基础工程教学绪论与基础知识.ppt

地基与基地基与基 础础 1 一、土力学、地基与基础的基本概念 二、地基基础的重要性 三、本课程的特点和学习要求 四、 本学科的发展概况 五、本课程主要内容 绪论 2 一、土力学、地基与基础的基本概念 1、土的组成 固体颗粒、水、空气三相组成 2、土的分类 黏性土、无黏性土 3、土力学 是运用力学基本原理和土工测试技术，研究土的生成、组成、密度或软硬状态等物 理性质以及土的应力、变形、强度和稳定性等静力、动力性状及其规律的一门学科 。 3 建建 筑筑 物物 的的 组组 成成 4 基 础 上部结构 地 基 建筑物三部分示意图 5 下卧层 d 埋深d q = d 均布荷载 持力层（受力层） 地 基 基础 f g 主 要 受 力 层 地基与基础的概念 6 地基(subgrade，foundation soils)：建筑物的全部荷载 都由它下面的地层来承担，即土层中附加应力和变形所不 能忽略的那部分土层就称为地基。 按地基性质分：土基、岩基 按处置方式分： 天然地基（未经处理） 人工地基（经过处理） 根据地基与基础的接触关系，地基中的地层分为覆盖层 、持力层和下卧层。 1)地基持力层是直接承托基础底面的地层。地基基础设 计时，通常应选择强度较高、变形较小、稳定性较强的地 层作为地基的持力层。 2)覆盖层是位于持力层以上的所有地层。 3)下卧层是位于持力层以下的地层。可分为软弱下卧层 和刚性下卧层。 7 基础(foundation) ：将建筑物的各种 作用传递到地基的那部分结构。 浅基础：埋深=5m.桩、沉井 8 地基的类型 9 基础的类型 10 地基与基础的组合形式： 天然地基上的浅基础； 天然地基上的深基础； 人工地基上的浅基础； 人工地基上的深基础。 11 建筑物的建造使地基中原有的应力状态发生改变，这就 必须运用数学力学的方法来研究在荷载作用下地基的强度和变形 问题。为保证建筑物的功能需要和安全使用的目的，地基、基础 在设计计算中必须满足以下条件： 1）地基应具有足够的强度，满足变形与稳定性要求 地基在建筑物荷载作用下有足够的承载力，并在防止整 体破坏方面有足够的安全储备；保证地基的变形值不超过建筑物 正常使用要求的范围；保证地基的稳定性。 2）基础应具有足够的强度、刚度和耐久性 基础结构本身应满足强度、变形和耐久性的要求。 地基与基础设计的基本条件 12 1.地基基础是建筑物的重要组成部分，它的质量好坏直接关 系到建筑物的安全、经济和正常使用，是建筑物的根本， 又属于地下隐蔽工程。只有深入了解地基情况，掌握勘察 资料，经过精心设计与施工，才能使基础工程做到既经济 合理又能保证质量。 2.大量事实证明，在建筑物失败事故中，地基基础问题占 很大的比例，而且地基基础事故一旦发生，补救相当困难 。 3. 地基基础工程处理是否适当，影响建筑物的造价也是 惊人的，一般约占总投资的1030甚至更多。 地基基础的重要性 13 以下为一些典型工程实例 14 基础成功例子 赵州桥 距今有1400多年的历史 自重为2800吨的赵州 桥，而它的根基只 是有五层石条砌成高 1.55米的桥台，直接 建在自然砂石上。 经历了10次水灾，8次战 乱和多次地震，特别是 1966年邢台发生的7.6级 地震，邢台距这里有40 多公里 1991年9月，赵 州桥被美国土木工程师 学会选定取为第十二个“ 国际土木工程里碑”，并 在桥北端东侧建造了“国 际土木工程历史古迹”铜 牌纪念碑。 15 101大厦 被称为“台北新地标” 1998年1 月动工，主体工程于2003年10月 完工。有世界最大且最重的“风阻 尼器”，还有两台世界最高速的电 梯，。 工程条件 必须同时考虑基础土壤的软弱 工程特性、强烈的台风与地震作 用等不利因素。 地层调查:略 基础方案（桩筏基础） 基础板为3.04.7m厚的钢筋混 凝土实心板，板下配置380根1 500 mm、平均入岩深度23.3 m的 基桩（主楼部分）；上部结构主 要由巨柱、核心系统与外伸桁架 等成，从地基处理和构造设计上 确保了超高层大楼的安全可靠度 16 加拿大transcona 谷仓，建于1913年。 17 加拿大特朗斯康谷仓 事故： 1913年9月装谷物，10月17 日装了31822谷物时， 1小时竖向沉降达30.5cm 24小时倾斜2653 西端下沉7.32m 东端上抬1.52m 上部钢混筒仓完好无损 概况：长59.4m，宽23.5m，高31.0m，共65个圆筒仓。 钢混筏板基础，厚61cm，埋深3.66m。 1911年动工，1913年完工，自重20000t。 18 加拿大特朗斯康谷仓 原因： 地基土事先未进行调查，据 邻近结构物基槽开挖取土试 验结果，计算地基承载力应 用到此谷仓。1952年经勘察 试验与计算，地基实际承载 力（193.8-276.6）kpa 远小于谷仓破坏时发生的基 底压力329.4kpa 。因此， 谷仓地基因超载发生强度破 坏而滑动。 处理： 事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使 用388个50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正 过来，但其位置比原来降低了米。 19 意大利比萨斜塔 20 比萨斜塔 目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m， 塔顶离中心线已达5.27m，倾斜5.5 1360：再复工，至1370年竣工，全塔共8 层，高度为55m 1272：复工，经6年，至7层，高48m，再 停工 1178：至4层中，高约29m，因倾斜停工 1173：动工 原因： 地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土 层，强度较低，变形较大。 1590: 伽利 略在此塔做 落体实验 21 比萨斜塔 1838-1839：挖环形基坑卸载 1933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固 1990年1月: 封闭 1992年7月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理 目 前: 已向游人开放。 处理措施 22 上海展览中心馆 1954：开工，沉降60cm 1957：沉降最大146.55cm， 最小122.8cm 1979:沉降160cm 淤泥质粘土,箱形基础 23 虎丘塔 苏州虎丘塔，建于公元 959961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 24 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。 25 墨西哥博物馆不均匀沉降 26 重 庆 武 隆 滑 坡 27 po shan roadpo shan road conduit roadconduit road notewellnotewell road road 香港香港1972 1972 po shan po shan 滑坡滑坡 ( 20,000 ( 20,000 mm3 3)(67 )(67 死、死、20 20 伤伤) ) 1972年7月某日清晨，香港宝城路附 近，两万立方米残积土从山坡上下滑 ，巨大滑动体正好冲过一幢高层住宅 -宝城大厦，顷刻间宝城大厦被冲毁 倒塌并砸毁相邻一幢大楼一角约五层 住宅。死亡7人。 原因： 山坡上残积土本身强度较低，加之雨水入渗使其强度进一步大 大降低，使得土体滑动力超过土的强度，于是山坡土体发生滑 动。28 early 1972 滑坡前 june 1972 滑坡后 29 美国，california, la conchita，1995。 30 1.2 本课程的特点和学习要求 1、先修课程：本课程应在学完建筑力学、建筑材料、土 力学、混凝土结构设计原理等课程的基础上进行学习。 2、特点：本课程涉及水文地质学、工程地质学、土力学 等几个学科领域，内容广泛，综合性很强。综合性、理 论性和实践性 3、学习要求：牢固掌握土力学中的基本概念和基本原理 ，做到能够应用这些基本概念和基本原理，结合有关建 筑结构理论和施工知识，理论联系实际，根据相关规范 进行地基基础工程的设计与计算，分析和解决地基基础 问题。 31 1.3 本学科发展概况 作为工程技术，基础工程是一项古老的工艺。如前所 述，只要建造建筑物，注定离不开地基和基础。因此，作为 一项工程技术，基础工程的历史源远流长。但过去人们只能 依赖于实践经验的不断积累和能工巧匠的技艺更新来发展这 项技术，囿于当时生产力发展水平，基础工程还未能提炼成 为系统的科学理论。 作为应用科学，基础工程又是一门年轻的学科。 32 1773年法国的库仑（coulomb）发表著名的砂土抗剪强度公式，提出土 压力计算滑楔理论; 1857年英国的朗肯（rankine）提出朗肯土压力理论; 1885年法国的布辛奈斯克（boussinesq）得出半无限弹性体在竖向集中 力作用下的应力与变形的理论解答; 1922年瑞典的费兰纽斯（fellenius）提出土坡稳定分析方法; 1925年美国太沙基（terzaghi）的土力学专著问世,土力学成为一 门系统的学科; 1936年成立了国际土力学基础工程学会，并举行第一次国际学术会议; 近年来，土力学与基础工程学科将随着工程建设的规模和复杂程度日益 增加及技术要求日益提高而走向更高的发展阶段。 terzaghi是土力学 的奠基人 33 1.4 本课程主要内容 本课程的目的和任务 根据土力学的基本概念和基本原理，结结合有关结结构设计设计 和施 工技术术知识识，分析和解决工业业与民用建筑中一般地基基础设计问题础设计问题 。 土力学的基本概念和基本原理 本课程的主要内容 地基基础设计问题 34 经典土力学的三大定律 达西