土木建筑基础工程课件-第一章基础工程绪论

基础工程概论主讲教师：徐亚利合肥学院建工系 第1章绪论 一、基础工程学的研究对象基础工程学研究的对象是各类建筑物（房屋建筑、桥梁建筑、水工建筑、近海工程、地下工程等）的地基基础和挡土结构物的设计和施工，以及为满足基础工程要求进行的地基处理方法。可以认为基础工程是岩土工程的一个重要组成部分，即用岩土工程的基本理论和方法去解决地基基础方面的工程问题。由于基础是建筑物结构的一部分，在基础设计中需要大量的结构计算，所以基础工程学也与结构计算理论和计算技术密切相关。 2021/10/9基础工程课件二、地基与基础基础工程学研究的对象实际就是地基与基础问题。1、地基：指的是直接承托建筑物的场地土层。在建筑物荷载下地基土会产生附加应力和变形，其范围随基础类型和尺度、荷载大小以及土层分布而不同。建筑物对地基的要求是满足强度、变形和稳定的要求，这要求除考虑地基土本身的强度和变形特性外，还应考虑周围的地质和水文条件、气候和环境条件及其变化对建筑物施工阶段和使用期间的影响。流砂管涌、液化、冻胀、湿陷等。 2021/10/9基础工程课件持力层和下卧层的概念当建筑物地基由多层土组成时，直接与基础底面接触的土层称为持力层，持力层以下的其它土层称为下卧层。持力层和下卧层都应满足地基设计的要求，但对持力层的要求显然比对下卧层要高。地基又可分为天然地基和人工地基两类，前者是不加处理直接用作建筑物地基的天然土层，后者是经过地基处理后才满足建筑物地基要求的土层。显然，当能满足基础工程的要求时，采用天然地基是最经济的。 2021/10/9基础工程课件2、基础是建筑物在地面以下的结构部分，与上部结构一样应满足强度、刚度和耐久性的要求。之所以将基础从上部结构分出研究是由于以下的原因：(1)基础是直接与地基土接触的结构部分，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。 2021/10/9基础工程课件(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。根据设计和施工方法的不同，基础又可分为浅基础和深基础两大类。后者一般考虑基础侧面的抗力作用并使用专门的施工机械和方法。 2021/10/9基础工程课件地基和基础的设计往往不能截然划分，正确的基础设计必须建立在合理的地基评价基础上。“地基”、“基础”在英语中用同一名词“Foundation”，反映了两者的不可分割性。 2021/10/9基础工程课件三、基础工程是土木工程的重要组成部分基础工程是土木工程的一个组成部分，其重要性表现在以下几个方面：1）地基基础问题是土木工程领域普遍存在的问题。基础设计和施工是整座建筑物设计和施工中必不可少的一环，掌握基础工程的设计理论和方法、了解施工原理和过程是不可缺少的训练。当地基条件复杂或者恶劣时，基础工程经常会成为工程中的难点和首先需要解决的问题。而由于土的复杂性、勘测工作的有限性等造成岩土工程的不定性和经验性，基础工程问题又往往成为最难把握的问题。 2021/10/9基础工程课件2）地基基础造价占土建总造价相当大的比例。在软土地区，可达百分之十几甚至超过百分之二十，如包括地下室则更高。这样高的造价既要求设计和施工必须保证建筑物的安全和正常使用，同时也提出是否能选择最合适的设计方案和施工方法，以降低基础部分的造价。这在正确的理论和丰富的经验指导下是能够做到的。 2021/10/9基础工程课件3）地基基础事故累见不鲜，有时甚至酿成重大损失。而一旦发生了地基事故，弥补和整治是费钱、费力又费时的事。工程事故常常由地基事故所引起，例如国际水利工程的统计表明，自1830年以来，大坝失事中有25%可归咎于地基事故。而造成基础工程事故的原因有勘测、设计或施工的失误，环境气候的变化，乃至使用的不当等，有时这些原因可以同时存在。某一环节失误或者考虑不周就可能酿发事故。 2021/10/9基础工程课件广州建筑物坍塌 2021/10/9基础工程课件 2021/10/9基础工程课件 2021/10/9基础工程课件建筑物墙体开裂 2021/10/9基础工程课件TransconaGrainElevator加拿大Transcona谷仓，建于1913年。高31m，宽23m。地基破坏后，西侧下陷7.32m，东侧抬高1.52m，倾斜27o。后用388个50T千斤顶纠正，但位置较原先下降4m。 2021/10/9基础工程课件虎丘塔苏州虎丘塔，建于公元959～961年期间，7级8角形砖塔，塔底直径13.66m，高47.5m。塔顶1957年位移1.7m，1978年2.3m。重心偏离基础轴线0.924m。虎丘塔 2021/10/9基础工程课件 2021/10/9基础工程课件 2021/10/9基础工程课件地基土为世界罕见的软弱土，层厚达25m。因此，墨西哥城艺术宫严重下沉，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。这是地基沉降最严重的典型实例。 2021/10/9基础工程课件墨西哥博物馆不均匀沉降 2021/10/9基础工程课件大量的地基事故则由地基变形所引起。由于地基的不均匀变形，基础之间产生差异沉降，发生挠曲或倾斜，上部结构受到影响，也会产生倾斜、扭转、挠曲，并可能造成结构的损坏。不仅影响到建筑物的正常使用功能，有时还危及建筑物的安全。对于这样的建筑物，常常需要实施建筑物的纠偏、上部结构和（或）地基基础的加固，有的必须拆除，其代价是昂贵的。因此，对变形问题必须充分重视。 2021/10/9基础工程课件四、基础工程的特点（1）上部结构-基础-地基系统中的重要组成部分。（2）与地基直接接触而使其行为十分复杂，与岩、土的联系密切。（3）对整个工程的工期和造价可产生较大的影响。（4）属隐蔽性工程，出现问题难以补救。 2021/10/9基础工程课件五、地基基础设计的主要方面基础设计地基结构承载力沉降变形稳定性强度刚度基本尺寸钢筋数量等 2021/10/9基础工程课件六.地基基础设计资料荷载资料 2021/10/9基础工程课件岩土工程勘察资料(1)建筑场地（不良）地质条件及危害程度;(2)地层分布情况及各层岩、土的物理力学性质;(3)地下水类型、水位、腐蚀性等;(4)地震设防区：场地类别，砂土液化;(5)方案建议。原位测试资料 2021/10/9基础工程课件 2021/10/9基础工程课件土层编号土层名土性特征描述天然容重/kN/m3孔隙比e粘聚力/kPa内摩擦角/承载力标准值/kPa压缩模量/MPa说明①人工填土褐黄色，稍湿到很湿，上部约0.5m为杂填土160.71015不宜作为持力层②粉质粘土灰黄色，软塑170.71215不宜作为持力层③粉砂灰色，成分为长石、石英等，稍密，饱和17.50.72015010④粉质粘土灰黄色，软塑到流塑，呈透镜体分布18.50.731518不宜作为持力层⑤细砂灰色，成分为长石、石英等，稍密，饱和18.50.552520012⑥粘土灰黄色，硬塑190.5252030014⑦泥质砂岩浅灰色，中等风化到微风化，岩体完整性较好201000可认为不可压缩地层参数表 2021/10/9基础工程课件七、基础工程的现状基础工程是一项古老的工程技术，发展到今天已成为一门专门的科学。随着岩土工程及其它相关学科的不断发展，基础工程在设计计算理论和方法、施工技术和机械设备等方面都有长足的进展。 2021/10/9基础工程课件20世纪90年代以来，陆续编制的规范规程有《建筑地基处理技术规范》JGJ79-91、《建筑桩基技术规范》JGJ94-94、《高层建筑岩土工程勘察规范》JGJ72-96、《建筑基坑工程技术规范》YB9258-97、《高层建筑箱形和筏形基础技术规范》JGJ6-99、《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-99、《既有建筑地基基础加固技术规》JGJ123-2000、《岩土工程勘察规范》GB50021-2001、《建筑抗震设计规范》Gb50011-2001、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002等。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。 2021/10/9基础工程课件目前，基础工程的关注点之一是在设计计算理论和方法方面的研究探讨，包括考虑上部结构、基础与地基共同工作的理论和设计方法，概率极限状态设计理论和方法，优化设计方法，数值分析方法和计算机技术的应用等。 2021/10/9基础工程课件另外，随着高层建筑和大跨度大空间结构的涌现、地下空间的开发等，与之密切相关的两种技术也得到极大的重视。其一为桩基础技术，其中桩土共同工作理论，新的桩基设计控制理论——变形控制理论，桩基非线性分析和设计方法，桩基承载力和沉降的合理估算，新的桩型例如大直径成孔灌注桩、预应力管桩、套筒桩、微型桩等的研究开发，后注浆技术在桩基工程中的应用，桩基础的环境效应等都成为研究和开发的热点。 2021/10/9基础工程课件其二是深基坑开挖问题，研究的重点放在土、水压力的估算，基坑支护设计理论和方法的深化——优化设计、概念设计和动态设计、考虑时空效应的方法等；新的基坑支护方法例如复合土钉墙、作为主体结构应用的地下连续墙、锚杆挡墙等的开发研究；基坑开挖对环境的影响；逆作法技术的应用等。 2021/10/9基础工程课件在地基处理方面，进一步完善复合地基理论，对各类地基处理方法机理的深化研究以及施工及检测技术的改进也是基础工程关心的问题。对于深水和复杂地质条件下的基础工程，例如在大型桥梁、水工结构、近海工程中，重要的是深入研究地震、风和波浪冲击的作用，以及发展深水基础（超长大型水下桩基、新型沉井等）的设计和施工方法。 2021/10/9基础工程课件八、基础工程课的学习特点基础工程学需要工程地质学和土力学的基本知识，这两门专业基础课是本课程的先修课程，其中土的基本特性，以及土力学中关于强度、变形、稳定、地基承载力等课题的基本内容和地基计算方法等都是必须掌握的。本课程要求会利用上述土力学知识，结合结构计算和施工知识，合理地解决基础工程问题。 2021/10/9基础工程课件基础类型浅埋基础深埋基础 2021/10/9基础工程课件基础浅埋基础独立基础条形基础十字交叉基础箱形基础桩基础沉井和沉箱基础地下连续墙基础筏板基础基础分类壳体基础深埋基础 2021/10/9基础工程课件柱下独立基础墙下独立基础独立基础 2021/10/9基础工程课件柱下条形基础墙下条形基础条形基础 2021/10/9基础工程课件十字交叉基础 2021/10/9基础工程课件筏板基础 2021/10/9基础工程课件箱形基础 2021/10/9基础工程课件壳体基础 2021/10/9基础工程课件桩基础 2021/10/9基础工程课件沉井基础 2021/10/9基础工程课件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。 2021/10/9基础工程课件沉箱基础 2021/10/9基础工程课件钱塘江大桥（1934~1937）