮和防腐的有机胶凝材料。用途：涂料、塑料、橡胶等工业以及铺筑路面等。分类：煤焦沥青、石油沥青和天然沥青,内容回顾,绿色建材又称生态建材、环保建材、健康建材。是指采用建材卫生生产技术生产的无毒害、无污染、无放射性、有利于环境保护和人体健康安全的建筑和装饰材料。 采用清洁生产技术，少用天然资源和能源，大量使用工农业或城市废弃物生产无毒害、无污染、达生命周期后可回收再利用，有利于环境保护和人体健康的建筑材料。绿色材料一般具有以下特征： (1) 满足建筑设计的力学性能、使用功能和寿命要求。 (2) 在生产、使用过程中具

8、有最小的环境负荷影响，寿命终结时可实现再生循环利用，对自然环境友好和符合可持续发展原则。 (3) 能够满足对人类健康无伤害原则，甚至具有有利于提高人类生活质量水平的功能特性。,本章内容,3.1 工程地质勘查 3.2 浅基础 3.3 深基础 3.4 不均匀沉降问题 3.5 地基处理,地基与基础,将上部结构荷载传递给地基土、连接上部结构与地基土的下部结构称为基础。 地基是指承托土木工程基础的这一部分很小的场地。,3.1 工程地质勘察,3.1.1 工程地质测绘,工程地质勘察三阶段： 1.可行性研究勘察（选址勘察） 确定场地方案 （工程地质测绘处于该阶段） 2.初步勘察 进行初步设计 3.详细勘察 施

9、工设计,比萨斜塔：始建于1173年，设计为垂直建造8层，高54.8米，但是在工程开始后不久（1178），便由于地基不均匀和土层松软而倾斜，1372年完工，高58.36。塔身倾斜向东南。倾斜约10%，即5.5度，偏离地基外沿2.3米,3.1 工程地质勘察,3.1.1 工程地质测绘,定义：根据野外调查综合研究勘察区的地质条件，填绘在适当比例尺的地形图上加以综合反映。 目的： 1、查明地貌和地质条件 2、对场地或建筑地段的稳定性和适宜性做出评价 3、为勘察方案的布置提供依据,3.1 工程地质勘察,3.1.1 工程地质测绘,常用方法：像片成图法（航测成图法）和实地测绘法,航空摄影测量,水准仪,经纬仪,

10、3.1 工程地质勘察,3.1.2 岩土工程勘探方法,岩土工程勘探是为了进一步查明地表以下工程地质问题，所采取的各种勘查、探测方法。 主要方法有：钻探、井探、槽探和地球物理勘探方法。,钻探是用钻机在地层中钻孔，并沿孔深取样，以鉴别和划分地表下土层，获得深部的地质资料。是工程地质勘察中应用最广泛的一种勘察手段。,3.1 工程地质勘察,3.1.2 岩土工程勘探方法,坑探、槽探是用人工或机械方式挖掘坑、槽、井、洞，以便直 接观察土层的天然状态及各地层之间接触关系等地质结构，并取原状土样。,地球物理勘探简称物探，通过研究和观测各种地球物理场的变化来探测地层岩性地质构造等地质条件。不能取样，一般与钻探相结

11、合。,3.1 工程地质勘察,3.1.3 原位测试,原位测试是在岩土原本所处的位置 或基本在原位状态和应力条件下对岩土性质进行测试。常用方法：载荷试验、静力触探、旁压试验、十字板剪切试验、标准贯入试验、波速测试等。,载荷试验是在天然地基上通过承压板向地基施加竖向荷载，观测所研究地基土变形和强度规律的一种方法。,3.2 浅基础,一、浅基础的定义和优点,浅基础：埋置深度小于5m、以及埋置深度虽超过5m但小于基础宽度的大尺寸基础。 优点：埋置深度较浅，用料较省，设备简单。 工期短、造价低。,3.1 浅基础,一、浅基础的定义和优点,浅基础：埋置深度小于5m、以及埋置深度虽超过5m但小于基础宽度的大尺寸基

12、础。 优点：埋置深度较浅，用料较省，设备简单。 工期短、造价低。,二、浅基础的类型,按基础刚度分类：刚性基础、扩展基础,1、刚性基础 刚性基础是由砖、石、素混凝土或灰土等材料做成的基础。,3.1 浅基础,2、扩展基础 当刚性基础不能满足力学要求时，可以做成钢筋混凝土基础，称为扩展基础,亦称延性基础。,3.1 浅基础,按构造分类：,1、独立基础 2、条形基础 3、筏板基础 4、箱形基础 5、壳体基础,3.1 浅基础,1、独立基础,在建筑中，柱的基础一般都是独立基础。 亦称单独基础。,3.1 浅基础,2、条形基础,墙的基础通常连续设置成长条形，称为条形基础。,返回,墙下条形基础,3.1 浅基础,3

13、、筏板基础,当柱子或墙传来的荷载很大，地基土较软弱，用单独基础或条形基础都不能满足地基承载力要求时，往往需要把整个房屋底面（或地下室部分）做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础，称为筏板基础。,返回,3.1 浅基础,带形基础、十字形基础、筏式基础 箱形基础,筏板基础,3.1 浅基础,3.1 浅基础,筏板基础,3.1 浅基础,筏板基础,3.2 浅基础,筏板基础,3.1 浅基础,筏板基础,4、箱形基础,为了对筏板基础进行加强，增加基础板的刚度，以减小不均匀沉降，高层建筑往往把地下室的底板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙一起构成一个整体刚度很强的钢筋混凝土箱形结构，称为箱形基础。,返回,3.1 浅

14、基础,箱形基础,5、壳体基础,为改善基础的受力性能，基础的形式可不做成台阶状，而做成各种形式的壳体，称做壳体基础。,返回,3.1 浅基础,壳体基础,3.3 深基础,一、深基础定义 位于地基深处承载力较高的土层上，埋置深度大于5m或大于基础宽度的基础，称为深基础。,二、深基础的类型,桩基础 地下连续墙 墩基础 沉井基础 沉箱基础,3.3 深基础,1、桩基础,桩基础的分类：,（1）按桩身材料分类,木桩、混凝土桩、钢筋混凝土桩、钢桩、其它组合材料桩。,3.3 深基础,桩基础：由若干个沉入土中的桩和连接桩顶的承台或承台梁组成的基础 桩的作用是：1）传递荷载 2）挤密土层,(2)按施工方法分类,预制桩,

15、钻孔灌注桩,按施工方法可分为预制桩、灌注桩两大类。,3.3 深基础,(2)按施工方法分类,3.3 深基础,桩基础,预制桩按沉桩方法不同分为：锤击沉桩、水冲沉桩、振动沉桩、静力压桩等；灌注桩按成孔方法不同分为：钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩、爆扩成孔灌注桩等；,桩基础, 锤击法沉桩 用于预制桩的施工，桩锤 有落锤、汽锤、柴油锤和液压 锤等。,国内最大的,D180筒式柴油锤,液压打桩,柴油锤,打桩施工,动画示意,桩基础,桩机就位,吊起管桩, 静力压桩法 用于预制桩的施工，尤其适合预应力管桩的施工，可分段压入、逐段接长。,静力压桩,桩基础, 振动法沉桩 是利用振动锤产生的激振力使土颗粒间的摩

16、擦力大大减小，桩在自重和激振力作用下沉入土中。,DZM100液压振动锤,APE600型振动锤,振动打桩,动画示意,桩基础,旋 挖 桩 机 成 孔,长螺旋钻机成孔, 钻孔灌注桩：,反循环泥浆护壁成孔,桩基础, 沉管灌注桩： 是利用锤击法或振动法将带有钢筋砼桩靴（或活辨式桩尖）的钢桩管沉入土中，然后边拔管边灌注砼而成。用锤击沉桩设备沉管时称为“锤击沉管灌注桩”；利用激振器的振动沉管时，称为“振动沉管灌注桩”。,砼桩靴 振 动 沉 桩 机 成 孔,桩基础, 人工挖孔桩 人工挖孔灌注桩单桩承载力大、受力性能好、质量可靠、沉降 量小、无需大型机械设备，无振动无噪音、无环境污染。人工挖孔 灌注桩直径一般为

17、 0.8-3m，深度控制在 30m内为宜。,桩基础,井下挖土,大 直 径 群 桩 挖 孔 施 工,井下凿岩,钢筋笼与声测管,井上吊土,钢筋笼吊装就位,端承型桩,摩擦型桩,3.3 深基础,(3)按承载性状分类:端承型桩和摩擦型桩(4)按桩体形状不同分为：方桩和圆桩(5)按构造不同分为：实心桩和空心桩 (6)按是否挤土：挤土桩和非挤土桩。,桩基础,2、地下连续墙,3.3 深基础,2、地下连续墙,3.3 深基础,播放动画,2、地下连续墙,3.3 深基础,返回,3、墩基础,在人工或机械成孔的大直径孔(大于800mm)中浇筑混凝土（钢筋混凝土）而成，埋深与墩身直径的比小于6或埋深与扩底直径的比小于4的独

18、立刚性基础。我国多用人工开挖，亦称大直径人工挖孔桩。,返回,3.3 深基础,墩基础,4、沉井基础,3.3 深基础,它通过在筒壁下挖土，借助自身重量克服井壁摩阻力下沉至设计标高，封底后加顶盖板可成为桥梁墩台或建筑物的基础。,沉井是一种四周有壁，下部无底、上部无盖、侧壁下部有刃脚的筒形结构物，通常用钢筋砼制成。,沉井的类型,圆端形兼有两者的优点，是土木工程中常用的沉井类型。,沉井陆地施工,圆形沉井受力好；矩形沉井制作方便，但四角处除土不方便，河流中水流阻力大；,沉井水中下沉一般需先进行人工筑岛，再在岛上筑井下沉。 沉井的筑岛下沉,沉 井 凿 岩 下 沉 沉 井 封 底 施 工,泰州长江大桥中塔基础

19、采用沉井工艺，平面尺寸 58.444.4m，高76m，享有“神州第一沉井 ”美誉，下部 4m为钢结构，上部 32m为钢筋砼结构，沉井岸边制作、水上浮运。,沉井成功着床,沉 井 水 上 浮 运,沉 井 接 高 基 础 承 台 施 工,5、沉箱基础,3.3 深基础,沉箱基础一般在深水区修建桥梁墩台或码头泊位的基础中使用。沉箱可就地建造下沉，也可采取岸边建造、水中浮运，深水定位后下沉。,沉箱制作,沉箱滑移,沉箱下水,沉 箱 离 岸,沉 箱 浮 运,5、沉箱基础,3.3 深基础,气压沉箱的工作原理：当沉箱在水下 就位后，将压缩空气压入沉箱室内部，排 出其中的水，施工人员进行箱内挖土，通 过升降筒和气闸

20、将弃土外运，沉箱在自重 和顶面压力作用下逐步下沉至设计标高， 最后用砼填实工作室，即成沉箱基础。,沉箱定位,沉箱封仓,沉箱填芯,3.4 地基不均匀沉降,一、概念 不均匀沉降一般是指同一结构体中，相邻的两个基础沉降量的差值 是反映土木工程结构地基的变形特征的重要指标；也称差异沉降。 危害： 差异沉降过大，就会使相应的上部结构产生额外应力 差异沉降将会产生裂缝，倾斜甚至破坏,比萨斜塔,地基质量问题,3.4 地基不均匀沉降,地基质量问题,墙体开裂,3.4 地基不均匀沉降,地基质量问题,墙体开裂,3.4 地基不均匀沉降,地基质量问题,不均匀沉降,3.4 地基不均匀沉降,二、减小地差异沉降的主要措施,1

21、、在设计时尽量使上部荷载中心受压，均匀分布； 2、遇到高低相差悬殊或地基软硬突变时，要合理设置沉降缝； 3、增加上部结构对地基不均匀对地基协调作用。如在砌体结构中设置圈梁以增强结构得整体性； 4、合理安排施工工序和采用合理的施工方法。,3.4 地基不均匀沉降,3.5 地基处理,当工程结构的荷载较大，地基土质又较软弱(强度不足或压缩性 大)，不能作为天然地基时，可采取人工加固处理的方法，改善地基性质，提高承载力、增加稳定性，减少地基变形和基础埋置深度。,3.5 地基处理, 地基加固原理：“将土质由松变实”，“将土的含水量由高变低”，即可达到地基加固的目的。工程实践中的各种加固方法均是从这一加固原

22、理出发 。 地基处理的目的：提高软弱地基的强度、保证地基的稳定性；降低软弱地基的压缩性、减少基础的沉降；防止地震时地基土的振动液化；消除特殊土的湿陷性、胀缩性和冻胀性。 地基处理的对象 软弱地基包括：淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土层构成的地基； 特殊土地基包括：软土、湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等地基。,3.5 地基处理,3.5.2地基加固的方法 地基加固处理的方法很多，归纳起来无非是：“挖”、“填”、“换”、“夯”、“压”、“挤”、“拌”七个字。 “挖” 挖去软土层，将基础置于承载力大的基岩或坚硬的土层中。适 于软土层不厚时，利用坚硬的土层作天然地基，最为经济。 “填” 软土层较厚，在软土层上直接回填一定厚度的好土，以提高地 基的承载力，减小软土层的承压力。,3.5 地基处理,“换” 换填法：软土层较厚时，将基础下面一定范围内的软土