土木工程(专业)概论(罗福午)-3基础工程.ppt

第三章 基础工程,本章内容,3.1 工程地质勘查 3.2 浅基础 3.3 深基础 3.4 不均匀沉降问题 3.5 地基处理,地基与基础,将上部结构荷载传递给地基土、连接上部结构与地基土的下部结构称为基础。 地基是指承托土木工程基础的这一部分很小的场地。,查明条件 分析问题 作出评价 选择场地 提出建议 制定措施 预测新问题,3.1 工程地质勘察,一、岩土工程勘察的目的和任务,工程地质条件：与工程建筑物有关的各种地质因素的综合。 包括：,岩土类型及性质 地质结构与构造 地形地貌 水文地质 物理地质现象 天然建筑材料,二、岩土工程勘察的阶段,可行性勘察（选址勘察） 初步勘察 详细勘察 施工勘察,勘察阶段,可行性勘察（选址勘察）,目的：为建筑场地选择提供依据 范围：拟选场址 内容： 搜集和分析区域地形、地貌、不良地质现象、 附近地区的工程地质资料及当地建筑经验等。 对拟选场址的稳定性和适宜性作出全局工程地质评价。,初步勘察阶段,目的：为初步设计提供依据 范围：具体的建筑场地 内容： 初步查明场地的工程地质和水文地质情况以及地基的岩土工程特性； 对场地做出最终评价，为确定建筑物的地基基础方案提供依据。 对不良地质现象的防治，提供资料和建议。,详细勘察阶段,目的：为施工图设计和施工提供可靠依据 范围：具体建筑物地基或具体工程地质问题 内容： 提出详细的岩土层的构成；岩土的强度大小、压缩性高低。 评价土层是否满足工程建筑对地基承载力、容许最大沉降量和沉降差的要求； 对基础设计、地基处理方案和不良地质现象防治作出详细论证和建议。,施工勘察阶段,目的：为解决施工中的工程地质问题提供依据 范围：施工过程中进行 适用条件： 对重要建筑物的复杂地基。 深基础施工需进行有关地基监测工作。 地基处理、加固需进行检验工作。 地基中的溶洞发育，需进一步查明和处理。 基槽开挖后，地质条件与原勘察资料不符，影响质量。 施工中边坡失稳，需进行观测处理。,三、勘察与测绘的仪器,水准仪,经纬仪,四、各种条件下的勘测,3.1 工程地质勘察,3.1.1 工程地质测绘 通过对地质现象的详细观察和描述，并将其反映到一定比例尺的地形图上。 据测绘成果可以分析各种地质现象的成因、分布、发展变化规律以及对工程建筑的影响，还可为勘探、试验等其他工作的布置奠定基础。 工程地质测绘可分为综合性测绘和专门性测绘。,工程地质测绘的研究内容 包括工程地质条件的全部要素。 地形地貌，划分地貌单元 岩土年代、成因、分布和风化程度 地质构造与岩土结构 地下水条件 气象水文条件 不良地质现象（崩滑、岩溶、塌陷等） 建筑物的变形和工程经验等,工程地质测绘的方法,像片成图法 利用地面摄影、航空(卫星)摄影等像片，在室内进行判释。 实地测绘法 (1) 路线法(穿越法和追索法) (2)布点法,像片成图方法,实地测绘方法,工业与民用建筑工程常用勘探方法 坑探法 钻探法 触探法 地球物理勘探,3.1.2 岩土工程勘察方法,了解定义、应用,掘探法（坑探法）： 在建筑场地开挖探坑或探槽直接观察地基土层情况，并从坑槽中取高质量原状土进行试验分析。包括探坑、探槽、斜井、浅井、竖井、平洞等。 适用范围： 土层埋藏不深，地下水位较低的情况探坑深度23m。,3.1.2 岩土工程勘察方法,钻探法：常用的一种方法,划分地层 确定地下水 取样 可以进行触探及原位试验,用钻机打钻孔获取地下地质资料的方法称为钻探法。,应 用,回转式钻机,3.1.2 岩土工程勘察方法,钻孔取出的岩石试样,物探(geophysical exploration)： 以专门仪器探测地质体的物理场来进行地层划分，判定地质构造、水文地质条件及各种物理地质现象的勘探方法。 物探分为：电法、磁法、震法、地质雷达、重力法及放射性勘探，但应用最广泛的是电法和震法。,土工试验：,通过试验，测定地基岩土的各项物理力学特性，提供相应的指标，作为地基计算分析和工程处理的依据。,优点：简便，试验条件明确，能够预先控制。 缺点：试样体积小，受到不同程度的扰动。,优点：试样体积大，受扰动小，测得的指标可靠,保持土原位的应力条件、天然结构和含水量,实验室内测定现场取来土样的物理力学性质,3.1.3 原位测试,常用的原位测试技术： 工程地质触探试验 (静力触探、动力触探) 地基载荷试验 旁压试验 十字板剪切试验,3.1.3 原位测试,地基载荷试验,在现场的天然土层上，通过一定的荷载板向土层施加竖向静载荷，并测定压力p和沉降s的关系。根据p-s曲线评定土的承载力。,优点：模拟实体基础承受荷载的试验，工程 通常认为是可靠的原位试验方法。,3.1.3 原位测试,地基载荷试验曲线,pcr,pu,Pcr比例界限压力 Pu 极限压力,O,A,B,3.1.3 原位测试,旁压试验,通过向旁压器注水，使旁压器弹性模产生横向膨胀，对土体施加压力，并产生横向变形，从而测得压力与变形的关系曲线，由此求得土的变形模量和承载力。,特点 操作简易 测试快速 横向加压,3.1.3 原位测试,十字板剪切试验,将十字形金属板插入钻孔的土层中，施以匀速的扭矩，直至土体破坏，从而求得土的不排水抗剪强度。,3.1.3 原位测试,触探法：,通过探杆用静力或动力将金属探头压入土层，并且测出各层土对触探头的贯入阻力大小的指标，从而间接地判断土层的工程性质的一类勘探方法,3.1.3 原位测试,圆锥动力触探： 用标准质量的铁锤提升到标准高度自由下落，将特制的圆锥探头贯入地基土层标准深度，所需的击数n值的大小来判定工程性质的好坏。,3.1.3 原位测试,静力触探：,测定比贯入阻力、侧壁摩擦阻力、锤尖阻力和孔隙水压力 划分土层外，还可以作为 确定地基承载力的依据。,利用液压或机械传动装置，将圆锥形金属探头压入地基土中，依据比贯入阻力的大小来判定地基土的工程性质。,适用范围：粘性土、粉土、砂土、含少量碎石的土层,用 途：,3.1.3 原位测试,虎丘塔,问题：塔身向东北方向严重倾斜，塔 顶离中心线已达2.31m，底层 塔身发生不少裂缝，成为危险 建筑物而封闭。,概况：位于苏州市虎丘公园山顶，落成于宋太祖建隆二年（公元961年）。全塔7层，高47.5m，塔的平面呈八角形。,原因：不重视岩土工程勘察工作。基 础坐落于不均匀粉质粘土层 上，产生不均匀沉降。,岩土工程勘察规范规定： 各项工程建设在设计和施工前，必须进行岩土工程勘察。,阪神大地震,地震引起大面积砂土地基液化后产生很大的侧向变形和沉降，大量的建筑物倒塌或遭到严重损伤,阪神大地震,神户码头： 沉箱式岸墙因砂土地基液化失稳滑入海中,1972 香港宝成 滑坡 ( 20,000 m3)(67 死、20 伤),Early 1972 滑坡前,3.2 浅基础,一、浅基础的定义和作用,上海大学新校区,二、浅基础的类型,按基础刚度分类：刚性基础、扩展基础,1、刚性基础 刚性基础是由砖、石、素混凝土或灰土等材料做成的基础。,3.2 浅基础,2、扩展基础 当刚性基础不能满足力学要求时，可以做成钢筋混凝土基础，称为扩展基础,亦称延性基础。,3.2 浅基础,扩展基础,按构造分类：,1、单独基础 2、条形基础 3、筏板基础 4、箱形基础 5、壳体基础,3.2 浅基础,1、单独基础,建筑中，柱的基础一般都是单独基础。 亦称独立基础。,返回,柱下单独基础,3.2 浅基础,2、条形基础,墙的基础通常连续设置成长条形，称为条形基础。,墙下条形基础,3.2 浅基础,3、筏板基础,当柱子或墙传来的荷载很大，地基土较软弱，用单独基础或条形基础都不能满足地基承载力要求时，往往需要把整个房屋底面（或地下室部分）做成一片连续的钢筋混凝土板，作为房屋的基础，称为筏板基础。,带形基础、十字形基础、筏式基础 箱形基础,3.2 浅基础,4、箱形基础,为了对筏板基础进行加强，增加基础板的刚度，以减小不均匀沉降，高层建筑往往把地下室的底板、顶板、侧墙及一定数量的内隔墙一起构成一个整体刚度很强的钢筋混凝土箱形结构，称为箱形基础。,箱形基础,3.2 浅基础,5、壳体基础,为改善基础的受力性能，基础的形式可不做成台阶状，而做成各种形式的壳体，称做壳体基础。,壳体基础,3.2 浅基础,3.3 深基础,一、深基础定义 位于地基深处承载力较高的土层上，埋置深度大于5m或大于基础宽度的基础，称为深基础。,厦门九州花园深基础施工,二、深基础的类型,桩基础 地下连续墙 墩基础 沉井基础 沉箱基础,3.3 深基础,1、桩基础,桩基础的分类：,（1）按桩身材料分类,木桩、混凝土桩、 钢筋混凝土桩、钢桩、其它组合材料桩。,水泥土搅拌桩,3.3 深基础,(2)按施工方法分类,预制桩,钻孔灌注桩,按施工方法可分为预制桩、灌注桩两大类。,3.3 深基础,(3)按承载性状分类: 端承型桩和摩擦型桩。,端承型桩,摩擦型桩,3.3 深基础,2、地下连续墙,天津百货大楼地下连续墙,返回,3.3 深基础,3、墩基础,在人工或机械成孔的大直径孔中浇筑混凝土（钢筋混凝土）而成，我国多用人工开挖，亦称大直径人工挖孔桩。,墩基础,3.3 深基础,4、沉井基础,返回,沉井基础,3.3 深基础,5、沉箱基础,沉箱基础,3.3 深基础,3.4 地基不均匀沉降,一、定义 1、一般是指同一结构体中，相邻的两个基础沉降量的差值 是反映土木工程结构地基的变形特征的重要指标； 2、差异沉降过大，就会使相应的上部结构产生额外应力 3、差异沉降将会产生裂缝，倾斜甚至破坏,比萨斜塔,二、减小地差异沉降的主要措施,1、在设计时尽量使上部荷载中心受压，均匀分布； 2、遇到高低相差悬殊或地基软硬突变时，要合理设置沉降缝； 3、增加上部结构对地基不均匀对地基协调作用。如在砌体结构中设置圈梁以增强结构得整体性； 4、合理安排施工工序和采用合理的施工方法。,3.4 地基不均匀沉降,(1) 采用柱下条形基础、筏基和箱基等结构刚度较 大、整体性较好的浅基础； (2)采用桩基或其他深基础； (3)采用各种地基处理方法。,从基础角度出发,调整基础,上部结构,适应,建筑措施； 结构措施； 施工措施。,从上部结构出发,调整上部结构,地基基础,适应,一、建筑措施,（建 筑 物 相 差 太 大 而 开 裂）,(2) 控制长高比及合理布置纵横墙,长高比小的建筑物，整体刚度好，能较好地防止不均匀沉降的危害。相反，长高比大的建筑物整体刚度小，纵墙很容易因挠曲变形过大而开裂。,(3) 设置沉降缝,平面形状复杂的建筑物的转折部位； 建筑物的高度或荷载突变处； 长高比较大的建筑物适当部位； 地基土压缩性显著变化处； 建筑结构（包括基础）类型不同处； 分期建造房屋的交界处。,划分为多个长高比较小、体型简单、整体刚度好、结构类型相同的独立单元。,原理：避免引起附加应力，导致互倾开裂。 轻者受重者影响 旧的受新的影响,(4) 控制相邻建筑物基础的间距,(5) 调整建筑物的局部标高,适当提高室内地坪和地下设施的标高； 适当提高相互有联系的建筑物各部分(包括设备)中预估沉降较大者的标高； 建筑物与设备之间应留有足够的净空； 有管道穿过建筑物时，应留有足够尺寸的孔洞，或采用柔性管道接头。,二、结构措施,三、施工措施,3.5 地基处理,大型填海工程地基处理,地基处理的主要目的是指提高软弱地基的强度、保证地基的稳定性；降低软弱地基的压缩性、减少基础的沉降；防止地震时地基土的振动液化；消除特殊土的湿陷性、胀缩性和冻胀性。,淤泥土与淤泥质土muck, mucky soil 泥炭,泥炭质土Peat 填土,回填土Fill, backfill 松砂Loose sand 区域性特殊土Regional soil,哪些土需要处理？,地基处理方法,换填法 ：换土垫层法、褥垫法,密实法：浅层密实、深层密实,排水法：堆载预压、砂井堆载预压、真空预压、井点降水预压,固化法：灌浆法、喷拌法,加筋法：土工聚合物加筋、锚杆、树根桩,地基处理方法,换填法 ：换土垫层法、褥垫法,密实法：浅层密实、深层密实,固化法：灌浆法、喷拌法,加筋法：土工聚合物加筋、锚杆、树根桩,换填垫层法是将基础底面下一定深度范围内不满足地基性能要求的土层（或局部岩石），全部或部分挖出，换填上符合地基性能要求的材料，然后分层夯实作为基础的持力层。换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。换填垫层法按其换填材料的功能不同，又分为垫层法和褥垫法。,换填法,预压法,预压法又称排水固结法，指直接在天然地基或在设置有袋状砂井、塑料排水带等竖向排水体的地基上，利用建筑物本身重量分级逐渐加载或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中孔隙水排出，提前完成土体固结沉降，逐步增加地基强度的一种软土地基加固方法。 预压法由加压系统和排水系统两部分组成。加压系统通过预先对地基施加荷载，使地基中的孔隙水产生压力差，从饱和地基中自然排出，进而使土体固结；排水系统则通过改变地基原有的排水边界条件，增加孔隙水排出的途径，缩短排水距离，使地基在预压期间尽快地完成设计要求的沉降量，并及时提高地基土强度。,预压法适用于处理各类淤泥质土、淤泥及冲填土等饱和粘性土地基。预压荷载是其中的关键问题，因为施加预压荷载后才能引起地基土的排水固结。,砂井堆载预压法,堆水预压,浆液固化法,浆液固化法是指利用水泥浆液、粘土浆液或其它化学浆液，通过灌注压入、高压喷射或机械搅拌，使浆液与土颗粒胶结起来，以改善地基土的物理和力学性质的地基处理方法。 目前浆液固化法中常用的方法除原来已有的灌浆法外，后面出现了高压喷射注浆法和水泥土搅拌法。前者利用高压射水切削地基土，通过注浆管喷出浆液，就地将土和浆液进行搅拌混合，后者通过特制的搅拌机械，在地基深部将粘士颗粒和水泥强制拌和，使粘士硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的地基土。,建筑物地基的加固,水泥土搅拌法,水泥土搅拌法是利用水泥或石灰等材料作为固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将固化剂和地基土强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体的地基处理方法。根据施工方法的不同，水泥土搅拌法分为水泥浆搅拌（以下简称湿法）和粉体喷射搅拌（以下简称干法）两种。 水泥土搅拌法最早在美国研制成功，称