概論土木工程第三章基礎(chǔ)工程

1、當?shù)鼗啥鄬油两M成時,地基直接與基礎(chǔ)底面相接觸,承受主要荷載的那部分土層稱為持力層,持力層以下的其他土層稱為下臥層.當持力層和下臥層的土質(zhì)堅實,性能較好時,上部結(jié)構(gòu)對地基的強度,變形和穩(wěn)定的要求容易得到滿足。 地基可分為天然地基和人工地基兩類。天然地基是不加處理就能滿足設(shè)計要求,可直接在上面進行修建的天然土層,如密實的砂土層、老黏土層等;人工地基是經(jīng)過人工處理后才滿足要求的土層,如經(jīng)過處理后的軟黏土地基或其他不良地基。,另外由于

2、持力層位置的深淺不同,導(dǎo)致基礎(chǔ)的埋深也有深淺之分,即基礎(chǔ)又可分為淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)兩大類.,1.了解基礎(chǔ)工程的研究內(nèi)容、現(xiàn)狀和發(fā)展。2.掌握巖土工程勘探方法。3.了解原位測試、淺基礎(chǔ)、深基礎(chǔ)的類型。4.了解基礎(chǔ)工程病害。,3.1 概述3.2 巖土工程勘察3.3 地基3.4 基礎(chǔ)工程病害及處理,,,本章目錄,基本要求,第3.1節(jié) 概述,基礎(chǔ)工程的研究內(nèi)容基礎(chǔ)工程是土木工程的重要組成部分基礎(chǔ)工程的現(xiàn)狀及發(fā)展,了解基礎(chǔ)工程的

3、研究內(nèi)容、現(xiàn)狀及發(fā)展,,,本節(jié)目錄,基本要求,3.1.1 基礎(chǔ)工程的研究內(nèi)容,各類建筑物和構(gòu)筑物如房屋、道路、橋梁、大壩、油罐等，都坐落在地層上，它們一般包括三個部分，即上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)和地基。,基礎(chǔ)是房屋建筑、橋梁橋跨結(jié)構(gòu)及其他構(gòu)筑物等結(jié)構(gòu)最下面那部分結(jié)構(gòu),它將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到地層中去; 地基是受上部結(jié)構(gòu)荷載影響的那部分地層稱為,它在上部結(jié)構(gòu)的荷載作用下會產(chǎn)生附加應(yīng)力和變形。,基礎(chǔ)工程主要研究在各種可能荷載作用下以及

4、各種工程地質(zhì)條件下的地基基礎(chǔ)問題.,地基勘察是為地基和基礎(chǔ)設(shè)計服務(wù)的,它仍屬于巖土工程勘察的范疇,其目的在于用各種勘察手段和方法,揭示和評價建筑場地和地基的工程地質(zhì)條件,為設(shè)計和施工提供所需的工程地質(zhì)資料。,3.1.2 基礎(chǔ)工程是土木工程的重要組成部分,基礎(chǔ)工程是土木工程的重要組成部分,它一方面要用巖土工程的基本理論和方法去解決地基基礎(chǔ)方面的工程問題;另一方面,由于基礎(chǔ)有獨特的功能和構(gòu)造要求,在基礎(chǔ)設(shè)計中需要大量的結(jié)構(gòu)計算,所以基礎(chǔ)工

5、程也與結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算密切相關(guān)。,當?shù)鼗鶙l件復(fù)雜或者惡劣時,基礎(chǔ)工程經(jīng)常會成為工程建設(shè)中的難點和首先需要解決的問題。而由于巖土條件的復(fù)雜性,易變性及勘察工作的局限性等造成巖土工程的不確定性,基礎(chǔ)工程問題又往往成為工程師感到最難把握的問題。 基礎(chǔ)工程是建筑物的根本,直接關(guān)系到上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定.,經(jīng)典的地基基礎(chǔ)工程案例有舉世聞名的意大利薩斜塔。 另一反例為：在武漢市漢口建設(shè)大道的一處 18 層高樓, 1995 年 1 月開始

6、興建,采用夯擴樁基。同年9 月 15 日 18 層封頂,12月2 日深夜至次日凌晨突然發(fā)生過量整體傾斜，樁基整體失穩(wěn),并無法補救,不得不于 12月26 日將整幢危樓控制爆破拆除，損失巨大。,2、發(fā)展,近年來，我國在勘察和現(xiàn)場觀測的技術(shù)、基礎(chǔ)及其他土工建筑物設(shè)計與施工方法、地基處理，以及新設(shè)備、新材料、新工藝的研究和應(yīng)用方面取得了很大的進展。例如：靜力和動力觸探儀、現(xiàn)場孔隙水壓力儀、測斜儀、土體內(nèi)部和建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部以及界面上的應(yīng)力應(yīng)變傳感器

7、等新的試驗儀器日益增多，且開始采用近代物理技術(shù)測定土的物理性質(zhì)等。,3.1.3 基礎(chǔ)工程的現(xiàn)狀及發(fā)展,1、現(xiàn)狀,1300 多年前隋代工匠李春主持修建的趙州安濟石拱橋，不僅建筑結(jié)構(gòu)獨特，防洪能力強，而且在地基基礎(chǔ)的處理上也非常合理。,國內(nèi),1773 年,法國的庫侖(Coulomb)根據(jù)試驗創(chuàng)立了著名的砂土抗剪強度公式, 提出了計算擋土墻土壓力的滑楔理論；1875 年,英國的朗肯(Rankine)又從另一途徑提出了擋土墻土壓力的理論,這

8、對后來土體強度理論的發(fā)展起了很大的促進作用；法國的布辛奈斯克(Boussinesq,1885)求得了在彈性半無限空間表面作用豎向集中力的應(yīng)力和變形的理論解答；瑞典費蘭紐斯(Fellenius,1922)為解決鐵路塌方問題提出了土坡穩(wěn)定分析法。,國外,我國對全國各地區(qū)的特殊土類(如西北,華北的黃土,東北,西北及西藏的凍土,西南的紅黏土,華東沿海地區(qū)的軟土淤泥以及散布在全國不少省份的膨脹土等)都進行了大量的勘察、試驗、研究和調(diào)查總結(jié)工作

9、，積累了大量資料，制定了一些切實可行的條例和規(guī)程。在橋梁基礎(chǔ)工程方面,為充分利用天然地基承載力,改進和發(fā)展了多種結(jié)構(gòu)形式的淺基礎(chǔ),以適應(yīng)不同地基土質(zhì),不同荷載性質(zhì)及上部結(jié)構(gòu)使用要求。我國高速公路及高等級公路發(fā)展迅速,在長江,黃河等大江大河和近海區(qū)域修筑的大型橋 梁工程中采用了大直徑鉆孔灌注樁,頂應(yīng)力管樁,管柱,鋼管樁,多種形式的浮運沉井, 組合式沉井。,第3.2節(jié) 巖土工程勘察,1. 巖土工程地質(zhì)測繪2. 巖土工程勘探方法3.

10、原位測試,1.掌握巖土工程勘探方法2.了解原位測試的概念,,,本節(jié)目錄,基本要求,3.2.1 巖土工程地質(zhì)測繪,對地質(zhì)條件較復(fù)雜的場地應(yīng)進行工程地質(zhì)測繪，它一般在可行性研究（選擇場址）或初步勘查階段進行。工程地質(zhì)測繪就是填繪工程地質(zhì)圖件，根據(jù)野外調(diào)查綜合研究勘查區(qū)的地質(zhì)條件，填繪在適當比例尺的地形圖上加以綜合反映。 其目的是為了查明場地及其鄰近地段的地貌、地質(zhì)條件，并結(jié)合其他勘察資料對場地或建筑低端的穩(wěn)定性和適宜性做出評價，

11、并為勘察方案的布局提供依據(jù)。,地球物理勘探簡稱物探，它是通過研究和觀測各種地球物理場的變化來探測地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)條件。,常用的地球物探方法有直流電勘探、交流電勘探、重力勘探、磁法勘探、地震勘探、聲波勘探、放射性勘探等。,常用的工程地質(zhì)測繪方法有像片成圖法和實地測繪法。目前，遙感技術(shù)已在工程地質(zhì)測繪中得到廣泛應(yīng)用。,遙感是指根據(jù)電磁輻射的理論，應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)中的各種探測器，對遠距離目標輻射來的電磁波信息進行接收、傳送到地面接收站加工

12、處理成遙感資料（圖像或數(shù)據(jù)），用來探測識別目標物的整個過程。,遙感技術(shù)測繪示意圖,3.2.2 巖土工程勘探方法,勘查的方法主要有鉆探、井探、槽探、洞探和地球物理勘探等方法。 鉆探是勘探方法中應(yīng)用最廣泛的一種。鉆探的鉆進方式可分為回轉(zhuǎn)式、沖擊式、振動式、沖洗式4種。,當鉆探方法難以準確查明地下情況時，可采用探井、探槽進行勘探，探井、探槽就是用人工或機械方式進行挖掘，以便直接觀察巖土層的天然狀態(tài)以及各地層之間接觸關(guān)系等地質(zhì)結(jié)構(gòu)

13、，并能取出接近實際的原狀結(jié)構(gòu)土樣。,3.2.3 原位測試,原位測試是指在巖土原來所處的位置上或基本上在原位狀態(tài)和應(yīng)力條件下對巖土性質(zhì)進行的測試。 常用的測試方法有：載荷試驗、靜力觸探試驗、旁壓試驗、十字板剪切試驗、標準貫入試驗、波速測試及其他現(xiàn)場試驗。,載荷試驗,載荷試驗是在天然地基上通過承壓板向地基施加豎向荷載，觀察所研究地基土的變形和強度規(guī)律的一種原位實驗。,載荷試驗示意圖,旁壓試驗,旁壓試驗的原理就是在試驗地點鉆孔，將旁

14、壓器放入鉆孔中至測試位置，用水加壓力，使充滿水的旁壓器圓筒形橡膠膜膨脹，壓向四周鉆孔孔壁的土體，然后分級加壓并測讀施加的壓力與四周孔壁土體的變形，最后評定地基承載力和變形參數(shù)。,旁壓試驗適用于粘性土、粉土、砂土、碎石土、殘積土、極軟巖和軟巖等。,靜力觸探試驗,靜力觸探試驗是通過靜壓力將一個內(nèi)部裝有傳感器的觸探頭以及勻速壓入土中，通過量測土對探頭的阻力，推測被測土層的工程性質(zhì)。,靜力觸探試驗適用于軟土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的

15、土。,第3.3節(jié) 地 基,1. 淺基礎(chǔ)2. 深基礎(chǔ),1.掌握淺基礎(chǔ)和深基礎(chǔ)的類型,,,本節(jié)目錄,基本要求,3.3.1 淺基礎(chǔ),淺基礎(chǔ)：通常把位于天然地基上、埋置深度小于5m的一般基礎(chǔ)（柱基或墻基）以及埋置深度雖然超過5m，但小于基礎(chǔ)寬度的大尺寸基礎(chǔ)（如箱形基礎(chǔ)）。,1、剛性基礎(chǔ),材料：磚、塊石、毛石、素混凝土、三合土和灰土等。 材料性能特點：抗壓強度高，抗拉強度、抗剪強度低。 構(gòu)造要求：基礎(chǔ)的外伸寬度和基礎(chǔ)高度的比值（臺階寬

16、高比）不超過規(guī)定的允許值。 適用范圍：6層和6層以下的（三合土基礎(chǔ)不超過4層）一般民用建筑和墻承重的廠房。,磚基礎(chǔ),石基礎(chǔ),素混凝土基礎(chǔ),2、擴展基礎(chǔ),受力特點：在基礎(chǔ)內(nèi)配置足夠的鋼筋來承受拉應(yīng)力和彎矩，使基礎(chǔ)在受彎時不致破壞。因而不受臺階寬高比的限制，可以做成扁平形狀。,基礎(chǔ)材料：鋼筋混凝土,錐形,臺階型,有肋基礎(chǔ),3、淺基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式,獨立基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)筏板基礎(chǔ)和箱形基礎(chǔ) 殼體基礎(chǔ),柱下獨立基礎(chǔ),墻下條形基礎(chǔ),箱形基礎(chǔ),筏形基

17、礎(chǔ),3.3.2 深基礎(chǔ),深基礎(chǔ)：位于地基深處承載力較高的土層上，置深度大于5m或大于基礎(chǔ)寬度的基礎(chǔ)。,深基礎(chǔ)的兩種類型,1、樁基礎(chǔ),（1）按樁身材料分類,木樁、混凝土樁、鋼筋混凝土樁、鋼樁、其它組合材料樁。,（2）按施工方法分類,預(yù)制樁、灌注樁兩大類。,（3）按承載性狀分類,端承型樁（左）和摩擦型樁（右）,2、沉井基礎(chǔ),沉井施工過程:基坑開挖——鋪砂墊層和承墊木——沉井制作——抽取承墊木——挖土下沉——封底回填——澆筑其它部分結(jié)構(gòu)。

18、,沉井按外觀形狀分類，在平面上可分為單孔或多孔的圓形、矩形、圓端沉井及網(wǎng)格形。,3、沉箱基礎(chǔ),沉箱基礎(chǔ)又稱氣壓沉箱基礎(chǔ)，它是以氣壓沉箱來修筑的橋梁墩臺或其他構(gòu)筑物的基礎(chǔ)。,工作原理：當沉箱在水下就位后，將壓縮空氣壓入沉箱室內(nèi)部，排出其中的水，這樣施工人員就能在箱內(nèi)進行挖土施工，并通過升降筒和氣閘，把棄土外運，從而使沉箱在自重和頂面壓重作用下逐步下沉至設(shè)計標高，最后用混凝土填實工作室，即成為沉箱基礎(chǔ)。,橋的沉箱基礎(chǔ),第4.4節(jié) 基礎(chǔ)工程病

19、害及處理,1. 不均勻沉降2. 地基處理,1.了解基礎(chǔ)工程的病害及其處理方法,,,本節(jié)目錄,基本要求,3.4.1 不均勻沉降,反映土木工程結(jié)構(gòu)地基的變形特征的重要指標就是差異沉降，也就是通常所說的不均勻沉降，一般是指同一結(jié)構(gòu)體中，相鄰的兩個基礎(chǔ)沉降量的差值。 如果差異沉降過大，就會使相應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生額外應(yīng)力；當超過一定的限度時，將會產(chǎn)生裂縫、傾斜甚至破壞。,在工程實踐中，減小地基差異沉降主要從如下幾個方面入手：①在設(shè)計時盡

20、量使上部荷載中心受壓，均勻分布。②遇到高低相差懸殊或地基軟硬突變時，要合理設(shè)置沉 降縫。③增加上部結(jié)構(gòu)對地基不均勻的協(xié)調(diào)作用。如在砌體結(jié)構(gòu)中設(shè)置圈梁以增強結(jié)構(gòu)的整體性。④合理安排施工工序和采用合理的施工方法。,3.4.2 地基處理,地基處理的對象主要是指軟弱地基和特殊土地基。軟弱地基系指主要由淤泥、淤泥質(zhì)土、沖填土、雜填土或其他高壓縮性土層構(gòu)成的地基。特殊土地基帶有地區(qū)性的特點，它包括軟土、濕陷性黃土、膨脹土、紅粘土和凍土等地

21、基。,地基處理的主要目的是指提高軟弱地基的強度、保證地基的穩(wěn)定性；降低軟弱地基的壓縮性、減少基礎(chǔ)沉降；防止地震時地基土的振動液化；消除特殊土的濕陷性、脹縮性和凍脹性。,1、地基處理方法,目前國內(nèi)外地基處理方法眾多，如按時間可分為臨時處理和永久處理；按處理深度可分為淺層處理和深層處理；按處理土性對象可分為砂性土處理和粘性土處理；按土的飽和度可分為飽和土處理和非飽和土處理；也可按照地基處理的作用機理進行分類。 按作用機理分類的分類方

22、法較為妥當，主要方法有換填法、預(yù)壓法、強夯法、振沖法、土或灰土擠密樁法、砂石樁法、深層攪拌法、高壓噴射注漿法等。,地基用預(yù)壓法處理示意圖,地基用換填法處理,2、地基處理的方案選擇,地基處理的方法雖然很多，但許多方法還在不斷發(fā)展和完善中。每一種方法都有其適用范圍和局限性，因而選用某一種地基處理方法時，一定要根據(jù)地基土質(zhì)條件、工程要求、工期、造價、料源、施工機械條件等因素綜合分析后確定。,3、地基處理技術(shù)的發(fā)展,在20世紀60年代中期，從如

23、何提高土的抗拉強度這一思路中發(fā)展了土的“加筋法”；從如何有利于土的排水和排水固結(jié)這一基本觀點出發(fā)，發(fā)展了土工合成材料、砂井預(yù)壓和塑料排水帶；從如何進行深度密實處理的方法考慮，采用加大擊實功的措施，發(fā)展了“強夯法”和“振動水沖法”等。,另外，國外現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對地基工程提供了強大的生產(chǎn)手段。如能制造重達幾十噸的強夯起重機械；潛水電動機的出現(xiàn)，帶來了振動水沖法中振沖器的施工機械；真空泵的問世，才能建立真空預(yù)壓法；生產(chǎn)了大于200個大氣壓的

24、壓縮空氣機，從而產(chǎn)生了“高壓噴射注漿法”。,“地基處理”技術(shù)在國內(nèi)外都處于方興未艾和十分重要的地位。,比薩斜塔：位于意大利托斯卡納省比薩城北面的奇跡廣場上。始建于1173年，設(shè)計為垂直建造，但是在工程開始后不久便由于地基不均勻和土層松軟而傾斜，1372年完工，塔身傾斜向東南。由于傾斜程度過于危險，比薩斜塔曾在1990年1月7日停止向游客開放，經(jīng)過12年的修繕，斜塔被扶正44cm基本達到了預(yù)期的效果。2001年12月15日起再次向游客們開