基礎(chǔ)工程課件

基礎(chǔ)工程主講：菅秀文第1頁主要內(nèi)容第一章、導(dǎo)論第二章、天然地基上淺基礎(chǔ)第三章、樁基礎(chǔ)基本知識及施工第四章、樁基礎(chǔ)設(shè)計計算第五章、沉井基礎(chǔ)及地下連續(xù)墻第六章、地基處理第七章、幾個特殊地基上基礎(chǔ)工程第2頁第一章、導(dǎo)論學(xué)科概況基礎(chǔ)工程設(shè)計和施工所需資料及計算作用確實定基礎(chǔ)工程設(shè)計計算應(yīng)注意事項基礎(chǔ)工程學(xué)科發(fā)展概況第3頁

土木工程是建造各類工程設(shè)施科學(xué)技術(shù)統(tǒng)稱。它既指工程建設(shè)對象，即建造在地上、地下或水中多種工程設(shè)施；也指所應(yīng)用材料、設(shè)備和所進行勘測、設(shè)計、施工、保養(yǎng)、維修等技術(shù)活動。土木工程科學(xué)技術(shù)發(fā)展有著悠久歷史，它是伴伴隨人類社會進步而發(fā)展起來，人類建造工程設(shè)施反應(yīng)出各個歷史時期社會、經(jīng)濟、文化、科學(xué)、技術(shù)發(fā)展面貌?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)中各類工程構(gòu)造物，如房屋、隧道與地下工程、鐵路、馬路和機場以及各項市政與交通運輸工程等，都需要土木工程學(xué)科理論及其工程實踐方面研究成果。

一、學(xué)科概況第4頁土木工程學(xué)科屬于工學(xué)門類，在整個科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中占有非常主要地位，它是人類生存、社會進步、經(jīng)濟發(fā)展所依賴主要學(xué)科之一。伴隨科學(xué)技術(shù)進步和工程實踐發(fā)展，土木工程這個學(xué)科也已發(fā)展成為內(nèi)涵廣泛、門類眾多、構(gòu)造復(fù)雜綜合體系。土木工程學(xué)科發(fā)展需要借助于基礎(chǔ)科學(xué)、材料科學(xué)、管理科學(xué)和電子信息技術(shù)等研究成果。同步，土木工程學(xué)科發(fā)展也促進了其他有關(guān)學(xué)科以及高新技術(shù)發(fā)展。第5頁土木工程學(xué)科有如下二級學(xué)科：（1）巖土工程（2）構(gòu)造工程（3）市政工程（4）供熱、供燃氣、通風及空調(diào)工程（5）橋梁與隧道工程（6）防災(zāi)減災(zāi)工程及防護工程第6頁基礎(chǔ)工程基本概念

任何建筑物都建造在一定地層上，建筑物所有荷載都由它下面地層來承當。受建筑物影響那一部分地層稱為地基，建筑物與地基接觸最下部分稱為基礎(chǔ)。橋梁上部構(gòu)造為橋跨構(gòu)造，而下部構(gòu)造包括橋墩、橋臺及其基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)工程包括建筑物地基與基礎(chǔ)設(shè)計與施工。第7頁圖1-1橋梁構(gòu)造各部分立面示意圖1-下部構(gòu)造；2-基礎(chǔ)；3-地基；4-橋臺；5-橋墩；6-上部構(gòu)造第8頁地基：承受建筑物荷載應(yīng)力與應(yīng)變不能忽視土層。（有一定深度和范圍）基礎(chǔ)：埋入土層一定深度并將荷載傳給地基建筑物下部構(gòu)造。持力層：直接支撐建筑物基礎(chǔ)土層。下臥層(軟弱)：持力層下部土層。第9頁構(gòu)造荷載基底壓力第10頁

天然地基：沒有通過人為處理，直接修建。人工地基：承載力低，高壓縮性地基，人工處理后才能修建。地基基礎(chǔ)深基礎(chǔ)-基礎(chǔ)埋深>5m剛性擴大基礎(chǔ)單獨和聯(lián)合基礎(chǔ)條形基礎(chǔ)筏板和箱形基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)沉箱基礎(chǔ)沉井基礎(chǔ)地下連續(xù)墻淺基礎(chǔ)一一般基礎(chǔ)埋深<5m,或基礎(chǔ)埋深>5m但不大于基礎(chǔ)寬度.柔性擴大基礎(chǔ)深水基礎(chǔ)第11頁地基基礎(chǔ)在工程中主要性隱蔽工程，處理困難，事故危害大；工程造價高，占20-25%；控制施工進度設(shè)計上應(yīng)做方案比較。比薩斜塔、虎丘塔（地基不均勻沉降）；加特朗斯康谷倉（地基破壞）；上海錦江飯店整體下沉;墨西哥市藝術(shù)宮特點實例第12頁軟弱地基整體破壞地基土承載力低，產(chǎn)生強度破壞第13頁地基不均勻沉降，建筑傾斜基巖不均勻軟土層第14頁均質(zhì)軟弱地基整體下沉第15頁案例一：比薩斜塔世界著名比薩斜塔于1173年開工，1370年完工，塔身高約55m，建成后因地基壓縮層產(chǎn)生不均勻沉降，使塔北側(cè)下沉近1m，南側(cè)下沉近3m，塔身傾斜約5.5°，塔頂離開鉛垂線距離已達5.27m，是我國虎丘塔傾斜值2.3倍。幸虧該塔使用大理石材質(zhì)優(yōu)良，在塔身嚴重傾斜情況下尚未出現(xiàn)裂縫。比薩斜塔建成后曾經(jīng)數(shù)次加固，但效果甚微，每年仍下沉約1mm，傾斜尚未有加速跡象，已成為一座名副其實危塔。第16頁案例一：比薩斜塔第17頁加拿大特朗斯康谷倉建于1923年，谷倉平面為矩形，長59.44m,寬23.47m，高度為31m，由65個圓柱形筒倉組成，采取鋼筋混凝土閥板基礎(chǔ)。設(shè)計時對地基未作勘察，不理解基底下有厚達15m左右軟粘土層，僅根據(jù)對臨近建筑調(diào)查判定地基承載力。建成后于當年9月開始均勻地向谷倉內(nèi)裝載谷物，至10月發(fā)覺谷倉產(chǎn)生大量迅速沉降，1小時內(nèi)垂直沉降量竟達成30.5cm，在其后二十四小時內(nèi)谷倉傾倒，傾倒后谷倉西側(cè)下沉達7.32m，東側(cè)則抬高了1.53m，整體傾斜達盡27度。因谷倉整體性很強，筒倉本身完好無損。案例二：加拿大特朗斯康谷倉第18頁案例二：加拿大特朗斯康谷倉第19頁案例三：墨西哥城某建筑第20頁案例四：日本新瀉地震第21頁案例五汶川地震第22頁二、基礎(chǔ)工程設(shè)計和施工所需資料

及計算作用確實定橋梁地基與基礎(chǔ)在設(shè)計及施工開始之前，除了應(yīng)掌握有關(guān)全橋資料，包括上部構(gòu)造形式、跨徑、荷載、墩臺構(gòu)造等及國家頒發(fā)橋梁設(shè)計和施工技術(shù)規(guī)范外，還應(yīng)注意地質(zhì)、水文資料搜集和分析，重視土質(zhì)和建筑材料調(diào)查與試驗。主要應(yīng)掌握各項地質(zhì)、水文、地形等資料，資料內(nèi)容范圍可根據(jù)橋梁工程規(guī)模、主要性及建橋地點工程地質(zhì)、水文條件詳細情況和設(shè)計階段確定取舍。第23頁橋位（包括橋頭引道）平面圖及擬建上部構(gòu)造及墩臺形式、總體構(gòu)造及有關(guān)設(shè)計資料橋位工程地質(zhì)勘測報告及橋位地質(zhì)縱剖面圖地基土質(zhì)調(diào)查試驗報告河流水文調(diào)查資料基礎(chǔ)工程設(shè)計和施工所需資料：第24頁作用分類及代表值要確保橋梁地基與基礎(chǔ)滿足強度、剛度（變形）、穩(wěn)定性和耐久性要求，就要求對其在多種工況下多項指標進行驗算，組成多種工況基本要素就是作用。作用：施加在構(gòu)造上一組集中力或分布力（直接作用、荷載），或引發(fā)構(gòu)造外加變形或約束變形原因（間接作用）。第25頁作用分類及代表值作用分類永久作用可變作用偶爾作用第26頁（一）承載能力極限狀態(tài)設(shè)計對應(yīng)于橋涵構(gòu)造或其構(gòu)件達成最大承載力或出現(xiàn)不適于繼續(xù)承載變形或變位狀態(tài)。1、基本組合：永久作用設(shè)計值效應(yīng)與可變作用設(shè)計值效應(yīng)相組合。2、偶爾組合：永久作用標準值效應(yīng)與可變作用某種代表值效應(yīng)、一種偶爾作用標準值效應(yīng)相組合。作用效應(yīng)組合與極限狀態(tài)設(shè)計第27頁

基礎(chǔ)構(gòu)造本身承載力及穩(wěn)定性應(yīng)采取作用效應(yīng)基本組合和偶爾組合進行驗算。承載力驗算時作用效應(yīng)組合中各效應(yīng)分項系數(shù)、構(gòu)造主要性系數(shù)及效應(yīng)組合系數(shù)按對應(yīng)規(guī)范中取值；穩(wěn)定性驗算時，各項系數(shù)均取1.0。第28頁（二）正常使用極限狀態(tài)設(shè)計對應(yīng)于橋涵構(gòu)造或其構(gòu)件達成正常使用或耐久性某項限值狀態(tài)。1、作用短期效應(yīng)組合：永久作用標準值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)相組合。2、作用長期效應(yīng)組合：永久作用標準值效應(yīng)與可變作用準永久值效應(yīng)相組合。第29頁（三）基礎(chǔ)工程有關(guān)驗算1.基礎(chǔ)構(gòu)造穩(wěn)定性驗算2.地基豎向承載力驗算

進行地基豎向承載力驗算時，傳至基底或承臺底面作用效應(yīng)應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)短期效應(yīng)組合采取，同步應(yīng)考慮作用效應(yīng)偶爾組合（不包括地震作用）。第30頁3.基礎(chǔ)沉降計算

計算基礎(chǔ)沉降時，傳至基礎(chǔ)底面作用效應(yīng)應(yīng)按正常使用狀態(tài)下作用長期效應(yīng)組合采取。該組合僅為直接施加于構(gòu)造上永久作用標準值（不包括混凝土收縮徐變作用、基礎(chǔ)變位作用）和可變作用準永久值（僅指汽車荷載和人群荷載）引發(fā)效應(yīng)。4.有關(guān)水浮力計算有關(guān)要求第31頁上部構(gòu)造、基礎(chǔ)、地基間關(guān)系：

上部構(gòu)造（荷載）、基礎(chǔ)（壓力）、地基（應(yīng)力、變形），三者間互相制約協(xié)同工作。設(shè)計辦法：簡化設(shè)計將三部分相對獨立分開，按靜力平衡標準，采取不一樣簡化假定進行分析計算。三、基礎(chǔ)工程設(shè)計計算標準及設(shè)計辦法第32頁考慮地基、基礎(chǔ)、墩臺及上部構(gòu)造整體作用建筑物是一種整體，地基、基礎(chǔ)、墩臺和上部構(gòu)造是共同工作且互相影響，地基任何變形都肯定引發(fā)基礎(chǔ)、墩臺和上部構(gòu)造變形；不一樣類型基礎(chǔ)會影響上部構(gòu)造受力和工作；上部構(gòu)造力學(xué)特性也必然對基礎(chǔ)類型與地基強度、變形和穩(wěn)定條件提出對應(yīng)要求，同步恰當上部構(gòu)造、墩臺構(gòu)造型式也具有調(diào)整地基基礎(chǔ)受力條件，改善位移情況能力。因此，基礎(chǔ)工程應(yīng)緊密結(jié)合上部構(gòu)造、墩臺特性和要求進行；上部構(gòu)造設(shè)計也應(yīng)充足考慮地基特點，把整個構(gòu)造物作為一種整體，考慮其整體作用和各個組成部分共同作用。第33頁（一）基礎(chǔ)工程設(shè)計計算基本標準

1．基礎(chǔ)底面壓力不大于地基允許承載力p≤fa或

≤[

]；2．地基及基礎(chǔ)變形值不大于建筑物要求沉降值s≤[s]；3．地基及基礎(chǔ)整體穩(wěn)定性有足夠確保；4．基礎(chǔ)本身強度滿足要求。第34頁地基與基礎(chǔ)方案確實定主要取決于地基土層工程性質(zhì)與水文地質(zhì)條件、荷載特性、上部構(gòu)造構(gòu)造形式及使用要求，以及材料供應(yīng)和施工技術(shù)等原因，方案選擇標準是：力求使用上安全可靠、施工技術(shù)上簡便可行和經(jīng)濟上合理。因此，必要時應(yīng)作不一樣方案比較，從中選出較為合適與合理設(shè)計方案和施工方案。第35頁(二)地基極限狀態(tài)設(shè)計應(yīng)用可靠度理論進行工程構(gòu)造設(shè)計是目前國際上一種共同發(fā)展趨勢，是工程構(gòu)造設(shè)計領(lǐng)域一次帶有主線性變革。可靠性分析設(shè)計又稱概率極限狀態(tài)設(shè)計。

可靠性含義就是指系統(tǒng)在要求時間內(nèi)在要求條件下完成預(yù)定功能概率。系統(tǒng)不能完成預(yù)定功能概率即是失效概率。這種以統(tǒng)計分析確定失效概率來度量系統(tǒng)可靠性辦法即為概率極限狀態(tài)設(shè)計辦法。第36頁正常使用極限狀態(tài)構(gòu)造極限狀態(tài)承載能力極限狀態(tài)對應(yīng)于構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件達成最大承載力或不適合于繼續(xù)承載變形對應(yīng)于構(gòu)造或構(gòu)造構(gòu)件達成正常使用或耐久性某項要求限值地基基礎(chǔ)設(shè)計中承載力極限狀態(tài)不但包括了地基整體失穩(wěn)所引發(fā)極限狀態(tài)，也包括了由于地基土變形或局部破壞使上部構(gòu)造發(fā)生嚴重破壞情況，即地基土變形也也許是上部構(gòu)造發(fā)生承載力極限狀態(tài)原因之一。第37頁由于地基土是在漫長地質(zhì)年代中形成，是大自然產(chǎn)物，其性質(zhì)十分復(fù)雜，不但不一樣地點土性能夠差異很大，雖然同一地點，同一土層土，其性質(zhì)也隨位置發(fā)生變化。因此地基土具有比任何人工材料大得多變異性，它復(fù)雜性質(zhì)不但難以人為控制，并且要清楚地結(jié)識它也很不容易。在進行地基可靠性研究過程中，取樣、代表性樣品選擇、試驗、成果整頓分析等各個步驟都有也許帶來一系列不確定性，增加測試數(shù)據(jù)變異性，從而影響到最后分析成果。地基土因位置不一樣引發(fā)固有可變性，樣品測值與真實土性值之間差異性，以及有限數(shù)量所造成誤差等，就組成了地基土材料特性變異主要起源。這種變異性比一般人工材料變異性大。地基可靠性分析特點第38頁基礎(chǔ)工程極限狀態(tài)設(shè)計與構(gòu)造極限狀態(tài)設(shè)計相比還具有物理和幾何方面特點：地基是一種半無限體，與板梁柱組成構(gòu)造體系完全不一樣。在構(gòu)造工程中，可靠性研究第一步先處理單構(gòu)件可靠度問題，目前列入規(guī)范亦僅僅是這一步，至于構(gòu)造體系系統(tǒng)可靠度分析還處于研究階段，還沒有成熟到能夠用于設(shè)計標準程度。地基設(shè)計與構(gòu)造設(shè)計不一樣地方在于無論是地基穩(wěn)定和強度問題或者是變形問題，求解都是整個地基綜合響應(yīng)。地基可靠性研究無法辨別構(gòu)件與體系，從一開始就必須考慮半無限體連續(xù)介質(zhì)，或最少是一種大范圍連續(xù)體。顯然，這樣驗算無論是從計算模型還是包括參數(shù)方面都比單構(gòu)件可靠性分析復(fù)雜多。第39頁在構(gòu)造設(shè)計時，所驗算截面尺寸與材料試樣尺寸之比并不很大。但在地基問題中卻不然，地基受力影響范圍體積與土樣體積之比非常大。這就引發(fā)了兩方面問題，一是小尺寸試件如何代表實際工程性狀，二是由于地基范圍大，決定地基性狀原因不但是一點土特性，而是取決于一定空間范圍內(nèi)平均土層特性，這是構(gòu)造工程與基礎(chǔ)工程在可靠度分析方面最基本區(qū)分所在。第40頁我國基礎(chǔ)工程可靠度研究始于20世紀80年代初，雖然起步較晚，但發(fā)展很快，研究包括課題范圍較廣，有些課題研究成果，已達國際先進水平。但由于研究對象復(fù)雜性，基礎(chǔ)工程可靠度研究落后于上部構(gòu)造可靠度研究，并且要將基礎(chǔ)工程可靠度研究成果納入設(shè)計規(guī)范，進入實用階段，還需要做大量工作。國外有些國家已建立了地基按半經(jīng)驗半概率分項系數(shù)極限狀態(tài)標準。在我國，伴隨構(gòu)造設(shè)計使用了極限狀態(tài)設(shè)計辦法，在地基設(shè)計中采取極限狀態(tài)設(shè)計工作也已提到議事日程上了。結(jié)論：第41頁由于電子計算機發(fā)展與利用，可研究應(yīng)用最優(yōu)化辦法來設(shè)計基礎(chǔ)，求得在技術(shù)上先進可行，經(jīng)濟上合理，施工方便設(shè)計方案。

構(gòu)造抗震理論目前正在不停發(fā)展，對建筑物抗震性能至關(guān)主要地基基礎(chǔ)抗震理論目前還不太成熟，落后于建設(shè)需要。應(yīng)深入利用當代化計算工具和測試伎倆開展各類基礎(chǔ)和地基土動力分析理論和科學(xué)試驗。第42頁國外在18世紀產(chǎn)業(yè)革命后來，城建、水利、道路建筑規(guī)模擴大促使人們對基礎(chǔ)工程重視與研究，對有關(guān)問題開始謀求理論上解答。此階段在作為本學(xué)科理論基礎(chǔ)土力學(xué)方面，如土壓力理論、土滲入理論等有局部突破，基礎(chǔ)工程也伴隨工業(yè)技術(shù)發(fā)展而得到新發(fā)展，如19世紀中葉利用氣壓沉箱法修建深水基礎(chǔ)。本世紀23年代，基礎(chǔ)工程有比較系統(tǒng)、比較完整專著問世，1936年召開第一屆國際土力學(xué)與基礎(chǔ)工程會議后