第3章 基礎(chǔ)工程

當(dāng)?shù)鼗啥鄬油两M成時(shí),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(dāng)持力層和下臥層的土質(zhì)堅(jiān)實(shí),性能較好時(shí),上部結(jié)構(gòu)對(duì)地基的強(qiáng)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(jì)要求,可直接在上面進(jìn)行修建的天然土層,如密實(shí)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?jī)?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(cè)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?jī)?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)工程的研究?jī)?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?jī)?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(gè)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(huì)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(jì)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(píng)價(jià)建筑場(chǎng)地和地基的工程地質(zhì)條件,為設(shè)計(jì)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(dú)特的功能和構(gòu)造要求,在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中需要大量的結(jié)構(gòu)計(jì)算,所以基礎(chǔ)工程也與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算密切相關(guān)。

當(dāng)?shù)鼗鶙l件復(fù)雜或者惡劣時(shí),基礎(chǔ)工程經(jīng)常會(huì)成為工程建設(shè)中的難點(diǎn)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月開始興建,采用夯擴(kuò)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(bǔ)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(guó)在勘察和現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)的技術(shù)、基礎(chǔ)及其他土工建筑物設(shè)計(jì)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(jìn)展。例如：靜力和動(dòng)力觸探儀、現(xiàn)場(chǎng)孔隙水壓力儀、測(cè)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)變傳感器等新的試驗(yàn)儀器日益增多，且開始采用近代物理技術(shù)測(cè)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(jì)石拱橋，不僅建筑結(jié)構(gòu)獨(dú)特，防洪能力強(qiáng)，而且在地基基礎(chǔ)的處理上也非常合理。國(guó)內(nèi)1773年,法國(guó)的庫(kù)侖(Coulomb)根據(jù)試驗(yàn)創(chuàng)立了著名的砂土抗剪強(qiáng)度公式,提出了計(jì)算擋土墻土壓力的滑楔理論；1875年,英國(guó)的朗肯(Rankine)又從另一途徑提出了擋土墻土壓力的理論,這對(duì)后來土體強(qiáng)度理論的發(fā)展起了很大的促進(jìn)作用；法國(guó)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(fèi)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(guó)外我國(guó)對(duì)全國(guó)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(guó)不少省份的膨脹土等)都進(jìn)行了大量的勘察、試驗(yàn)、研究和調(diào)查總結(jié)工作，積累了大量資料，制定了一些切實(shí)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(jìn)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(guó)高速公路及高等級(jí)公路發(fā)展迅速,在長(zhǎng)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(yùn)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(cè)繪

2.巖土工程勘探方法3.原位測(cè)試1.掌握巖土工程勘探方法2.了解原位測(cè)試的概念本節(jié)目錄基本要求3.2.1巖土工程地質(zhì)測(cè)繪

對(duì)地質(zhì)條件較復(fù)雜的場(chǎng)地應(yīng)進(jìn)行工程地質(zhì)測(cè)繪，它一般在可行性研究（選擇場(chǎng)址）或初步勘查階段進(jìn)行。工程地質(zhì)測(cè)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(dāng)比例尺的地形圖上加以綜合反映。

其目的是為了查明場(chǎng)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(duì)場(chǎng)地或建筑低端的穩(wěn)定性和適宜性做出評(píng)價(jià)，并為勘察方案的布局提供依據(jù)。

地球物理勘探簡(jiǎn)稱物探，它是通過研究和觀測(cè)各種地球物理場(chǎng)的變化來探測(cè)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(cè)繪方法有像片成圖法和實(shí)地測(cè)繪法。目前，遙感技術(shù)已在工程地質(zhì)測(cè)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(cè)器，對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)輻射來的電磁波信息進(jìn)行接收、傳送到地面接收站加工處理成遙感資料（圖像或數(shù)據(jù)），用來探測(cè)識(shí)別目標(biāo)物的整個(gè)過程。遙感技術(shù)測(cè)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(jìn)方式可分為回轉(zhuǎn)式、沖擊式、振動(dòng)式、沖洗式4種。

當(dāng)鉆探方法難以準(zhǔn)確查明地下情況時(shí)，可采用探井、探槽進(jìn)行勘探，探井、探槽就是用人工或機(jī)械方式進(jìn)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)，并能取出接近實(shí)際的原狀結(jié)構(gòu)土樣。3.2.3原位測(cè)試

原位測(cè)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(duì)巖土性質(zhì)進(jìn)行的測(cè)試。

常用的測(cè)試方法有：載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、波速測(cè)試及其他現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。載荷試驗(yàn)載荷試驗(yàn)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(qiáng)度規(guī)律的一種原位實(shí)驗(yàn)。載荷試驗(yàn)示意圖旁壓試驗(yàn)旁壓試驗(yàn)的原理就是在試驗(yàn)地點(diǎn)鉆孔，將旁壓器放入鉆孔中至測(cè)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(jí)加壓并測(cè)讀施加的壓力與四周孔壁土體的變形，最后評(píng)定地基承載力和變形參數(shù)。旁壓試驗(yàn)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(yàn)靜力觸探試驗(yàn)是通過靜壓力將一個(gè)內(nèi)部裝有傳感器的觸探頭以及勻速壓入土中，通過量測(cè)土對(duì)探頭的阻力，推測(cè)被測(cè)土層的工程性質(zhì)。靜力觸探試驗(yàn)適用于軟土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。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(diǎn)：抗壓強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)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(tái)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(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(kuò)展基礎(chǔ)受力特點(diǎn)：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(shí)不致破壞。因而不受臺(tái)階寬高比的限制，可以做成扁平形狀?；A(chǔ)材料：鋼筋混凝土錐形臺(tái)階型有肋基礎(chǔ)3、淺基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式獨(dú)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(dú)立基礎(chǔ)墻下條形基礎(chǔ)箱形基礎(chǔ)筏形基礎(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)。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(tái)或其他構(gòu)筑物的基礎(chǔ)。

工作原理：當(dāng)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(jìn)行挖土施工，并通過升降筒和氣閘，把棄土外運(yùn)，從而使沉箱在自重和頂面壓重作用下逐步下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，最后用混凝土填實(shí)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(biāo)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(gè)基礎(chǔ)沉降量的差值。

如果差異沉降過大，就會(huì)使相應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生額外應(yīng)力；當(dāng)超過一定的限度時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生裂縫、傾斜甚至破壞。

在工程實(shí)踐中，減小地基差異沉降主要從如下幾個(gè)方面入手：①在設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)，要合理設(shè)置沉

降縫。③增加上部結(jié)構(gòu)對(duì)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(qiáng)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(duì)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(diǎn)，它包括軟土、濕陷性黃土、膨脹土、紅粘土和凍土等地基。

地基處理的主要目的是指提高軟弱地基的強(qiáng)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(shí)地基土的振動(dòng)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(guó)內(nèi)外地基處理方法眾多，如按時(shí)間可分為臨時(shí)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(duì)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(jī)理進(jìn)行分類。

按作用機(jī)理分類的分類方法較為妥當(dāng)，主要方法有換填法、預(yù)壓法、強(qiáng)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(shí)，一定要根據(jù)地基土質(zhì)條件、工程要求、工期、造價(jià)、料源、施工機(jī)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(jì)60年代中期，從如何提高土的抗拉強(qiáng)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(diǎn)出發(fā)，發(fā)展了土工合成材