第一章导论

1、1扬州大学建工学院扬州大学建工学院路桥教研室路桥教研室张静张静 制作制作基础工程基础工程(Foundation Engineering)(Foundation Engineering)2一、本课程的教材一、本课程的教材普通高等教育普通高等教育“十一五十一五”国家级规划教材国家级规划教材2121世纪交通版高等学校教材世纪交通版高等学校教材基础工程基础工程王晓谋主编，赵明华、李镜培主审王晓谋主编，赵明华、李镜培主审人民交通出版社，人民交通出版社，20112011年年8 8月，第四版月，第四版3二、本课程的主要内容二、本课程的主要内容第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 天然地基上的浅基础天然地基上的

2、浅基础第三章第三章 桩基础桩基础第四章第四章 沉井基础沉井基础第五章第五章 地基处理地基处理第六章第六章 几种特殊地基上的基础工程几种特殊地基上的基础工程4三、本课程的特点三、本课程的特点一、是一门专业课程一、是一门专业课程 基础工程基础工程是土木工程专业（交通土建方向）的专业选修课，是土木工程专业（交通土建方向）的专业选修课，也是也是工程地质工程地质、土质学与土力学土质学与土力学、桥涵水文桥涵水文、材料材料力学力学、结构力学结构力学、结构设计原理结构设计原理、桥梁工程桥梁工程等课程等课程的后续课程。的后续课程。二、是一门很重要的课程二、是一门很重要的课程 5第一章第一章 导导 论论本章的主要

3、内容本章的主要内容 重点掌握地基、基础的概念以及基础工程计算荷载的确定方法，重点掌握地基、基础的概念以及基础工程计算荷载的确定方法，并且了解基础工程在设计和施工中所必需的资料。并且了解基础工程在设计和施工中所必需的资料。第一节第一节 概述概述6第一节第一节 概述概述一、地基及基础的概念一、地基及基础的概念 建筑物的全部荷载均由其下的地层来承担。建筑物的全部荷载均由其下的地层来承担。 基础基础(foundation)(foundation)结构物直接与地层接触的最下部分，借结构物直接与地层接触的最下部分，借以将上部荷载传递给地基；以将上部荷载传递给地基； 地基地基(subgrade)(subgr

4、ade)在基础底面下，承受由基础传出来的荷载在基础底面下，承受由基础传出来的荷载且应力发生变化的那一部分土层；且应力发生变化的那一部分土层；7第一节第一节 概述概述二、地基与基础的分类二、地基与基础的分类 地基分为：地基分为：天然地基天然地基和和人工地基人工地基 基础分为：基础分为：深基础深基础和和浅基础浅基础 埋置深度埋置深度H H基础底面至原地面或最大冲刷线的距离基础底面至原地面或最大冲刷线的距离8第一节第一节 概述概述三、基础工程在桥梁工程中的重要性三、基础工程在桥梁工程中的重要性 建筑物的地基和基础是建筑物的根本，它们一旦出现问题，建建筑物的地基和基础是建筑物的根本，它们一旦出现问题，

5、建筑物的安全和正常使用必然受到影响。建筑物的事故，绝大多数都筑物的安全和正常使用必然受到影响。建筑物的事故，绝大多数都与地基和基础有关。与地基和基础有关。 1 1、基础工程是隐蔽工程，结构物的地基与基础的设计与施工、基础工程是隐蔽工程，结构物的地基与基础的设计与施工质量的好坏，是整个结构质量的根本问题；质量的好坏，是整个结构质量的根本问题； 2 2、控制进度；、控制进度； 3 3、造价所占比重较大。、造价所占比重较大。9第一节第一节 概述概述四、地基与基础的方案选择四、地基与基础的方案选择 地基与基础的设计地基与基础的设计根据当地的地质条件、水文条件、上部根据当地的地质条件、水文条件、上部结构

6、类型、荷载特性、材料情况及施工要求等因素全面考虑，使地结构类型、荷载特性、材料情况及施工要求等因素全面考虑，使地基与基础具有足够的基与基础具有足够的强度强度和和稳定性稳定性，并且满足，并且满足变形变形的要求；的要求； 地基与基础的施工地基与基础的施工结合设计要求、现场地形、地质条件、结合设计要求、现场地形、地质条件、施工技术设备、施工季节、气候、水文等情况而定；施工技术设备、施工季节、气候、水文等情况而定； 方案选择原则方案选择原则使用上安全可靠，施工技术上简单可行，经使用上安全可靠，施工技术上简单可行，经济上合理，在城市桥梁中尚要考虑美观。济上合理，在城市桥梁中尚要考虑美观。 主要取决于主要

7、取决于土质条件土质条件、水文条件水文条件、荷载条件荷载条件以及以及结构物的型式结构物的型式等，必要时应作不同的方案比选，得出较合理的设计方案与施工方等，必要时应作不同的方案比选，得出较合理的设计方案与施工方案。案。10第二节第二节 基础工程设计和施工所需的资料基础工程设计和施工所需的资料 除掌握全桥的有关资料外，还应注意桥位处地质、水文资料的除掌握全桥的有关资料外，还应注意桥位处地质、水文资料的搜集与分析。搜集与分析。一、桥位（包括桥头接线）平面图一、桥位（包括桥头接线）平面图 桥位地形、地貌、洪水泛滥线、河道主河槽、河床位置绘桥位地形、地貌、洪水泛滥线、河道主河槽、河床位置绘制成的平面图；制

8、成的平面图；二、桥位工程地质勘测报告及桥位地质纵剖面图二、桥位工程地质勘测报告及桥位地质纵剖面图 河谷的地质构造、桥位及其附近地层的岩性等；河谷的地质构造、桥位及其附近地层的岩性等；三、地基土质调查试验报告三、地基土质调查试验报告 绘制土（岩）柱状剖面图绘制土（岩）柱状剖面图四、河流水文调查资料四、河流水文调查资料11第三节第三节 计算荷载的确定计算荷载的确定 一、荷载分类一、荷载分类 1 1、恒载（永久荷载）、恒载（永久荷载） 长期作用着的荷载和作用力。长期作用着的荷载和作用力。1 1恒载恒载结构自重结构自重2 2预加应力预加应力3 3土重力及侧压力土重力及侧压力4 4混凝土收缩及徐变影响力

9、混凝土收缩及徐变影响力5 5基础变位影响力基础变位影响力6 6水的浮力水的浮力12第三节第三节 计算荷载的确定计算荷载的确定 2 2、可变荷载、可变荷载 经常使用而作用位置和量值可变的荷载。经常使用而作用位置和量值可变的荷载。7 7可可变变荷荷载载基基本本可可变变荷荷载载汽车荷载汽车荷载8 8汽车冲击力汽车冲击力9 9离心力离心力1010汽车引起的土侧压力汽车引起的土侧压力1111人群荷载人群荷载1212平板挂车或履带车平板挂车或履带车1313平板挂车或履带车引起的土侧压力平板挂车或履带车引起的土侧压力1414其其它它可可变变荷荷载载风力风力1515汽车制动力汽车制动力1616流水压力流水压力

10、1717冰压力冰压力1818温度影响力温度影响力1919支座摩阻力支座摩阻力13第三节第三节 计算荷载的确定计算荷载的确定 3 3、偶然荷载、偶然荷载 在特定条件下才能出现的较强大的荷载。在特定条件下才能出现的较强大的荷载。2020偶然荷偶然荷载载地震力地震力2121船只或漂流物的撞击力船只或漂流物的撞击力14第三节第三节 计算荷载的确定计算荷载的确定二、有关浮力计算的说明二、有关浮力计算的说明 1 1、置于、置于透水性透水性地基上的桥梁墩台基础，当验算稳定性时应考地基上的桥梁墩台基础，当验算稳定性时应考虑采用设计水位时水的浮力；当计算基底应力时可仅考虑低水位时虑采用设计水位时水的浮力；当计算

11、基底应力时可仅考虑低水位时水的浮力或不考虑水的浮力；水的浮力或不考虑水的浮力； 2 2、置于、置于不透水性不透水性地基（密实粘性土地基、较完整裂隙较小的地基（密实粘性土地基、较完整裂隙较小的岩石地基）上，且基底与地基接触良好的桥梁墩台基础，可不考虑岩石地基）上，且基底与地基接触良好的桥梁墩台基础，可不考虑水的浮力；水的浮力； 3 3、当不能肯定地基是否透水时，应以透水和不透水两种情况、当不能肯定地基是否透水时，应以透水和不透水两种情况与其他荷载组合，取其最不利者；与其他荷载组合，取其最不利者； 4 4、作用在桩基承台底面的浮力，应考虑全部底面积；但桩嵌、作用在桩基承台底面的浮力，应考虑全部底面

12、积；但桩嵌入岩层并灌注混凝土者，在计算承台底面浮力应扣除桩的截面积。入岩层并灌注混凝土者，在计算承台底面浮力应扣除桩的截面积。注意：注意： 圬工浮容重圬工浮容重= =圬工容重圬工容重水的容重水的容重 土的浮容重土的浮容重wsat15第三节第三节 计算荷载的确定计算荷载的确定三、荷载组合的原则三、荷载组合的原则 1 1、根据结构物的特性并考虑各种荷载同时作用的可能性；、根据结构物的特性并考虑各种荷载同时作用的可能性； 2 2、按最不利条件同时作用的各种荷载，在位置、大小、方向、按最不利条件同时作用的各种荷载，在位置、大小、方向上应使地基基础处于该项力学验算的最不利状态；上应使地基基础处于该项力学

13、验算的最不利状态； 3 3、为使设计合理，切合实际，有些荷载不需同时考虑。、为使设计合理，切合实际，有些荷载不需同时考虑。16第三节第三节 计算荷载的确定计算荷载的确定四、荷载组合方法四、荷载组合方法 1 1、按、按承载能力极限状态承载能力极限状态要求，结构构件自身承载力及稳定性要求，结构构件自身承载力及稳定性应采用作用效应基本组合和偶然组合进行验算。应采用作用效应基本组合和偶然组合进行验算。 （1 1）基本组合）基本组合 承载力验算承载力验算时作用效应组合表达式、结构重要性系数、各效应时作用效应组合表达式、结构重要性系数、各效应的分项系数及效应组合系数按的分项系数及效应组合系数按公路桥涵设计

14、通用规范公路桥涵设计通用规范（JTG JTG D60-2004D60-2004）第）第4.1.64.1.6条第条第1 1款规定执行；款规定执行；稳定性验算稳定性验算时，上述各项系时，上述各项系数均取为数均取为1.01.0。17第三节第三节 计算荷载的确定计算荷载的确定 （2 2）偶然组合（不包括地震作用）偶然组合（不包括地震作用） 结构重要性系数，取结构重要性系数，取1.01.0； 承载能力极限状态下作用偶然组合的效应组合值；承载能力极限状态下作用偶然组合的效应组合值； 第第i i个永久作用标准值效应；个永久作用标准值效应； 偶然作用标准值效应；偶然作用标准值效应； 除偶然作用外，第一个可变作

15、用标准值效应；该标准除偶然作用外，第一个可变作用标准值效应；该标准值效应大于其他任意第值效应大于其他任意第j j个可变作用标准值效应；个可变作用标准值效应； 其他第其他第j j个可变作用标准值效应；个可变作用标准值效应； )(12211100miniQjkjkQakaGikGiadSSSSS0adSGikSakSkQS1QjkS18第三节第三节 计算荷载的确定计算荷载的确定 第一个可变作用的频遇值系数，按第一个可变作用的频遇值系数，按公路桥涵设计通用公路桥涵设计通用规范规范第第4.1.74.1.7条第条第2 2款采用，稳定性验算时取款采用，稳定性验算时取1.01.0； 其他第其他第j j个可变

16、作用的准永久值系数，按个可变作用的准永久值系数，按公路桥涵设公路桥涵设计通用规范计通用规范第第4.1.74.1.7条第条第2 2款采用，稳定性验算时取款采用，稳定性验算时取1.01.0； 、 相应效应的分项系数，均取相应效应的分项系数，均取 1.01.0。11j2Gia19第三节第三节 计算荷载的确定计算荷载的确定20第三节第三节 计算荷载的确定计算荷载的确定五、最不利荷载组合五、最不利荷载组合 组合起来的荷载，应产生最大的力学效能。组合起来的荷载，应产生最大的力学效能。 以下三点尤其应该引起注意：以下三点尤其应该引起注意： 1 1、不同的验算内容将由不同的最不利荷载组合控制；、不同的验算内容

17、将由不同的最不利荷载组合控制； 2 2、不经过计算较难判断哪一种组合是最不利组合，此时应通、不经过计算较难判断哪一种组合是最不利组合，此时应通过分析计算，对各种可能的最不利组合进行计算后，才能得到最后过分析计算，对各种可能的最不利组合进行计算后，才能得到最后的结论；的结论； 3 3、纵桥向控制设计还是横桥向控制设计、纵桥向控制设计还是横桥向控制设计 一般都是纵桥向控制设计，在中小桥涵中一般遇不到横桥一般都是纵桥向控制设计，在中小桥涵中一般遇不到横桥向控制的情况。向控制的情况。21第四节第四节 基础工程设计计算应注意的事项基础工程设计计算应注意的事项一、基础工程设计计算的原则一、基础工程设计计算

18、的原则 1 1、基底应力小于地基承载力容许值；、基底应力小于地基承载力容许值； 2 2、地基与基础的变形值小于结构物的要求的、地基与基础的变形值小于结构物的要求的变形变形值；值； 3 3、地基与基础整体稳定有足够保证；、地基与基础整体稳定有足够保证； 4 4、基础本身的强度满足要求。、基础本身的强度满足要求。22第四节第四节 基础工程设计计算应注意的事项基础工程设计计算应注意的事项二、考虑地基、基础、墩台、上部结构的作用二、考虑地基、基础、墩台、上部结构的作用 桥梁建筑物的上部结构、墩台、基础和地基，功能不同，研究桥梁建筑物的上部结构、墩台、基础和地基，功能不同，研究方法各异，但它们又是建筑物

19、的有机组成部分，缺一不可、彼此联方法各异，但它们又是建筑物的有机组成部分，缺一不可、彼此联系、相互制约。所以，科学的、理想的方法是将三部分统一起来进系、相互制约。所以，科学的、理想的方法是将三部分统一起来进行设计计算。行设计计算。 依目前的理论水平，还很难做到这一点。尽管如此，我们在处依目前的理论水平，还很难做到这一点。尽管如此，我们在处理地基基础问题时，头脑里一定要有地基理地基基础问题时，头脑里一定要有地基- -基础基础- -墩台墩台- -上部结构相上部结构相互作用的整体概念，尽可能全面地加以考虑。互作用的整体概念，尽可能全面地加以考虑。23第四节第四节 基础工程设计计算应注意的事项基础工程

20、设计计算应注意的事项三、基础工程极限状态设计三、基础工程极限状态设计 公路桥涵地基与基础设计规范公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007JTG D63-2007） 24第五节第五节 基础工程学科发展概况基础工程学科发展概况 一、基础工程既是一项古老的工程技术，又是一门年轻的学科一、基础工程既是一项古老的工程技术，又是一门年轻的学科 作为工程技术，基础工程是一项古老的工艺。如前所述，只要作为工程技术，基础工程是一项古老的工艺。如前所述，只要建造建筑物，注定离不开地基和基础，因此，作为一项工程技术，建造建筑物，注定离不开地基和基础，因此，作为一项工程技术，基础工程的历史源远流长。但人们只能依赖于实践经验的不断积累基础工程的历史