土木工程概論——基礎工程課PPT課件

1、第1頁/共78頁第2頁/共78頁第3頁/共78頁第4頁/共78頁第5頁/共78頁第6頁/共78頁4.現代土力學的第一階段(19011927) 該階段對粘土性質的認識有了重大突破，其中最重要的是Terzaghi的有效應力原理；包括：分類試驗(Atterberg，1910)，第一次實際的剪切盒實驗及對它的應用(Bell，1915)，Fellenius和他的瑞典同事進行的滑動圓弧分析和強度實驗(19161926)，以及Terzaghi對固結抗剪強度的基礎性研究( 19211927)。 Albert Mautitz Atterberg(18461916)，瑞士化學家和土壤科學家，從 1877年開始擔任

2、位于卡爾馬(Kalmar)的瑞士農業(yè)研究所所長。 Arthur Langtry Bell(18741956)，19011934和19401946年間，作為土木工程師在海軍中服役。他的論文曾被英國土木工程師學會授予天福 (Telford)金獎。 Wolmar Fellenius(18671953)，鐵路工程師出身，19051911年間任哥德堡(Gothenburg)設計部門的負責人，隨后在斯德哥爾摩擔任水力工程的主席，直到1942年退休。他是巖土工程協會的成員，從1919后任主席。第7頁/共78頁第8頁/共78頁第9頁/共78頁 工程地質勘察的目的主要是查明工程地質條件，分析存在的地質問題，對建

3、筑地區(qū)作出工程地質評價。 工程地質勘察的任務是按照不同勘察階段的要求，正確反映場地的工程地質條件及巖土體性狀的影響，并結合工程設計、施工條件，以及地基處理等工程的具體要求，進行技術論證和評價，提出巖土工程問題及解決問題的決策性具體建議，并提出基礎、邊坡等工程的設計準則和巖土工程施工的指導性意見，為設計、施工提供依據，服務于工程建設的全過程。 工程地質勘察三階段 1、可行性研究勘察（選址勘察） 2、初步勘察 3、詳細勘察第10頁/共78頁巖土工程勘察的方法或技術手段，有以下幾種：(1)工程地質測繪。(2)勘探與取樣。(3)原位測試與室內試驗。(4)現場檢驗與監(jiān)測。第11頁/共78頁 3.1.1

4、工程地質測繪 工程地質測繪是工程地質勘察中一項最重要最基本的勘察方法，也是諸勘察工作中走在前面的一項勘察工作。它是運用地質、工程地質理論對與工程建設有關的各種地質現象進行詳細觀察和描述，以查明擬定建筑區(qū)內工程地質條件的空間分布和各要素之間的內在聯系，并按照精度要求將它們如實地反映在一定比例尺的地形設計圖上。配合工程地質勘探、試驗等所取得的資料編制成工程地質圖，作為工程地質勘察的重要成果提供給建筑物規(guī)劃、設計和施工部門參考。3.1 巖土工程勘查第12頁/共78頁各種測量儀器的使用 經緯儀：主要用于測量水平角和豎向角； 水準儀：主要作用為提供一條水平視線，照水準尺進行讀數，量得并算出高程； 測距儀

5、：用于測量距離； 其它：平板儀、鋼卷尺、水準尺、測釬、標桿等。DJ2光學經緯儀3.1巖土工程勘察第13頁/共78頁DJ6光學經緯儀Dzs3水準儀3.1巖土工程勘察第14頁/共78頁 3.1.2 巖土工程勘探方法 勘探的方法包括 鉆探、井探、槽探、洞探、地球物理勘探等 3.1.3 原位測試 原位測試與室內試驗的主要目的，是為巖土工程問題分析評價提供所需的技術參數，包括巖土的物性指標、強度參數、固結變形特性參數、滲透性參數和應力、應變時間關系的參數等。原位測試一般都藉助于勘探工程進行，是詳細勘察階段主要的一種勘察方法。3.1 巖土工程勘查第15頁/共78頁進行房屋結構設計時，為了保證地基安全可靠，

6、使房屋的沉降量在規(guī)定的容許范圍內，還要做到以下幾點： 對建設場地的地質情況，認真進行勘察，通過鉆孔取樣了解土層、巖層的分布；3.1 巖土工程勘查第16頁/共78頁第17頁/共78頁3.1 巖土工程勘查第18頁/共78頁 確定建設場地地基的地基承載力 對場地有代表性的土層試樣進行土工實驗，測定土的物理力學性質指標或在場地進行原位試驗（載荷試驗）。3.1 巖土工程勘查第19頁/共78頁3.1 巖土工程勘查第20頁/共78頁工程地質勘察報告的整理及閱讀 重要性； 整理的依據； 勘察報告的內容 場地地形圖 勘探點的平面布置圖 工程地質剖面圖 地基各土層的物理力學性質總表 提出有關地基基礎設計參數如基礎

7、埋置深度、地基承載力、地下水位。n 根據場地地質資料進行綜合分析，提出多種地基基礎設計方案比較，為房屋結構設計和施工提供重要依據。3.1 巖土工程勘查第21頁/共78頁第22頁/共78頁 土力學 利用力學原理，研究土的應力變形、強度、穩(wěn)定和滲透性及其隨時間變化規(guī)律的科學。 基礎 將埋入土層一定深度的建筑物下部承重結構稱基礎。 地基 把土層中附加應力與變形所不能忽略的那部分土(巖)層稱為地基。 地基的范圍(正常情況下臥層土自然壓密狀態(tài)強度高于持力層） 持力層：埋置基礎的土層即位于基礎底面第一層土。 下臥層：在地基范圍內持力層以下的土層。 軟弱下臥層：強度低于持力層的下臥層。 基礎埋置的土層： 應

8、埋置在良好的持力層上。 基礎知識3.2 淺基礎第23頁/共78頁1.地基直接支承建筑物的天然土，不是建筑物的組成部分。天然地基本身具有足夠的強度，能直接承受建筑物荷載人工地基本身的承載能力弱，或建筑物上部荷載較大，須預先對土壤層進行人工加工或加固處理（壓實法、換土法、打樁法以及化學加固法等）后才能承受建筑物荷載3.2 淺基礎第24頁/共78頁2.地基土的工程分類 這里指的土包括巖石，巖石是廣義的土。 巖石：指顆粒間牢固聯結的整體的或具有節(jié)理、裂隙的巖體。其承載能力視巖石風化程度而異，一般在2004000kpa； 碎石土：按粗細程度又分為塊石、碎石、角礫等，其承載力約在2001000kpa； 砂

9、土：按粗細程度分礫砂、粗砂、中砂、細砂、粉砂，地基承載力在140500 kpa； 粉土：其工程性質介于粘性土和上述無粘性土之間的土。 粘性土：具有明顯的粘性、可塑性、壓縮性，地基承載力在105410kpa； 人工填土：包括素填土、雜填土、沖填土；成分、工程性質復雜。3.2 淺基礎第25頁/共78頁3.土的基本工程特性土具有壓縮性這是由土的三相組成決定的。s固相：固體顆粒（巖石碎屑、礦物顆粒）液相：孔隙中的水氣相：孔隙中的氣體S 為地基沉降量即建筑物沉降量見土的三相圖3.2 淺基礎第26頁/共78頁4.關于地基承載力的概念 指保證在地基穩(wěn)定條件下，地基壓縮變形在房屋容許范圍內時，地基單位面積上所

10、能承受的最大荷載。Pf地基的強度條件要求是：fP 3.2 淺基礎第27頁/共78頁 根據基礎材料的受力性能和構造形式分為：獨立基礎、條形基礎、筏形基礎和箱形基礎。3.3 淺基礎 淺基礎：當基礎埋置深度不大（一般淺于5m或小于基礎最小寬度），只須經過普通施工方法就可以建造起來的基礎。 3.2.1、剛性基礎（無筋擴展基礎） 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。 構造要求：基礎的外伸寬度和基礎高度的比值（臺階寬高比）不超過規(guī)定的允許值。 適用范圍：6層和6層以下的（三合土基礎不超過4層）一般民用建筑和墻承重的廠房。第28頁/共78頁3.3

11、 淺基礎磚基礎石基礎素混凝土基礎第29頁/共78頁 二、擴展基礎（柱下鋼筋混凝土獨立基礎和墻下鋼筋混凝土條形基礎）3.3 淺基礎 受力特點：在基礎內配置足夠的鋼筋來承受拉應力和彎矩，使基礎在受彎時不致破壞。因而不受臺階寬高比的限制，可以做成扁平形狀。 基礎材料：鋼筋混凝土第30頁/共78頁3.3 淺基礎柱下獨立基礎墻下條形基礎 擴展基礎和無筋擴展基礎又有柱下獨立基礎和墻下條形基礎兩種形式。第31頁/共78頁3.3 淺基礎第32頁/共78頁3.3 淺基礎第33頁/共78頁1、獨立基礎 獨立基礎柱下基礎的基本形式3.2.3、淺基礎的結構形式 第34頁/共78頁3.3 淺基礎 上部荷載較大，地基承載

12、力較低時，獨立基礎底面積不能滿足設計要求。這時可把若干柱子的基礎連成一條構成柱下條形基礎，以擴大基底面積，減小地基反力，并可以通過形成整體剛度來調整可能產生的不均勻沉降。單向條形基礎2、條形基礎 第35頁/共78頁十字交叉條形基礎（雙向條形基礎、交梁基礎）3.3 淺基礎第36頁/共78頁墻下條基 墻下條基素砼墊層 混合結構墻下條基 柱下條基（可形成井格形） 框架結構基礎梁 框架結構柱下條基 第37頁/共78頁梁板式筏形基礎 板式筏形基礎 3、筏形基礎 當柱子或墻傳來的荷載很大，地基土較軟弱，用單獨基礎或條形基礎都不能滿足地基承載力要求時，往往需要把整個房屋底面（或地下室部分）做成一片連續(xù)的鋼筋

13、混凝土板，作為房屋的基礎，稱為筏形基礎。第38頁/共78頁3.3 淺基礎筏形基礎第39頁/共78頁4、箱形基礎3.3 淺基礎 為了對筏板基礎進行加強，增加基礎板的剛度，以減小不均勻沉降，高層建筑往往把地下室的底板、頂板、側墻及一定數量的內隔墻一起構成一個整體剛度很強的鋼筋混凝土箱形結構，稱為箱形基礎。箱形基礎第40頁/共78頁箱形式基礎（左上圖）利用箱型基礎的內部空間（右上圖）第41頁/共78頁3.3 淺基礎第42頁/共78頁 5、殼體基礎3.3 淺基礎 為改善基礎的受力性能，基礎的形式可不做成臺階狀，而做成各種形式的殼體，稱做殼體基礎。第43頁/共78頁 根據基礎的作用和受力分析，要理解基礎

14、設計的基本思路。Pf 基礎設計要滿足的一個基本前提：fP 思考：為什么基礎底部與土體接觸處的尺寸要比墻、柱尺寸大得多？3.3 淺基礎第44頁/共78頁 正是由于地基土質較差，基礎埋置較淺，僅3.05米,在建到第三層時,基礎發(fā)生不均勻沉降。塔頂中心點偏離中心線2.1米,現已偏離5.2米,終成斜塔。 3.3 淺基礎第45頁/共78頁3.3 深基礎定義 位于地基深處承載力較高的土層上，埋置深度大于 5m 或大于基礎寬度的基礎，稱為深基礎。 樁（墩）基礎、沉井沉箱、錨拉基礎、板樁墻及地下連續(xù)墻一類的支擋結構，則常被統稱為深基礎。第46頁/共78頁樁基礎（左上圖）樁基承臺（左下圖）基坑局部（打樁完成后）

15、（右上圖）基礎底板局部澆搗完畢（右下圖）第47頁/共78頁二、深基礎的類型第48頁/共78頁樁基礎的分類：（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。1、樁基礎（2）按施工方法分類預制樁、灌注樁兩大類。第49頁/共78頁（3）按承載性狀分類端承型樁和摩擦型樁第50頁/共78頁 主要樁型的特點類型優(yōu) 點缺 點適 用 范 圍預制樁 1預制樁制作方便 2樁身質量易于保證 3材料強度高，耐腐蝕性強 4樁的單位面積承載力較高 1打樁噪音大，振動大 2沉樁時有明顯的擠土影響，不易穿透較厚的堅硬地層 3截樁困難 4樁的截面尺寸有限 5造價高 1適于對噪聲污染、擠土和振動影響沒有

16、嚴格限制的地區(qū) 2穿透的中間層較弱或沒有堅硬的土層，且持力層埋置深度變化不大的地區(qū) 3地下水位較高或水下工程 4大面積打樁工程灌注樁 1振動小，噪音小 2用鋼量少，比預制樁經濟 3工序簡便，使用機具較少 4沒有接頭 5可做成大直徑和大深度的樁，具有很大的單樁承載能力 1樁的質量不易控制和保證，檢測工作麻煩 2樁身強度比預制樁低 3采用泥漿護壁時，廢泥漿處理麻煩 1一般不受土質條件限制，適用于各種地層 2一般情況下，不宜用于水下工程樁的選型樁型與工藝選擇應根據建筑結構類型、荷載性質、樁的使用功能、穿越土層、樁端持力層土類、地下水位、施工設備、施工環(huán)境、施工經驗、制樁材料供應條件等情況，選擇經濟合

17、理、安全適用的樁型和成樁工藝。第51頁/共78頁2、地下連續(xù)墻 地下連續(xù)墻技術起源于歐洲，它是根據鑿井和石油鉆井所用膨潤土泥漿護壁和澆灌水下混凝土工藝應用于工程而發(fā)展起來的。1950年正式在意大利米蘭工程中應用，我國70年代起用于建筑工程，近幾年在地下等工程應用已十分普遍。 地下連續(xù)墻的優(yōu)點是剛度大,既擋土又擋水,施工時無振動,噪音低,可用于任何土質。第52頁/共78頁沉井基礎動畫4、沉井基礎沉井施工過程: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構。 第53頁/共78頁5、沉箱基礎第54頁/共78頁3.4 不均勻沉降 一、定義 1、一般是指同一結構體中，相鄰的兩

18、個基礎沉降量的差值 是反映土木工程結構地基的變形特征的重要指標； 2、差異沉降過大，就會使相應的上部結構產生額外應力； 3、差異沉降將會產生裂縫，傾斜甚至破壞。 地基的不均勻沉降會造成建筑物的開裂，影響其使用功能的發(fā)揮，因此，設計中必須考慮如何防止或減輕不均勻沉降造成的危害。第55頁/共78頁3.5 不均勻沉降 二、減小地差異沉降的主要措施 1、在設計時盡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，要合理設置沉降縫； 3、增加上部結構對地基不均勻對地基協調作用。如在砌體結構中設置圈梁以增強結構得整體性； 4、合理安排施工工序和采用合理的施工方法第56頁/共78頁3.

19、5 不均勻沉降建筑物高差太大建筑物的長高比第57頁/共78頁3.5 地基處理第58頁/共78頁3.6 地基處理 地基處理的對象是軟弱地基和特殊土地基。我國的建筑地基基礎設計規(guī)范（GBJ789）中明確規(guī)定：“軟弱地基系指主要由淤泥、淤泥質土、沖填土、雜填土或其它高壓縮性土層構成的地基”。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、紅粘土和凍土等地基。第59頁/共78頁3.6 地基處理 近40年來，國外在地基處理技術方面發(fā)展十分迅速，老方法得到改進，新方法不斷涌現。在20世紀60年代中期，從如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這一基本

20、觀點出發(fā)，發(fā)展了土工合成材料、砂井預壓和塑料排水帶；從如何進行深層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，現代工業(yè)的發(fā)展對地基工程提供了強大的生產手段，如能制造重達幾十噸的強夯起重機械；潛水電機的出現，帶來了振動水沖法中振沖器的施工機械；真空泵的問世，才能建立真空預壓法；生產了大于200個大氣壓的壓縮空氣機，從而產生了“高壓噴射注漿法”。 第60頁/共78頁3.6 地基處理第61頁/共78頁3.6 地基處理換填法當建筑物基礎下的持力層比較軟弱、不能滿足上部結構荷載對地基的要求時，常采用換土墊層來處理軟弱地基。即將基礎下一定范圍內的土層挖去，然后回填以強度較大的砂、碎石或灰土等，并夯實至密實。 地基用換填法處理 第62頁/共78頁3.6 地基處理預壓法預壓法是一種有效的軟土地基處理方法。該方法的實質是，在建筑物或構筑物建造前，先在擬建場地上施加或分級施加與其相當的荷載，使土體中孔隙水排出，孔隙體積變小，土體密實，提高地基承載力和穩(wěn)定性。堆載預壓法處理深度一般達10m左右，真空預壓法處理深度可達15m左右。 第63頁/共78頁3.6 地基處理 強夯法強夯法是法國L梅納（Menard）1969年首創(chuàng)的一種地基加固方法，即用幾十噸重錘從高處落下，反復多次夯擊地面，對地基進行強力夯實。實踐證明，經夯擊后的地基承載力可提高25倍，壓縮性可降