基础工程第1讲 绪 论课件

1、基础工程贵州省喀斯特环境与地质灾害防治重点实验室喀斯特环境与地质灾害防治教育部重点实验室国土资源部喀斯特环境与地质灾害防治重点实验室第一讲 绪 论彭雄武angelxys_QQ93731347贵州大学本课程的目的和任务？土力学的基本概念和基本原理地基基础设计问题本课程的目的和任务？本课程的目的和任务？土力学的基本概念和基本原理本课程的主要内容？ 根据土力学的基本概念和基本原理，结合有关结构设计和施工技术知识，分析和解决工业与民用建筑中一般地基基础设计问题。经典土力学的三大定律莫尔-库仑(Mohr-Coulomb)强度理论= f(n ); = c+ tan 太沙基(Ter

2、zaghi)渗流固结理论(一维)u=u(z,t)达西(Darcys Law)定律v=k i土的三类工程问题强度（稳定）问题变形问题渗流问题基础工程面对的三类工程问题强度（稳定）问题变形问题地基基础上部结构共同作用主 要 教 学 内 容第1讲 绪论第2讲 地基勘察第3讲 天然地基上的浅基础第4讲 柱下条形基础等连续基础第5讲 桩基础与深基础第6讲 地基处理=时间允许第7讲 特殊土地基基坑支护、支挡工程-边坡工程课程中讲述第1章 绪 论一、地基及基础的概念二、本学科的发展概况三、基础工程学科地位四、本学科的方向五、本课程的特点和学习要求一、地基及基础的概念建筑物上部结构（superstructur

3、e ）基 础（foundation ）地 基（foundation soil）基础工程学研究的对象是地基与基础问题。 上部结构房屋贵阳中天会展中心索风营水电站位于贵州省中部黔西县、修文县交界的乌江中游六广河段，为乌江干流规划梯级电站的第二级。距贵阳市直线距离54千米。上部结构电力发耳电厂1. 地基的定义地基: 直接承受建筑物荷载的地层（岩层和土层）。2.地基的分类天然地基地 基天然地基人工地基土质地基岩体地基特殊土地基湿陷性黄土地基膨胀土地基冻土地基红粘土地基天然地基（natural foundation）: 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（

4、artificial foundation） : 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。 地基应具有足够的强度 地基在建筑物荷载作用下有足够的承载力，并在防止整体破坏方面有足够的安全储备。 地基应满足变形要求 保证地基的变形值不超过建筑物正常使用要求的范围。地基的基本特点 1） 隐蔽性； 2） 离散性； 3） 低强度； 4） 变形复杂强度条件变形条件1. 基础的定义基础:建筑物向地基传递荷载的下部结构。2.基础分类浅基础（shallow foundation）: 通常把埋置深度较浅（一般浅于5m），且施工简单的基础称为浅基础。

5、深基础（deep foundation） : 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 础浅基础深基础独立基础条形基础十字交叉基础筏板基础箱型基础桩基础沉井、沉箱基础地下连续墙基础柱下独立基础墙下独立基础独立基础 柱下条形基础墙下条形基础条形基础 十字交叉基础筏 板 基 础 箱形基础壳体基础桩基础沉井基础沉井基础 江阴长江公路大桥是一座悬索桥。既然是悬索桥，南北两岸就必须有系钢索的锚碇。沉井平面长69m，宽51m，下沉深度为58m，相当于九个半篮球场那么大的20层高楼埋进地底下。沉箱基础 钱塘江大桥（19341937）（1）隐蔽性 基础位于

6、地下，也具有隐蔽性，同时基础的施工环境一般较差，所以其施工质量通常较难控制，容易成为建筑体系中的薄弱环节。另外，由于地基基础都具有隐蔽性，发生问题时不易发现，纠正起来也十分困难。基础工程的各个环节（勘察、设计、施工和检测）均将直接影响建筑物的安全、经济和正常使用。所以在工程中必须重视并严格控制各环节的工作质量。只有深入地了解和掌握地基情况，经过精心设计与施工、检测，才能保证基础工程的经济合理与安全可靠。 基础的特点 比萨斜塔比萨大教堂的钟楼， 8层圆柱形建筑，白色大理石砌成，塔高54.5米，1173年开始建设。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

7、身重心线已偏离10。 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

8、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。大楼倒塌（台湾88水灾）“楼歪歪” 2009年7月中旬，成都市校园春天小区6号楼和7号楼之间 楼房倾斜主要是没有按照设计和规范设置排水沟，加上暴雨导致地面积水，引起地基土软化，最后导致建筑物基础沉降。 “楼脆脆” 土方在楼房北侧短时间内快速堆积，加之楼房前方由于开挖基坑出现临空面，导致楼房产生10厘米左右的位移，对PHC桩(预应力高强混凝土)产生很大的偏心弯矩，最终破坏桩基，引起楼房整体倒覆。清镇市红枫湖镇扁山村地基沉陷（2）造价高 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

9、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2025，一般的桩基与之相近。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。基础目前是作为一种特殊的结构从上部结构分出单独研究。why？(1) 基础与地基土的关系比上部结构密切得多。在设计中，除考虑上部结构传下的荷载、基础的材料和结构形式外，还必须考虑地基土的强度和变形特性，而常规的上部结构设计往往不考虑后者

10、。(2) 基础施工有专门的技术和方法，包括基坑开挖、施工降水、桩基础和其它深基础的专项技术、各类地基处理技术等。基础施工受自然条件和环境条件的影响要比上部结构大得多。（3）基础有独特的功能和构造要求。例如地下室的功能和抗浮防渗要求、抗变形和抗震构造、特殊土地基上的构造等。 建筑物的上部结构、基础和地基三部分，功能不同，研究方法各异，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，我们在处理地基基础问题时，头脑里一定要有地基-基础-上部结构相互作用的整体概念，尽可能全面地加以考虑

11、。基础工程设计必须满足的基本条件 建筑物的建造使地基中原有的应力状态发生变化，所以地基基础的设计必须满足： a.作用于地基的荷载不超过地基的承载能力（地基土的强度问题）； b.控制基础沉降使之不超过允许值（地基土的变形问题）。土力学所要研究的两大基本问题是土体的变形和强度。本学科发展概况 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，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和能工巧匠的技艺更新来发展这项技术。 最近几十年来，由于土木工程建设的需要，特别是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

12、，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。基础工程的学科地位 1.基础工程学是以土力学、钢筋混凝土结构、建筑材料等学科的专业知识，研究在各种荷载及其组合和工程地质条件下地基

13、基础受力、变形和稳定性状的规律以及各种地基基础的设计、施工、检测与维护的专门学科。 2.基础工程学既是土木工程学科中岩土工程和结构工程两个二级学科的重要组成部分。同时也与地下工程等学科紧密相关。 3.基础工程学在土木工程学科领域的重要性表现为以下几点： （1）国民经济和社会发展的要求。 土地的有限原因，城市建筑多用深基础，技术复杂，工程量大。城市地下空间也是基础工程学新领域。 （2）基础工程的费用 基础工程的费用与建筑物总造价的比例，视其复杂程度和设计、施工的合理与否，可以达到百分之几到几十之间，可见重要性。 （3）基础工程设计的特殊性 基础工程不像上部结构有标准图可供选用。本课程的发展方向

14、1.基础性状的理论研究不断深入。（计算方法如有限元法、边界元法；土工离心机模型试验；土的本构模型） 2.现场原位测试技术和基础工程质量检测 技术的发展。（测试数据采集和资料整理自动化、试验设备和试验方法的标准化以及广泛采用新技术已成为发展方向） 3.高层建筑深基础继续受到重视 4.软弱地基处理技术的发展（地基处理必须依据地基土的特点选用最适宜的方法） 5.既有房屋增层和基础加固与托换涉及基础工程方面的规范：建筑地基处理技术规范JGJ79-91/JGJ79-2012建筑桩基技术规范JGJ 94-2008高层建筑岩土工程勘察规范JGJ72-96/JGJ72-2004建筑基坑工程技术规范YB9258

15、-97/JGJ120-2012高层建筑箱形和筏形基础技术规范JGJ6-99/JGJ6-2011建筑基坑支护技术规程JGJ120-99/JGJ120-2012既有建筑地基基础加固技术规范JGJ123-2000/JGJ123-2012岩土工程勘察规范GB50021-2001（2009年修订）建筑抗震设计规范GB50011-2001/ GB50011-2010建筑地基基础设计规范GB50007-2011等. 注册岩土专业考试规范这些规范规程都是基础工程各个领域中取得的科研成果和工程经验的高度概括，反映了近十年来基础工程的发展水平。基础工程成功案例 赵州桥又名安济桥，位于河北省赵县城南2.5km处。该

16、桥由隋代工匠李春主持修建（公元595-605年间），桥长50.82m，宽9.6m，净跨为37.02m，矢跨比为1：5。赵州桥桥身造型典雅，拱曲线流畅自然，极具观赏价值。古人赞誉此桥为“奇巧固护，甲于天下”。美国土木工程师协会也于1991年将赵州桥选为国际历史土木工程第12个里程碑。该桥的地基为较密实的砂黏土。从现代技术的角度看，能用粘性土作为地基修筑推力极大的拱桥，而且地基承载力的利用恰到好处，确实令人叹服。赵州桥建成已1400年，经历了10次水灾，8次战乱和多次地震，特别是1966年邢台发生的7.6级地震，而邢台距赵州桥仅有40多公里。 赵州桥桥梁建筑体系的组成 1991年，赵州桥被美国土木

17、工程师学会认定为世界第十二处“国际土木工程历史古迹”，并赠送铜牌立碑纪念。这标志着赵州桥已与埃及金字塔、巴拿马运河、巴黎埃菲尔塔等世界著名历史古迹并称而齐名。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。 上海龙华塔河姆渡木桩 6000多年前新石器时代，河姆渡人已经发现了在木桩和木板上分别凿出榫卯，可以使木桩和木板牢固地连接在一起。失败的典型之一特朗斯康谷仓建于1914年的加拿大特朗斯

18、康谷仓。该谷仓由65个圆柱形筒仓构成，高31m，宽23.5m，其下为钢筋混凝土筏板基础，由于事前不了解基础下埋藏有厚达16m的软粘土层，谷仓建成后初次贮存谷物达27000t后，发现谷仓明显下沉，结果谷仓西侧突然陷入土中7.3m，东侧上抬1.5m。后查明谷仓基础底面单位面积压力超过300kPa，而地基中的软粘土层极限承载力才约250kPa，因此造成地基产生整体破坏并引发谷仓严重倾斜。该谷仓由于整体刚度极大，因此虽倾斜极为严重，但谷仓本身却完好无损。后于土仓基础之下做了七十多个支承于下部基岩上的混凝土墩，使用了388个50t千斤顶以及支撑系统才把仓体逐渐扶正，但其位置比原来降低了近4.0m。这是地

19、基产生剪切破坏，建筑物丧失其稳定性的典型事故实例。 软弱地基 整体破坏地基土承载力低，产生强度破坏日本地震中倒塌的房屋1964年新泻地震引起大面积液化墨西哥城某建筑 地基为高压缩性淤泥质软土。展览馆于1954年5月开工，当年底实测地基平均沉降量为60cm。1957年6月，中央大厅四周的沉降量最大达146.55cm，最小为122.8cm。到1979年，累计平均沉降量为160cm，从1957年至1979年共22年的沉降量仅20cm左右，不及1954年下半年沉降量的一半，说明沉降已趋向稳定。40多年来，由于长期使用和地层不均匀沉降，主体建筑下沉最多之处约1.9米，地面高低落差40多厘米。由于地基严重下沉，不仅